COMISiÓN G2 «GENERACIONES TÉRMICAS»SUBCOMISiÓN DE GENERACiÓN NUCLEAR

GRUPO DE TRABAJO DE ESTUDIOS DE EXPLOTACiÓNDE CENTRALES NUCLEARES

LIBROS DE FORMACiÓN

COLECCiÓN DE TEXTOS SOBRE CENTRALESTERMOELÉCTRICAS CONVENCIONALES

y NUCLEARES

Edita ASINELSede socia/:Francisco Gervás. 3 -28020 Madrid -Teléfono 27044 00Laboratorios y oficinas:Carretera de Villaviciosa de Odón a Móstoles. km 1.7Apartado 233 -Móstoles (Madrid) -Teléfono 6160018@ ASINELDepósito Legal: B.36.082-1985Impresión y encuadernación:Imprenta Layetana -E. Granados. 20 -Mataró (Barcelona)

PREÁMBULO

Este libro es parte de la colección titulada ((Textos sobre Cen-trales Termoeléctricas Convencionales y Nucleares», y estádestinado al personal técnico relacionado con dichas instalacio-nes, o a todo aquel que se sienta interesado en conocimientosde ciencia y técnica aplicada a las mismas.

En ellos se describen los diferentes componentes y sistemasoperativos de una planta de producción de energía te(moeléctri-ca además de abordar temas específicos de técnicas de man-tenimiento y control.

A fin de hacerla accesible a cualquier lector, incluye asimismo li-bros sobre complementos de matemáticas, física y química, re-lativos a los te"!as específiGn.<: '7' IP rJec.qrr,.,Ilp

Esta colección, está basada en la colección de libros: ((NoticeTechnique sur 'les Centrales Thermiques», creada por ELEC-TRICITÉ DE FRANCE (EDF), para la formación de su personal,la cual ha sido traducida al español por la ASOCIACiÓN DE IN-VESTIGACiÓN INDUSTRIAL ELÉCTRICA (ASINEL), con la au-torización de ELECTRICITÉ DE FRANCE (EDF).

Los miembros de ASINEL están autorizados a utilizar estos do-cumentos.

La utilización de estos documentos fuera de España será objetode un acuerdo conjunto de ASINEL y EOF.

INTRODUCCIÓN

El objeto de estos libros es facilitar al personal que colabora enla explotación de centrales térmicas y nucleares, de una formaclara y comprensible, la teoría de los fenómenos y principiosque definen las características de funcionamiento de los equi-

pos de una central térmica y nuclear.

Estos libros han sido preparados por el Grupo de Trabajo de Es-tudios de Explotación de Centrales Nucleares de la Subcomi-sión de Generación Nuclear, de la Comisión G2 «GeneracionesTérmicas», de ASINEL, la cual, dentro de sus objetivos, ha fo-mentado la preparación de una serie de libros de formación bá-sica para el personal de las centrales térmicas y nucleares, conel fin de que se sientan más identificados con los equipos e ins-laiaciol'1Gs e,l que trabajar.. --'

Hacemos constar el agradecimiento a los componentes del Gru-po de Trabajo de Estudios de Explotación de Centrales Nuclea-res, de ASINEL, los cuales, con su esfuerzo personal y desin-teresada actuación junto con otros técnicos de sus empresas,han preparado, revisado y corregido estos libros, y han hecho

posible que sean una realidad.

Esperamos que estos libros sean de utilidad para los técnicos yoperarios de centrales térmicas y nucleares, para la formación

de los cuales están especialmente orientados.

ASINEL, 1985

DESCRIPCiÓN GENERAL DE UN ALTERNADOR1.

2, FUNCIONAMIENTO DE UN ALTERNADOR QUE ALIMENTA UNA CARGA 7

2.1 Regulación de la tensión 7

72.1.1.2.1.2.

7

2.1.388

102.1.42.1.5

Tensión en la salida del alternador.Influencia del factor de potencia sobre !a tensión en la salida del alter-nador.Influencia de la corriente suministrada por el estator sobre la tensión en

la salida del alternador.Ejemplo :1umérico .Regulación de la tensión en la salida del alternador.

1('\2? ReQ! II~ciñn rlP I~ frf!ctJenGi~

2.2.1.2.2.2.2.2.3.2.2.4.2.2.5.

1011151517

Factores de los que depende la frecuencia.Misión del' regulador.Regulación primaria del regulador.Estatismo de un regulador. Curva de estatismoRegulación secundaria de un regulador.

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DEL GRUPO TURBOAL TERNADOR 213,

Funcionamiento en paralelo de dos turboalternadores que alimentan una red úni-

ca de potencia constante P .

3.

21

3.21213.

3.

2.3.

Punto de funcionamiento de dos turboalternadores que trabajan en para-

lelo.Modificación de la frecuencia. ..Modificación del repar1o de la potencia total P entre los dos turboalterna-

dores sin cambiar la frecuencia.

Ejemplos numéricos.

2525

3.

4

Funcionamiento en paralelo de dos turboalternadores sobre una red de potenciavariable. '3.2.

