Sincronizacion de plantas eléctricas o generadores

A menudo, los generadores, grupos electrógenos o plantas eléctricas se desconectan y conectan al sistema de potencia durante las variaciones de carga, cortes de emergencia, mantenimiento, etc.

Antes de volver a conectar el generador al sistema, en todo momento se debe tener sincronizado los parámetros de la red de alimentación y el grupo electrogeno.

Una sincronización incorrecta puede afectar el sistema de energía y da como resultado transitorios eléctricos y mecánicos que pueden dañar el motor primario, el generador, los transformadores y otros componentes del sistema de alimentación.

¿Qué es la sincronización de generadores o plantas eléctricas en paralelo?

El proceso de emparejar parámetros tales como voltaje, frecuencia, ángulo de fase, secuencia de fase y forma de onda del alternador (generador) u otra fuente con un sistema de alimentación en correcto funcionamiento se denomina sincronización.

El generador no puede suministrar energía al sistema eléctrico a menos que su voltaje, frecuencia y otros parámetros coincidan exactamente con la red. La sincronización se logra controlando la corriente del excitador y la velocidad del motor del generador.

La necesidad de sincronización llega, particularmente cuando dos o más alternadores trabajan juntos para suministrar energía a la carga. Esto se debe a que las cargas eléctricas no son constantes y varían con el tiempo y, por lo tanto, requieren la interconexión de dos o más alternadores que funcionan en paralelo para suministrar potencia a cargas más grandes.

La sincronización permite la coincidencia  de varios parámetros de un alternador (o generador) a otro alternador o a la barra colectora. El proceso de sincronización también se denomina paralelo entre generadores.

Necesidad de poner en paralelo a los generadores o plantas eléctricas:

En la mayoría de las centrales eléctricas comerciales, varias unidades pequeñas suministran la energía en lugar de una sola unidad grande. Esto se llama operación en paralelo de generadores. Las razones para preferir esta práctica se enumeran a continuación.

Confiabilidad:

Varias unidades pequeñas son más confiables que una sola unidad grande. Esto se debe a que, si falla un generador, otros generadores siguen activos y, por lo tanto, no se apagará todo el sistema.

Continuidad del servicio:

En caso de mantenimiento periódico, avería o reparaciones de un grupos electrógeno, este debe apagarse y retirarse del servicio. Dado que las otras máquinas funcionan en paralelo, continuaran funcionando y así se evita la interrupción para suministrar potencia a la carga.

Requisitos de carga:

Los requisitos de carga en la estación central de generación cambian continuamente. Durante períodos de carga ligera, solo se operan uno o dos generadores para satisfacer las demandas de carga. Durante las demandas de carga máxima, otros alternadores se conectan en paralelo para satisfacer la demanda.

Alta eficiencia:

Los generadores se ejecutan más eficientemente cuando se cargan a sus valores nominales. Debido a la operación de pocos generadores en cargas livianas y más generadores a altas cargas pico, los generadores se cargan de manera eficiente.

Capacidad expandida:

A medida que la demanda de energía eléctrica aumenta continuamente, las empresas de servicios públicos han aumentado el tamaño físico de las plantas generadoras al agregar más alternadores. Por lo tanto, estos equipos deben estar conectados en paralelo con el equipo generador existente.

Condiciones para Sincronización o Paralelo de Generadores:

Hay ciertos requisitos que se deben cumplir para el funcionamiento exitoso de los alternadores en paralelo. Deben cumplirse las siguientes condiciones para sincronizar un generador a la red o con otros generadores.

Secuencia de fase:

La secuencia de fases, de las tres fases del generador que se está conectando al bus de barras del sistema de potencia debe ser igual que la secuencia de fases de las tres fases de la barra colectora (o red eléctrica). Este problema es importante en la instalación inicial o después para el mantenimiento.

Magnitud del voltaje:

El voltaje RMS del alternador entrante debe ser el mismo que el voltaje RMS de la barra colectora o la red eléctrica. Si el voltaje del alternador entrante es mayor que el voltaje de la barra colectora, habrá una alta potencia reactiva que fluye del generador a la red.

Si el voltaje del alternador entrante es menor que el voltaje de la barra colectora, el generador absorbe la alta potencia reactiva de la barra colectora.

Frecuencia:

La frecuencia del generador entrante debe ser igual a la frecuencia de la barra colectora. La coincidencia incorrecta de la frecuencia da como resultado una aceleración y desaceleración altas en el motor primario que aumenta el par transitorio.

