ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA – UNAC.

GENERADOR SÍNCRONO DENTRO DE SISTEMAS ELÉCTRICO DE POTENCIA

La protección de los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) siempre es un tema de gran importancia en el ámbito eléctrico. Actualmente debido a las condiciones de operación más exigentes a las que está sometido un SEP, el ajuste y coordinación de los relevadores se torna más complicado.

Uno de los elementos básicos dentro de un sistema eléctrico de potencia es el generador síncrono, debido principalmente a su alto costo y a la función que desempeña dentro de un sistema eléctrico de potencia. Este elemento debe estar protegido de tal forma que la protección sea rápida y segura.

Existen varios esquemas de protección que se pueden implementar en un generador, por consiguiente, para la protección de los devanados del estator contra fallas internas, la protección diferencial ha sido la más empleada en generadores de mediana y gran capacidad por su eficiencia y confiabilidad.

La potencia a gran escala se genera por generadores síncronos trifásicos, conocidos como alternadores, impulsados ya sea por turbinas a vapor, turbinas hidráulicas o turbinas a gas.El G.S está asociado a la etapa de la generación por ende se le hace el estudio de estabilidad del sistema.

La estabilidad de un sistema eléctrico de potencia es la propiedad que le permite permanecer operando en estado de equilibrio en condiciones de operación normal y que le permite luego de ser sometido a una perturbación recuperar un estado de equilibrio aceptable.

Un requerimiento para que un sistema eléctrico sea estable es que opere en sincronismo.Esta es la estabilidad de ángulo. Para que el sistema eléctrico esté en sincronismo los rotores de sus generadores síncronos deben estar en sincronismo o sea girando a la misma velocidad, lo que está directamente vinculado a la frecuencia eléctrica en el sistema ya que en un generador síncrono el campo magnético del rotor induce en los bobinados trifásicos del estator la tensión alterna generada.

Este aspecto de la estabilidad se relaciona entonces con la electrodinámica del sistema y sus generadores, la dinámica del ángulo de sus rotores y la relación potencia-ángulo.Dentro de la estabilidad de ángulo es la llamada estabilidad transitoria ante grandes perturbaciones, Debido a la relación antedicha de la frecuencia de la red eléctrica y la velocidad de giro de los rotores de los generadores, el ángulo de los rotores de los generadores sincrónicos y la fase de su tensión de salida guardan relación. Como muestra la FIGURA I.

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FIGURA I

GENERADOR CONECTADO A UNA BARRA INFINITA

La tendencia actual es trabajar con un sistema eléctrico de transmisión y distribución que interconecte las diferentes centrales generadoras y los puntos de consumo, de modo que una sola central y más aún, una sola máquina representa un pequeño porcentaje de la potencia total del sistema. Evidentemente esta máquina no estará capacitada para alterar ni el voltaje ni la frecuencia del sistema eléctrico. En el límite se puede considerar que el sistema mantiene el voltaje y la frecuencia invariables, lo que se puede asimilar a una máquina que tiene cero impedancia interna e inercia rotacional infinita. Se habla entonces de una “barra infinita”.

Un gran SEP puede considerarse como una barra infinita para muchos fines prácticos. En este caso entonces, dado que el voltaje y la frecuencia se mantienen constantes, las variables de salida se reducen a las potencias activa P y reactiva Q donde la corriente de excitación Iexc influye fundamentalmente en Q y el torque motriz Tm influye básicamente en P; es decir, hay un acoplamiento débil entre Iexc y P y entre Tm y Q.

Existen dos métodos básicos principales usados en la industria para conectar generadores al sistema de potencia. Estos son conexiones directa y unitaria.

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Conexión directa:

La figura II muestra el diagrama unifilar para una conexión directa de un generador a un sistema de potencia. Los generadores son conectados directamente al bus de carga sin transformación de tensión de por medio.Este tipo de conexión es un método recientemente usado en la industria para la conexión de generadores de tamaño pequeño.

Conexión unitaria:

La figura III muestra el diagrama unifilar para un generador en conexión unitaria. El generador es conectado al sistema de potencia a través de un transformador elevador dedicado. La carga auxiliar del generador es suministrada desde un transformador reductor conectado a las terminales del generador. La mayoría de los generadores grandes son conectados al sistema de potencia de esta manera, usando un transformador elevador principal con conexión estrella-delta. Al tener la generación conectada a un sistema delta, las corrientes de falla a tierra pueden ser dramáticamente reducidas usando puesta a tierra de alta impedancia.

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CONCLUSIONES

El mundo funciona con energía, eléctrica principalmente y la manera de la obtención de la misma es mediante estos generadores, así podemos decir que es la base fundamental para cualquier aplicación y/o funcionamiento de “lo que sea”.

Es importante conocer su funcionamiento a profundidad, así como conocer cada diferencia y tipo que exista para que como estudiantes previos a ser ingenieros, estemos en la capacidad de dar soluciones a cualquier tipo de problema que se nos presente.

BIBLIOGRAFÍA

Páginas 2 – 14, 16, 17: Ñ. Lüfke, W. Brokering Christie, R. Palma Behnke, L. Vargas Díaz: “LosSistemas Eléctricos de Potencia”, Pearson Educatión, Primera Edición, 2008.

Tesis-“estudio de la protección diferencial de un generador síncrono” pag VII / Miguel Antonio Alvarez Juárez / instituto politécnico nacional / enero 2012.

Páginas 5,6-Universidad de la República Facultad de Ingeniería.tesis-“Uso de Sincrofasores para la Detección de Oscilaciones de Potencia y Pérdida de Sincronismo. Aplicación al Sistema Eléctrico Uruguayo para la Separación Controlada en Islas”. Autor: Ricardo FRANCO

Páginas 18-20- INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL, ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA -“Estudio del Ajuste y Operación de la Aplicación del Relevador SEL-300G Aplicado a un Generador”. Autor: C. DÍAZ CADENA CUAUHTLI RAÚL y C. SÁNCHEZ AGUILAR FERNANDO

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