Paralelo de alternadores

RESUMEN:

En el presente ensayo se trata de dar a conocer con detalle todo lo relacionado sobre el paralelo de alternadores, La idea central en el presente trabajo trata de explicar la importancia que tiene la puesta en paralelo de los generadores, sus ventajas, y desventajas de los mismos, cuidados que se debe tener, además sus aplicaciones en la industria, que protecciones se deben tomar, su principio de funcionamiento, diseño y esquemas.

PALABRAS CLAVE: sincronía, paralelo, alternador.

1 INTRODUCCIÓN

Las grandes cantidades de energía que se requieren para abastecer la demanda de las ciudades y de la población en general han llevado a generar alternativas para lograr abastecer dicho consumo

En la actualidad es raro encontrar la existencia de un alternador único que de manera aislada alimente su propia carga. Esto sólo se lo puede encontrar en aplicaciones tales como los generadores de emergencia.

Con objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están conectadas entre sí en paralelo, por medio de líneas de transporte y distribución. La red así constituida representa un generador gigantesco en el que prácticamente la tensión y la frecuencia se mantienen constantes. Esto se debe a que sobre esta gran red, la introducción de un nuevo generador no altera los parámetros básicos anteriores, por representar una potencia muy reducida frente al conjunto total.

2 POR QUE LOS ALTERNADORES EN PARALELO

Seguramente todos nos planteamos la pregunta ¿Por qué la utilización de los alternadores en paralelo?

Pues la respuesta seria que varios alternadores o generadores pueden alimentar una carga más grande que una sola máquina.

Como se menciono brevemente en la introducción el tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no causa la pérdida total de potencia en la carga. Tener varios generadores que operan en paralelo permite separar uno o más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos.

Si hacemos un análisis simple vemos que al usar un solo generador y este opera cerca de plena carga, entonces será relativamente ineficiente. Con varias generadores mas pequeños trabajando en paralelo, es posible operara sólo una fracción de ellas. Las que están operando lo hacen casi a plena carga y por lo tanto de manera más eficiente

3 CONDICIONES REQUERIDAS

Para conectar generadores en paralelo es necesario tener muy en cuenta algunos aspectos para el correcto funcionamiento y de esta manera evitar cualquier tipo de problemas tales como que los generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia dichos aspectos se explican a continuación

3.1 Voltajes iguales

Si los voltajes de los generadores no son exactamente iguales, habrá un flujo de corriente muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara.

En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la fase a" y así en forma sucesiva para las fases b-b` y c-c`.

Y también hay que asegurarse de ser iguales los voltajes de línea rms.

3.2 Frecuencias iguales

Las frecuencias de los 2 o más generadores al igual que los voltajes deben ser las mismas ya que se ocasionarían graves problemas, esto lo podemos visualizar en las siguientes graficas:

La primera grafica tiene 60 HZ y un voltaje fase de 120v

La siguiente grafica tiene 58 HZ apenas 2 HZ menor que la anterior y el mismo voltaje de fase

Y en la síguete grafica podemos ver la el resultado de que sucedería si ponemos a funcionar el generador a frecuencias diferentes (60HZ y 58 HZ)

Como se puede ver en la grafica resultante de la suma de las ondas a distintas frecuencias y al mismo voltaje se obtiene a la salida un voltaje totalmente distorsionado y con una frecuencia igual a la diferencia entre el valor de las frecuencias de las dos primeras ondas lo cual nos ocasionaría grandes problemas en la carga

3.3 Secuencias de fase

Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase.

"Un sencillo método permite comprobar la sucesión de fases. Para ello se recurre a un pequeño motor asíncrono trifásico, que se conecta provisionalmente a las barras de la red. Luego se van acoplando sucesivamente, pero uno a uno, los distintos alternadores, pudiendo estar seguros que la sucesión de fases es idéntica para todos ellos cuando el motor gira en el mismo sentido."

Los ángulos de fase de las dos fases deben de ser iguales, la secuencia en la que el voltaje de fase llegue a su pico en los dos generadores sea la misma. Si la secuencia de fase es diferente entonces aun cuando un par de voltajes estén en fase, los otros dos pares de voltajes estarán desfasados por 120º. Si se conectan los generadores de esta manera, no habrá problema con la fase a, pero fluirá enormes corrientes en las fases b y c, lo que dañara ambas máquinas.