29

2931

3.2.1.3.2.2.Diagrama de funcionamiento

Ejemplo numérico

3434

Funcionamiento en paralelo de un turboalternador sobre una red de potencia muy

elevada con respecto a la suya.; ~_,;Jarto de !a DotE'~(;!3 reactiva entre alt~rnadores funcionando en paralelo.

ESTABILIDAD DEL FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE LOS GRUPOS TUR-

BOALTERNADORES.

4.

35

354.14.2

Potencia sincronizante .Diagrama de funcionamiento de un alternador acoplado sobre una red de poten-

cia muy elevada con respecto a la suya. 36

REGULACiÓN DE LA TENSiÓN 405.

404042

5.1.

5.2.5.3.

Misión del regulador de tensiónRapidez de regulación de la excitación en caso de regimen perturbadoDiferentes modos de excitación de la excitatriz .

42474747

484951

5.3.1.5.3.2.5.3.3.5.3.4.

5.3.5.5.3.6.

5.3.7.

.::1.3.8.5151

Descripción de la excitatrizExcitación independiente.Excitación shunt .Excitación independiente con dispositivo de sobreexcltación rápida.

Excitación estática.Principio del regulador de tensión.Excitación independiente con regulador de tensión.Ex , ,'ac,.o. tl Indepe n dlent c.- cc ~ '"'--, :-"".."..,..., t --~ 6 ""~ I'~-r' on -.,..,.

l .1 l. ""',,- ", 1 v~... L.'.~ l,-~1 I ~a.- la

excitatriz principal.Utilización de la a.mplidina en los circuitos de la excitación.

5.3.9.

515.3.9.1.5.3.9.2.

5354

Descripción y funcionamiento de la amplidina .Principio de utilización de la amplidina en los circuitos excita-

doresEsquema de excitación con amplidina .5.3.9.3.

5760

5.3.10. Excitación serie.5.3.11. Reguladores de tensión de amplificadores magneticos

63ACOPLAMIENTO DE ALTERNADORES6.

66371

Condiciones necesarias para efectuar correctamente el acoplamiento de un alter-

nador¡',paratos necesarios para acoplar un alternador sobre un juego de barras.

7171

Designación de los aparatos y su misiónAparatos de sincronización .

6.2.16.2.2

71737576

6.2.2.1.6.2.2.2.6.2.2.3.6.2.2.4

Lámparas de sincronización .

Voltímetro de cero.Sincronoscopio .Acoplamiento automá¡ico sincroacoplador

TELERREGULACIÓN7. 77

7.1 Variación de la frecuencia cuando la potencia absorbida por I~ rp(! ',", r

la potencia del conjunto de los alternadores en paralelo.

Telerregulación. Regulación centralizada.

""'Ial

~77777.2

7.2.1.

7.2.2.

7.2.3.

7.2.4.

Principio de la telerregulaciónRegulación de la frecuenciaRegulación de fase.Regulación de nivel.

77797983

7.2.4.17.2.4.27.2.4.3,7.2.4.4

83858585

Banda de regulación. Participación en la regulación.

Definición del nivel.Constitución del nivel.Transformación del nivel por orden de regulación.

NOTAS ANEXAS

ANEXO AL CAPíTULO 6 90

ANEXO 1. Funcionamiento en paralelo de dos alternadores sobre una carga de poten-cia constante. 91

ANEXO 2. Funcionamiento en paralelo de dos alternadores sobre una carga de poten-:",i" v?riary'l? ~4

ANEXO 3. Cálculo del estatismo del turboalternador equivalente a varios turboalterna-dores conectados en paralelo. 97

DESCRIPCiÓN GENERAL DE UN ALTERNADOR1.

Un alternador está compuesto de los siguientes elementos:

-Un estator que comprende un circuito magnético constituido por una serie de láminas de hie-rro en forma de corona, unidas las unas a las otras. En su parte interior el circuito magnético llevalas ranuras uniformemente repartidas en los cuales se acopla el arrollamiento trifásico del estator(figs. 1 y 2).

La salida de cada una de las fases del estator está conectada a la red trifásica de utilización.

-Un rotor que gira en el interior del estator inmóvil. El rotor lleva. en las ranuras dispuestasen su periferia un arrollamiento recorrido por una corriente continua.

La corriente continua está producida por una máquina llamada excitatriz. El rotor excitado, giran-

d.J. prod¡jC~~-1 ca:J;p~qur.~ gira cor;.¿J. Est"" .~r;,:,¡:.~¡i:1¡Oíiv e¡-;g:::dia f:.J¿'::-"'~ .,.¡~(i..""";";,~!-",,,,, .en cada una de las fases del arrollamiento del estator.

Si las diferentes fases del estator están cerradas sobre un circuito exterior, son recorridas por co-rrientes alternas.

El conjunto de estas corrientes produce un campo giratorio en el mismo sentido y a la misma ve-locidad que el rotor; este campo se combina con el campo del rotor. Ambos campos pueden, sinembargo, estar decalados el uno respecto del otro y se puede comprender que el campo del in-ductor es arrastrado por la turbina y que él arrastra el campo del inducido por medio de una uniónelástica.