Ángulo de fase:

El ángulo de fase entre el voltaje del generador entrante y el voltaje de la barra colectora debe ser cero. Esto se puede observar comparando la ocurrencia de cruces por cero o picos de las formas de onda de voltaje.

Procedimiento para conectar alternadores en paralelo:

Cuando se cumplen los métodos mencionados anteriormente, se dice que los alternadores están sincronizados. El proceso real de sincronización o paralelismo de generadores incluye los siguientes pasos:

  1. Considere que el alternador-1 está suministrando energía a las barras colectoras a la tensión y frecuencia nominales.
  2. Ahora, un alternador-2 entrante debe conectarse en paralelo con el alternador-1 por primera vez. Al aumentar la velocidad del alternador, su frecuencia varía y, por lo tanto, la velocidad se ajusta hasta que coincida con la frecuencia de la barra colectora (o la frecuencia del alternador-1). Además, al variar el reóstato de campo, la tensión del alternador-2 varía y, por lo tanto, se ajusta hasta que el voltaje coincida con la tensión de la barra colectora.
  3. Los tres voltajes generados por el alternador-2 deben estar en fase con los voltajes respectivos de la barra colectora (o alternador-1). Esto se logra manteniendo la misma secuencia de fases y la misma frecuencia del alternador-2 con la barra colectora o el alternador-1. Para lograr estas relaciones, se utiliza la técnica de sincronización de lámparas o un equipo de sincronizacion electrónico.

Técnicas para la sincronización:

Hay diferentes técnicas disponibles para la sincronización de alternadores. El objetivo principal de estas técnicas es verificar las cuatro condiciones discutidas anteriormente. Los métodos comunes usados ​​para sincronizar los alternadores se dan a continuación.

1. Método de tres lámparas apagadas

2. Dos brillantes, una apagada

3. Método Synchroscope

4. Rele.

El método mas moderno es el del rele por ello hablare un poco mas de este:

Relé proactivo : un controlador de relé proactivo comprueba la sincronización adecuada, el equilibrio de carga y tensión y las funciones de potencia inversa.

Todas estas características generalmente se regulan mediante la instalación de microcontroladores en los generadores. En los sistemas operativos paralelos tradicionales, cada uno de los generadores tiene sus propios controladores además de un controlador maestro que gobierna el sistema combinado.

Esto no es viable en configuraciones pequeñas, y algunas veces incluso más grandes, debido a la inmensa complejidad y el costo de instalación. Cada uno de los controladores debe instalarse para que controlen el funcionamiento del generador individual y tengan que estar sincronizados con el funcionamiento del sistema paralelo controlado por el controlador maestro.

En los sistemas paralelos antiguos tradicionales, también hay mucho ruido eléctrico debido a la operación simultánea de múltiples controladores. Esto causa una gran cantidad de perturbaciones y estos sistemas a menudo están predispuestos a un colapso temporal. Por lo tanto, Algunos de los problemas encontrados en los sistemas paralelos tradicionales se superan mediante la integración de sistemas controlados digitalmente.

En paralelo, cada generador tiene solo un controlador digital usado para monitorear y controlar todas las características clave anteriores. Esto reduce considerablemente el ruido y mejora el rendimiento de la unidad de potencia paralela. También estos controladores son dispositivos plug and play. Si uno falla, es simplemente una cuestión de desenchufarlo y reemplazarlo con una unidad de repuesto.

Una vez que todo está configurado por profesionales capacitados, también se reduce en gran medida la necesidad de buscar asistencia técnica especializada.

Las empresas que optan por generadores integrados tampoco tienen que lidiar con la molestia adicional de un cableado interminable, ya que la cantidad de controladores se reduce al mínimo y todas las comunicaciones son digitales. El funcionamiento de las funciones clave se puede controlar en una computadora conectando el controlador maestro a ella, lo que permite una solución de problemas sin complicaciones. Los equipos de conexión en paralelo modernos se pueden conectar a la computadora e Internet para una supervisión remota también.

Como puede ver, la ejecución de generadores en paralelo tiene algunas ventajas claras y debe ser una consideración para cualquier empresa que busque obtener un respaldo de alto nivel y redundancia. Sin embargo, hay que tener en cuenta el costo y otras consideraciones, y debido a la complejidad involucrada, la experiencia técnica es una necesidad absoluta para diseñar e instalar un sistema paralelo configurado correctamente.

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