3.4 Similares características constructivas

Un factor casi no mencionado en fuentes bibliográficas es que las maquinas deben ser iguales, es obvio que no se podrá obtener dos generadores totalmente idénticos, pero al menos que se parezcan mucho en su parte constructiva, a mas de eso que las potencias que entregan cada uno sean de similar valor

4 Procedimiento para conectar los generadores

En este punto común mente llamo puesta en paralelo de generadores se deben seguir algunos pasos y precauciones para el optimo funcionamiento de estas maquinas

4.1 Poner en funcionamiento el generador a conectar

En este punto se pone en funcionamiento el generador que se desea colocar en paralelo esto conlleva a llevarlo a su velocidad síncrona (igualando de esta manera f1=f2) e igualando el valor de sus voltajes, otra condición es la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. Para asegurarnos de cumplir estas condiciones y de las expuestas en puntos anteriores se indican algunos métodos a continuación

4.2 Secuencia de fases

Otra condición es la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. Para asegurarnos de cumplir esta condición y de las expuestas en puntos anteriores se indican algunos métodos a continuación

Existen muchas formas de comprobar esto una de ellas es conectar alternativamente un pequeño motor de inducción a los terminales de cada uno de los dos generadores. Si el motor gira en la misma dirección en ambas ocasiones, entonces la secuencia de fase es la misma en ambos generadores.

Si el motor gira en direcciones opuestas, entonces las secuencias de fase son diferentes y se deben invertir dos de los conductores del generador en aproximación. Otro método más simple un, para medir la secuencia es el uso de un secuensimetro, el mismo que puede ser electrónico o un electromecánico, pero ambos siguen el mismo principio de el motor de inducción expuesto anteriormente

4.3 Sincronización de los generadores

Este punto es el de mayor importancia cuanto se trata de generadores en paralelo, es por eso que se antes de poner en funcionamiento los dos o más generadores debemos hacer algunas pruebas para asegurarnos de su correcta sincronía

4.3.1 El método de las "lámparas de fase apagadas"

Este método consiste en conectar las lámparas entre UU', VV", WW" la diferencia de potencial entre lámparas, nos indica si se cumplen las condiciones es decir cuando las lámparas están apagadas se verifican las condiciones

4.3.2 El método de las "luces rotantes"

Las diferencias de potencial entre lámparas varían en módulo si las velocidades de rotación son diferentes. Cuando están en sincronismo la lámpara UU' está apagada y las otras dos brillan igualmente, de no ocurrir esto se ve el encendido alternativamente en un sentido u otro como si girasen, indicando que la máquina va más lenta o más rápida. Una vez cumplida las condiciones se puede decir que las maquinas están es sincronía.

A continuación se indica un esquema con todas estas características juntas

En la grafica se puede ver un voltímetro llamado voltímetro cero, se lo coloca como se indica en el esquema entre la misma fase y recibe su nombre debido a que cuando indica un valor de cero voltios el generador esta en sincronía

4.3.3 Uso de un Sincronoscopio

Un sincronoscopio como es de suponer es un instrumento que nos indica la sincronía de los generadores, mide la diferencia en los ángulos de fase de cualquier fase entre los dos sistemas. Entre los principales están los de aguja y los electrónicos

5 Puesta a carga

En un alternador una vez que tiene las rpm deseadas lo que conlleva a la frecuencia de red y la tensión ajustada a la de servicio, al aplicársele carga existirá una caída de tensión que deberá ser compensada con una mayor excitación y mantener la tensión de operación de forma automática o de forma manual, de la misma forma al asumir carga (Kw) la maquina motriz necesitara compensar la caída de velocidad del mismo modo de la tensión

De la misma forma un alternador que pierde carga tendrá que hacer ajustes de velocidad y de voltaje, de no haces esto podríamos provocar grandes daños a la maquina, como un embalamiento y todos los problemas que acarrea dicha situación