El campo del rotor es proporcional a la corriente de excitación i; el campo de! estator es propor-cional a la corriente I en las fases del arrollamiento del estator-

En el funcionamiento en carga, el campo giratorio inducido se compone con el campo giratorioinductor. El campo giratorio resultante da origen a una f.e.m. en carga que, como acabamos dever, podrá ser decalado un cierto ángulo respecto a la f.e.m. que sería engendrada en vacío porla corriente inductora.

Estas modificaciones, debidas a corrientes que ocurren en el estator, reciben el nombre de reac-ción del inducido.

0-02/1

Alternador de 250 M\V Estator en

curso de bobinadoFIGURA 1 A.

0-02/2

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.. .FIGURA 1 B. Alternador de 250 MW. Estator bobI-

nado.

D-O2/3

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2. FUNCIONAMIENTO DE UN ALTERNADORQUE ALIMENTA UNA CARGA

2.1. REGULACiÓN DE LA TENSiÓN

Tensión en la salida del alternador2.1.1.

El campo giratorio del rotor produce en los arrollamientos trifásicos del estator las f.e.m. trifási-caso Si los arrollamientos del estator no están recorridos por ninguna corriente la tensión entrelos bornes del alternador será igual a la f.e.m. EVI en vacío, desarrollada en sus arrollamíentos.

Si el estator del alternador suministra energía a la red, el campo giratorio producido por la co-rriente I del estator se combinará con el campo giratorio producido por el rotor para dar un campo

giratorio resultante. La tensión U en la salida del alternador será igual a la f.e.m. desarrollada por

el campo resultante.

Hemos visto en el capítulo precedente que la modificación de la tensión en la salida del alter-

nador debida al campo giratorio del estátor se llama reacción del inducido..La reacción del inducido depende de dos factores:

-del decalaje de corriente I sobre la tensión U caracterizada por el factor de potencia cos q;.

Este factor de potencia depende de la red sobre la que suministra el alternador.

-de la intensidad de corriente I que depende igualmente de la red que se utilice.

Influencia del factor de potencia sobre la tensión en la salida del alternador2.1.2.Se demuestra que, para un mismo valor de la corriente I en los arrollamientos del estator, la reac-ción del inducido no depende del desfase de la corriente sobre la tensión. La corriente conserva

el mismo valor:

a) Si el alternador suministra sobre una red inductiva, es decir sobre una red que demande unapotencia reactiva. en la que la corriente está desfasada en retraso respecto de la tensión. Si eldesfase aumenta. aumenta la potencia re activa y disminuye el factor de potencia. El campo delestator debilita el campo del rotor; la tensión en la salida del alternador baja. la caída de tensión

debida a la reacción del inducido ha aumentado.

2.1 .3. Influencia de las corrientes suministradas por el estator sobre la tensión

en la salida del alternador

La reacción del inducido depende igualmente de la intensidad I de la corriente en los arrollamien-

tos del estator.

Exceptuando el caso donde el alternador suministra sobre una red capacitiva, para un mismo va-lor del factor de potencia, la reacción del inducido aumentará cuando la intensidad I de la corrien-

te en el estator aumente y disminuya la tensión en la salida del alternador.

2.1.4. Ejemplo numérico

Las curvas de la figura 3 dan el valor de la tensión en la salida del alternador, para diferentesvalores del factor de potencia cuando se varía la intensidad de la corriente en los arrollamientos

del estator.

La tensión en vacío en la salida del alternador es Ev = 6.000 V.

Veamos primeramente la influencia del factor de potencia sobre la tensión del alternador.a)

Supongamos que el alternador suministra su corriente nominal In = 10.000 A con cos <p = O. La

tensión en la salida del alternador está representada por CI .E, donde O E', corresponde a3.700 V, la caída de tensión con respecto a la tensión de un alternador en vacío es:

6.000 -3.700 = 2.300 V.

Asimisri¡o se pudría dt:il~rmíhar sucesivament~ ¡aS il;11S;vlit;~ 0;;.1 i.:. .;...::':::", j¡:.; ~::.:;¡. ..;1dIJ.. ;:':';':;; :.:1misma corriente In = 10.000 A Y para cos q; iguales a 0.6, 1 o 0,8 (desfase adelantado). Los re-

sultados. que se obtendrían están pados en el cuadro siguiente:

Intensidad de la corrientedel estátor en A

Tensión en bornesdel alternador V Caída de tensión VCOS <f

6.300 (E.)3.7004.0005.1006.300

o2.3001.400

900300

(> E,,)

o10.00010.00010.00010.000

En vacíocos Cf = O

cos Cf = 0,6cos Cf = 1

cos Cf = 0,8

(desfase adelantado)

Se tendrá en cuenta que la tensión en la salida del alternador disminuye cuando el factor de po-tencia disminuye. pues pasa de 5.100 a 3.700 cuando se pasa .de cos q. = 1 a cos (r = O.

Por el contrario. la tensión en la salida del alternador es de 6.300 V. cuando el alternador su-ministra sobre una red capacitiva con un desfase adelantado correspondiente a un cos cf = 0.8.

Esta tensión sobrepasa en 300 V la tensión de salida en vacio.

b) Veamos ahora la influencia. sobre la tensión en la salida del alter"ador de la corriente I su-

ministrada por el estator.

Supongamos que el alternador suministra una corriente I igual a 5.000 A.

O -- -02 8 ,"--.é

El cuadro siguiente da el valor de la tensión para las intensidades de 5.000 A Y 10.000 A para

diferentes valores del factor de potencia.

C2 E2 -(.;2 Ü2 -C2 F2 -Cz Gz dan los valores de la tensión para

potencia respectivos 0- 0,6 -1 Y 0,8 (desfase adelantado).

= 5.000 A Y los fal.,lJre~ IJ8

"enslón en los bornes

del alternador

FIGURA :;

0-029

Tensión en bornes (V) Caída de tensión (V)

Factorde potencia -5(\C':: AI = 10.000 A I = 5.000 A I ~ " ...:.,,"

1.200400200400

(>Ey)

3.7004.6005.1006.300

4.8005.6005.8006.400

2.3001.400

900300

(>E,,)

cos rp = ocos rp = 0.6

cos rp = 1

cos q: = 0,8

desfase adelantado

Tensión en vacío (1 = O) E. = 6.000 v.

El cuadro muestra, por ejemplo, que para cos qJ = 1 la tensión baja de 5.800 a 5.100 V. cuando

la intensidad en el estator pasa de 5.000 a 10.000 A.

Regulación de la tensión en la salida del alternador2.1.5.

En explotación, la tensión de un alternador alimentando una única red aislada debe ser mante-nida constante para todos los factores de potencia y para cualquier intensidad de la corriente su-

ministrada por el estator.

Para llegar a este resultado se aumenta la f.e.m. Ey actuando sobre la corriente en el rotor delalternador llamada «corriente de excitación del alternador». Si se aumenta esta corriente el cam-po producido por el rotor aumentará, resultando un aumento de Ey y de la tensión en la salida

U. Se obtendría el resultado inverso disminuyendo la corriente de excitación.

El, ¡~~ Cet)t(dlbS ~si-& -fegü¡ación..se.o~iene aljtú~átic~m~r.tc.c;,;n ay da d'J reg!J'ado~~3.,=:'

tensión.

.La figur~.3 y las diferentes ta~l~s que ,hemos m~strado, in~ican que si para la ~orriente ,nominal1.In se ~~isieFa ma;-.teAeF la~4e.AS~~UIíSerta necesaffOc aument-af~~mas--4a.~G~~ie~te ~~

excitación cuanto que el factor de potencia fuera pequeño.

Si el factor de potencia llega a ser demasiado pequeño podrá mantener la tensión Un para la co-rriente In sin pasar la intensidad máxima admisible en los arrollamientos del rotar o Si se fraQuea

este límite pueden resultar calentamientos perjudiciales a los aislamientos del rotor.

La placa del alternador da el cos Cf mínimo que puede ser mantenido. para la tensión nominal

Un y la corirente nominal Ino

REGULACiÓN DE LA FRECUENCIA

Factores de los cuales depende la frecuencia

La frecuencia está ligada con la velocidad del turboalternador por la relación:

f= ~60

f: frecuencia en hercios (Hz)P: número de pares de polos del rotorN: velocidad en revoluciones por minuto.

0-02;10

En España, la frecuencia de la red está unificada en 50 períodos por segundo: así un alternador

girando a 3.000 r.p~m. tendrá 2 polos (1 par).

La frecuencia será proporcional a la veloc;;---:au, -0.0 reyulaclúrl cJe ilt:Ju~rl(;ié1l,oliduca ~iéjil""-~ auna regulación de velocidad. Esta regulación de velocidad se obtiene por acción sobre la turbinadel alternador por intermedio de un regulador. Para el estudio de la regulación de frecuencia. es-tudiaremos el grupo constituido por el alternador y su turbina.

La potencia del turboalternador, para una presión y una temperatura constante de vapor en laadmisión de la turbina, depende de la abertura de las válvulas de admisión de vapor, es decir,del suministro de vapor a la turbina.

2.2.2. Papel y acción del regulador

El regulador debe mantener el turboalternador a velocidad constante. Deberá, pues, cuando la

potencia de la red aumenta, aumentar la abertura de las válvulas de admisión, es decir, el su-ministro de vapor, para mantener la velocidad constante. Inversamente, deberá disminuir el su-ministro de vapor en el sistema de turbina cuando la potencia de la red disminuya.

Vamos a estudiar ahora un regulador simple; sacando consecuencias generales de este estudio.

Todos los reguladores derivan de los viejos reguladores con bolas utilizados en las antiguas má-quinas de vapor a pistón (fig. 4). El regulador gira a una velocidad proporcional a la velocidaddel turboalternador. Las bolas sometidas a la fuerza centrífuga se separan más o menos del ejedel regulador bajo la acción de esta fuerza. Están ligadas a un cojinete M que gira sobre el ejedel regulador. A cada posición del cojinete M corresponde una velocidad determinada del tur-~,:,~lte':r1gdor

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FIGURA .¡

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Potenciapedida porla red.

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pPotenciadel grupoturbo-alternador

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Velo máx

reguladaMsMI

Velocidadnormal

IMe,",o M4

Velo mino

reguladaM3

t6 tat 5 ,ti tz t3 t 4fo T

FIGURA 5. Regulaclon SImple. Regulaclon asta!ICéI

0-02 12

m4~m3

7mz

m5 --~

El cojinete M podría por un aparato adecuado accionar directamente la válvula de admisión devapor en la turbina. No se dispondría entonces más que de una potencia débil para la maniobra

de esta válvula. Es por esta razón que se utiliza un relé intermedio con aceite.