La carga en un alternador implica ajuste de voltaje y ajuste de velocidad. En caso de alternadores en paralelo, una vez trabajando sincronizadamente el ajuste de tensión será controlada por un compensador en cuadratura, que irá a mantener el FP (factor de potencia) lo cual implica un cuidado especial del mismo modo las cargas entre los alternadores será controlada por el torque de la maquina al ser ajustado el control de velocidad

A continuación se explican más detalladamente algunos casos que pueden suceder en la puesta a carga de los generadores:

Se considera el caso de una máquina, conectada a barras sobre las cuales existen ya trabajando otras máquinas, tales que sus potencias son muy superiores a la primera, de manera que ésta no puede alterar la tensión de barras, por esto se considera u = cte. y se dice sobre barras infinitas.

Caso1: Máquina en vacío: será I = 0, d = 0, E0 = U porque el estar en vacío es su fem la que coincide con la tensión de barras.

Caso2: Se le aumenta la velocidad de la máquina motriz conectada al alternador. Como d es una medida de la potencia desarrollada, el incremento de la velocidad resultará en un avance de E0 sobre u en un ángulo d. Con esto fluirá una I perpendicular a j.Xd. I en conclusión se entrega corriente a la red

3caso: Se varía solamente la excitación.

Sobreexcitado: corriente en retraso de p /2

Subexcitado: corriente en adelanto de p/2

Y en conclusión se produce corriente reactiva pura

4caso: Se aumenta la velocidad y la excitación.

Como la diferencia E01 – U es mayor, Ia I será mayor y en conclusión a este caso mejoramos o variamos el cosF según la necesidad o norma presente

6 Esquema Real

A continuación se indican algunos esquemas reales de generadores en paralelo en el mismo se indican todos los instrumentos y cuidados que se deben colorar, además se pueden ver las múltiples protecciones para el cuidado del equipo

También se muestra a continuación un panel que tienen acoplando todos los instrumentos necesarios para la puesta en paralelo

7 Conclusiones

Como conclusiones al presente ensayo se puede mencionar los siguientes aspectos:

a) Antes de conectar el o los generador en paralelo recordar siempre y asegurarse de los siguientes puntos:

? Se acelera la máquina al número de r.p.m. nominales igualando f1 con f2

? Se regula la excitación hasta que la fem de bornes sea igual a la de línea

? Se entra en sincronismo

? Se conecta al interruptor

? Según las necesidades de potencia se aumenta la velocidad o se aumenta la excitación

b) Se debe tener mucha cuidado con los valores de corriente y voltaje para no dañar la máquina ya que es posible que la línea a la que nos deseamos acoplar supero el voltaje que puede producir nuestro alternador. En ese caso no se debe de acoplar ya que la máquina resentiría y reduciríamos su vida útil.

c) Si se acopla mal la máquina actuará como motor

d) Para ajustar la repartición de potencia real entre los generadores sin cambiar (frecuencia del sistema), se deben incrementar simultáneamente los puntos

de ajuste del mecanismo regulador en un generador al mismo tiempo que se disminuyen los puntos de ajuste en el mecanismo regulador del otro generador.

e) Para ajustar la repartición de potencia reactiva entre generadores sin cambiar el voltaje VT, se debe incrementar de manera simultánea la corriente de campo de un generador a la vez que se disminuye la corriente de campo en el otro.

f) Para ajustar VT sin cambiar la repartición de potencia reactiva, se debe incrementar o disminuir de manera simultánea las corrientes de campo de ambos generadores.

g) En este ensayo se ha podido observar las grandes ventajas que brinda la configuración de alternadores en paralelo, como es el suministrar la suficiente potencia que requieran las cargas, como el suministro en la distribución de energía eléctrica. y esto a su vez satisface una demanda que cada día va creciendo.

8 Bibliografía

[1] Archivo PDF "Operación en paralelo de generadores síncronos". Adrian Criollo, ES Electricidad

[2] Liwschitz-Garik "MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA", compañía editorial continental S.A 1974

[3] Archivo pdf "maquinas síncronas" . Eugenio Téllez Ramírez, AP&C

[4]Stephen Chapman, Maquinas Electricas,4 edición, Mac Graw Hill, México

Autor:

David Patricio Valencia Redrován

Universidad Politécnica Salesiana

Cuenca- Ecuador