Este relé puede estar constituido como el representado en la figura 4. El cojinete M del reguladoragarra el vástago Am móvil alrededor de su eje A. El vástago AM agarra otro vástago GD que,el mismo, es solidario de los pistones p y p'. Los pistones p y p' dejan al descubierto los con-ductos en el cilindro para enviar el aceite a presión sobre una y otra cara del pistón P que ac-

ciona la vávlula de admisión de vapor en la turbina.

Variaciones de velocidad

Antes de estudiar la acción de tal regulador, veamos cómo se comportaría el turboalternador si

no tuviera regulador:

a) Si la potencia demandada por la red es siempre igual a la potencia P r del turboalternador,

la velocidad permanece constante.

b) Si la potencia de la red baja. la velocidad del turboalternador aumenta hasta el momento quelas dos potencias P, y P. vuelvan a ser iguales. Este límite podría en algunos casos ser muy ele-

vado y sobrepasar la velocidad máxima que puede soportar el turboalternador, pudiéndose llegar

a la destrucción total de la máquina.

c) Si la potencia P, aumenta, el turboalternador disminuirá de velocidad hasta el momento quep, vuelva a ser igual a p.. La velocidad podría disminuir hasta la parada total de la máquina.

Acción del regulador (regulación simple)

Veamos ahora cómo el regulador interviene para asegurar la estabilidad del turbogrupo y reto-

memos cada uno de los casos precedentes.

Si p. -P r tt,ssts to', \:;"Ufflfrfluye (fig. 5). o, -el'ltefrormente, 1a velocidadpermanece-cOO,~st~egulaQQz; Qg in. o=-

Si p, disminuye (a partir de 10) el regulador provocará la disminución de la cantidad de vapor ad-

mitido en la turbina. La velocidad aumentará hasta el momento en Que el regulador tenga tiempode provocar la reducción de la admisión de vapor, necesario para restablecer la igualdad de lapotencia p, demandada por la red con la potencia P. correspondiente a la admisión de vapor en

la turbina (en el tiempo t,).

En este momento. la velocidad será superior a la velocidad nominal (punto M,); el regulador queestá regulado para esta velocidad nominal continuará, pues, su acción para disminuir la admisiónde vapor y reducir así la velocidad del turbogrupo. Cuando la velocidad tenga el valor nominal(punto M2) la potencia del turboalternador será inferior a la potencia pedida por la red (punto m2).la velocidad bajará por debajo de su valor nominal y el regulador influirá en este momento para

aumentar la admisión de vapor en la turbina.

Se ve que tal regulador no será capaz de mantener la velocidad con un valor constante pero no

regulará más que entre dos valores limites de una y otra parte del valor nominal.

Se podría usar el mismo razonamiento y llegar a la misma conqusión si la potencia p, de la red

llega a ser superior a la potencia P" del turboalternador.

0-0213

FIGURA 6 Bo Fases sucesivas: Primera: M G A.Segunda: M' G' A.Tercera: M' G A'o

FIGURA 6 C. Curva de estatismo.

0-02/14

2.2.3 Regulación primaria del regulador

Para amort¡~LJar; ,,~_:¡!~cinnes de I~ regulación. se utiliza un servosistema. En este sistema elpunto A de la palanca del regulador AM debe ser móvil siguiendo los desplazamientos de la vál-vula. Este servosistema adelanta la vuelta de los pistones a su posición de equilibrio (fig. 6). Lasoscilaciones se producen siempre, pero se amortiguan rápidamente (fig. 6 bis).

Supongamos ahora que p" la potencia de la red, aumenta; como en el caso precedente el re-gulador va a provocar el aumento de la cantidad de vapor admitido en la turbina y la velocidaddisminuirá hasta igualar las potencias p. y Pro Pero en este caso, el servo va a dar un nuevo equi-

librio. Se muestra en la figura 6 B (fases sucesivas: MGA-M'G'A-M'GA').

El cojinete M bajo la acción del regulador de velocidad va descendiendo lentamente en M' arras-trando el vástago AM y la palanca GD. El pistón P' descubriendo el conducto inferior va impul-sando la abertura de la válvula y la velocidad va decreciendo cada vez menos rápidamente paracesar finalmente el decaimiento. El punto A que sigue los desplazamientos de la válvula llega aA', lleva la palanca AM a la posición A'M' y la palanca GD que sube (G se desplaza a G' y luego

vuelve a G).

Habiendo cesado de decrecer la velocidad. ésta es en este momento inferior a la velocidad inicialy el relé ha continuado actuando y abriendo la válvula hasta que la palanca ~D, que sube al mis-mo tiempo que la válvula, vuelve a su posición primitiva (G) cortando la entrada del aceite.

Pero en este momento, la potencia de la turbina será ligeramente superior a la de la red; la ve-locidad subirá de nuevo y habrá un cierre ~3rcial de la válvula. La velocidad dejará de subir conla igualdad de potencia y el relé continuará actuando hasta que la palanca GD pase a su posición

primitiva y así sucesivamente.

Pero el desvío entre las potencias es menos importante esta vez por el servo, y la variación develocidad será más pequeña. Se llega así, después de algunas oscilaciones, a una nueva pc-

SiCiQn de la válvula tal qM~~~.===~==. -

Se observa que las oscilaciones se producen siempre pero el servomotor adelanta la vuelta de

los pistones a su posición de equilibrio amortiguando las oscilaciones.

Cuando el sistema esté de nuevo en equilibrio. este equilibrio será diferente del primero; el co-jinete M estará entre M y M'. lo que significa que la velocidad es inferior y el punto A se sitúa

entre A yA': el consumo de vapor es superior a lo que era primeramente.

Al aumento de la carga ha correspondido una ligera disminución de velocidad. La regulaciónefectuada por este regulador es imperfecta, pero es rápida y estable. Es la primera regulación.

Las diferentes tases de la regulación están presentadas sobre la figura 6-bis. Comparando estafigura con la 5. se pueden constatar las diferencias existentes entre las regulaciones de la po-tencia y como consecuencia de la velocidad. en los dos tipos de regulación estudiadas: la regu-

lación simple y la regulación con servosistema.

Estatismo de un regulador. Curva de estatismo2.2.4.

Los puntos M. G. A están alineados. existe. pues. una relación'entre el recorrido de la válvulay el recorrido del cojinete M del regulador (fig. 6 B). La posición del vástago de la válvula deter-mina el consumo de vapor en la turbina. luego la potencia de la turbina. La posición del cojineteM depende de la velocidad de la turbina. Se puede decir que existe una relación entre la potencia

D-O2~15

La curva de estatismo de un turboalternador da !a vt' .,~ ~I.J~ d~ r.~ ve!'Jcidad '--cuando pa:;~

marcha en vacío a su potencia máxima Pm.

Esta línea es sensiblemente recta. Tracemos esta recta AB.

-~..¿,"Í;:" ..1:".!

El punto A corresponde a la marcha en vacío, la velocidad del turboalternador es Yo.

El punto B corresponde a la potencia máxima Pm. la velocidad del turboalternador es Vm.

La diferencia de velocidad cuando se pasa de la potencia O a la potencia máxima P m es igual

DA -CB = Vo -Vm = s.

Se expresa casi siempre el estatismo en % respecto a la velocidad media:

Vo + Vm

2

pero se puede escribir sin error apreciable:

5=100 Vo-Vm

Vo

Se dirá, por ejemplo, que una máquina tiene un estatismo de 4 % cuando su velocidad a su car-

ga máxima es inferior en un 4 % a su velocidad en vacío.

,- La cur"", .deesbtismo. define,. pues, una relaciór e,¡trela velocidad y la poten~~:;., dI:. !a ::r;¿'::1IJ.i~~ Esta curva de estatismo debe ser ligeramente descendente para que la máquina sea estable; en

efecto, si la velocidad aumenta es que la potencia de la máquina es superior a la de la red y el

regulador deberá tender a disminuir la potencia suministrada; el nuevo pu!)J!!~cionamlento

~ ---c.-c." O"'c."=c."",-~~~="C"-=='--;-- .--d~b~ ~t:r ¡él! que, slen"OOTa~laadligeráinente superior, la potencia sea mas pequeña.

La regulación es tanto mejor cuanto el estatismo sea más pequeño; en efecto, después de una

variación de carga en la red, la variación de velocidad es tanto más pequeña cuanto el estatismosea más débil.

Nota: Se puede demostrar fácilmente que la variación de potencia de un turboalternador es pro-

2.2.5.

Regulación secundaria de un regulador

Hemos visto que la velocidad de un turboregulador, regulada por el regulador, variaba en funciónde la potencia. Cuando la potencia aumenta, la velocidad disminuye e inversamente cuando la

potencia disminuye la velocidad aumenta. Estas variaciones están representadas por la curva deestatismo del turboalternador (fig. 8).

A una potencia dada corresponde una frecuencia determinada. Un regulador montado sobre un

turboalternador alimentando una sola red sería incapaz de mantener la frecuencia a un valorconstante y las variaciones de frecuencia serían demasiado importantes para ser toleradas porel usuario.

0-02/17

porclonal a su varlaClon de frecuencia. El factor de proporcionalidad se denomina la potencia re-

g/ante.

El regulador efectúa una regulación primaria que debe ser corregida por un dispositivo especialque devolverá la frecuencia a su valor nominal, es una regulación secundaria.

VP:"n~ ~ ahora cómo podemos obtener este resultado. Volviendo al ejérilplc de: reguladcr d:;bolas, la regulación secundaria se obtiene haciendo variar la longitud del vástago AB. Sobre el

~ Velocidad

A

~::::::~~~ '!- -

Vo

V7

VI

\\TI

Pz P%. Pm Potencia

FIGURA 9

0-02/18

vástago AB está dispuesto un piñón que se puede enroscar o desenroscar por la acción de un

motor. En su movimiento el piñón arrastra la extremidad A de la palanca MA (fig. 9).

Supongamos ahora que la potencia de la red aumente y que no tener' ,¡,., 1,;-~'.'¡':.'Prl~¡ti\/O '~'-'" r.:.-.

gulación secundaria; la velocidad del turboalternador bajará, el consumo de vapor aumentará y

la palanca MGA irá a M'GA' (fig. 6).

Si actuamos ahora sobre la regulación secundaria haciendo roscar el piñón para volver al puntoA' a A, la palanca MGA toma su posición inicial y al mismo tiempo la velocidad toma su valornominal. Es necesario ver que, cuando hemos hecho pasar el punto A' a A, tenemos que au-mentar al mismo tiempo la admisión de vapor en la turbina, lo que permite obtener el aumento

de velocidad que buscamos.

Si trazamos la curva de estatismo del turboalternador, antes de la acción de la regulación secun-daria y otra después, notaremos que la curva de estatismo está desplazada paralelamente a ella

misma para volver de su primera posición a la segunda (fig. 10).

Se podría tener el mismo razonamiento si hubiésemos supuesto que la potencia del turboalter-

nador había disminuido.

La regulación secundaria permite mantener la velocidad de consigna para cualquier potencia delturboalternador. La acción de esta regulación tiene por efecto provocar el de,splazamiento de las

curvas de estatismo paralelamente a sí mismas.

Volvamos de nuevo a la figura 10. Supongamos que en un cierto momento la curva de estatismodel turboalternador es A8; su potencia P, su velocidad N, su punto de funcionamiento es enton-ces C. Si la potencia P aumenta para llegar a P' y se mantiene la velocidad, la nueva curva deestatismo está desplazada paralelamente a ella misma, para llegar a A'8' V el nuevo punto detunclonamiento ~S C'. Si se llega a (;ortal la potencia del turbualiclliauor cuando esta es ¡gua;a P, la velocidad después del corte será CA. Si la potencia es P' la velocidad después del corte

será CA'. .=---=--~=

FIGURA 10

0-02/19

3. FUNCIONAMIENTO EN PARALELODEL GRUPO TURBOAL TERNADOR

3.1. FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE DOS TURBOAL TERNADORESQUE ALIMENTAN UNA RED ÚNICA DE POTENCIA CONSTANTE P

Punto de funcionamiento de dos turboalternadores que trabajan en paralelo3.1.1

llamaremos P, a la potencia máxima del turboalternador I y S1 a su estatismo.

Llamaremos P2 a la potencia máxima del turboalternador 1I y S2 a su estatismo

StlpO'1gamos que en un mom~nto dado la potencia del tlJrbo~lternador I es p, v OIle la del tur-

boalternador 11 es P2.

Tracemos las curvas de est~tismo de cada uno de los turboalternadores (fig. 11). su funciona-

nador 11. ~ =

Estos dos turboalternadores funcionando en paraielo tienen la misma frecuencia y los dos puntosde funcionamiento F, y F2 corresponden a la frecuencia f.

Las curvas de estatismo de la figura 11 se pueden representar como indica la figura 12

Haciendo deslizar la una sobre la otra, los puntos F, y F2 vienen a confluir en F. obteniéndose

el diagrama representado por la figura 13.

En este diagrama se tiene

O,A = P,020 = P2O,V = 02V = fp, + P2 = P

O, T = p, AM = S,O2 T = P2 CN = 52

(frecuencia común)potencia total producida por los 2 turboalternadores.

Modificación de la frecuencia

3.

2

Supongamos ahora que se aumenta la frecuencia actuando sobre la regulación secundaria delos dos turboalternadores; la potencia P quedará igual (suponemos que la potencia de la red es

independiente de la frecuencia).

0-0221

La frecuencia inicial llegará a 1'.

F:I r! levo funcionamiento de los dos turboalternadores estará represf#ntado por un punto situado:.úL;,:: una paraieia a O, O2 correspondiente a ia frecuencia j'. Es p05ibl~ una infinidad de plJ¡,~u5de funcionamiento de los dos turboalternadores moviendo más o menos la regulación secundariade uno de ellos respecto a la acción sobre la regulación del otro turboalternador.

Vamos a estudiar dos casos particulares: en el primero, se variará la frecuencia actuando sola-mente sobre la regulación secundaria del turboalternador I y en el segundo caso sobre la regu-

lación secundaria del turboalternador 11.

Hemos visto antes que la acción sobre la regulación secundaria de un turboalternador teníacomo efecto el desplazamiento paralelo a sí mismo de la curva de estatismo de! turboalternador.El desplazamiento se efectúa hacia arriba cuando se aumenta la admisión de vapor y hacia aba-jo cuando se disminuye. El turboalternador conserva la misma curva de estatismo si no se actúasobre su regulación secundaria. Todo el funcionamiento está representado por un punto situadosobre esta curva. El desplazamiento del punto de funcionamiento sobre esta curva resulta de la

acción de la regulación primaria.

1. er caso

Actuando sobre la regulación secundaria del turboalternador I sin tocar la regulación secundaria

del turboalternador 11.

El punto de funcionamiento del '1, después de lo dicho antes, estará situado en F', sobre la mis-

ma curva de estatismo.y. corresponde a la frecuencia f' (fig. 14).

...El mismo punto deberá representar el "!"Jncionamrento 'dei 1; 3c::'ua"ert¡(Js sobrL .", .l.'¡,;ul~.,:!(". ~~-

cundaria, lo que desplazará su curva de estatismo paralelamente a sí misma, hasta que pasepor el punto F'. La potencia del turbo-alternador I ha aumentado de p, a p'~ y la del turboalter--~~~~~~d~p;_ap'?,

bajoJa acción de_s_u regulaci~~primaria.-Poi ot~a parte secumple siempr~ ~_c_c~- --' -" ~,---~~~~

p't + P'2 = P.

2." caso

Actuando sobre la regulación secundaria del turboalternador I1 sin tocar la regulación secundaria

del l.

Tomando el mismo razonamiento que en el 1."' caso, se ve que el punto de funcionamiento de

los dos turboalternadores para la frecuencia f' está en F" (fig. 15).

La potencia del turboalternador I ha disminuido pasando de p. a p". (bajo la acción de su regu-

lación primaria) y la potencia del turboalternador 11 ha aumentado de P2 a P"2.

Se tiene

p", + P'2 = P.

,Nota: Se podrían realizar los mismos razonamientos que los anteriores bajando la frecuencia

0-02/23

Velocidad

Frecuencia

A'

A

c--

M'

V .,.

N

---~I

M

P2

I

DI

rl f

OzToo.

FIGURA 14

!.'¡eiociodOFrecuencia

BA

0201

FlqURA 15

0-02!24

3.1 .3. Modificación del reparto de la potencia total P entre los dos turboalternadores sin cambiarla frecuencia

El funcionamiento de los grupos está representado por un punto que estará siempre situado so-bre la recta AB correspondiente a la misma frecuencia f.

Si se actúa sobre la regulación secundaria de un turboalternador aumentando la admisión de va-por en la turbina, se desplazará su curva de estatismo hacia arriba. la frecuencia que antes per-manecía constante deberá disminuir al mismo tiempo que la admisión de vapor en la turbina delotro turboalternador actuando sobre su regulación secundaria. Su curva de estatismo bajará y elpunto de unión de las dos curvas se situará sobre la recta AB. La potencia del primer turboal-

ternador aumentará y la del segundo disminuirá.

Ejemplos numéricos3.1.4.

1. er ejemplo.

Tomemos dos turboalternadores 1 y 1I de la misma potencia máxima igual a 125 MW, el estatismo

de I es de 300 rpm y el de li es de 600 rpm.

Supongamos que funcionan en paralelo sobre una red de potencia constante total de 100 MW

cualquiera que sea la frecuencia.

En un primer momento de funcionamiento a la frecuencia 50 (correspondiente a 3.000 rpm parala velocidad de rotación del turboalternador) la potencia del grupo I es p, = 40 MW y del grupo I1

P2 = (,() r,4i!,!.

Veamos cuál será su potencia cuando la frecuencia haya aumentado a 51 Hz (velocidad3.060 rpm) en cada uno de .Ios casos particulares estudiados en el apartado 1.2.

Tracemos el diagrama que se obtiene actuando solamente sobre la regulación secundaria delturboalternador I y después el diagrama que se obtiene actuando sólo sobre la regulación secun-

daria del 11.

Estos diagramas están representados en la figura 16. donde las curvas I y I1 corresponden a la

frecuencia 50 Hz. PI = 40 MW. P2 = 60 MW -punto de funcionamiento F.

Las curvas l' y 11 corresponden a la frecuencia 51 Hz después de haber actuado sobre la regu-

lación secundaria del turboalternador 1, punto de funcionamiento F'o

La medida sobre el diagrama da:

P'2 = 47.5 MW.p', = 52,S MW

Las curvas I y 11' corresponden a la marcha a frecuencia 51 Hz después de haber actuado sobre

la regulación secundaria del turboalternador li, punto de funcionamiento F"o

La medida sobre el diagrama da:-

p": = 85 f\1W.p'.. = 15 MW

La tabla siguiente representa estos valores:

0-02/25

ni........-",...

......"....n:~Velocidad

Frecuencia...,'"....,..

.II

1f:5lHz

3060 r.p.m.3000 r.p.m.

, ~...~'.....,f:SOHz

"..

--""'---~"'--...

II..r

I./

P1..-¡

./

P'1 P'2---=~"-~-, c

2500 r.p.m.

~n-r -

2000 r.p.m. 80 90 ~O60 70 PotenciaMW

30 40 5010 20

FIGURA 16

0-02/26

Turboalternador I Turboalternador 11

300 rpm 600 rpm

60MW40MW

47,5-12,5

52.5+12,5

15-25

85+25

Fstatismo de los turboalternadores rle igual poten-cia máxima

Potencia de los turboalternadores a la frecuencia50 Hz

Potencia de los turboalternadores a la frecuencia51 Hz

a) Actuando solamente sobre la regulación se-cundaria del turboalternador I

Variaciones potencia de los turboalternadoresb) Actuando solamente sobre la regulación se-cundaria del turboalternador 1IVariaciones potencia de los turboalternadores

Se observará que actuando sobre la regulación secundaria del turboalternador I cuyo estatismoes la mitad que el del 11, se obtienen variaciones de potencia de los turboalternadores 2 vecesinferiores a las obtenidas actuando sobre la regulación secundaria del turbo alternador 11, cuyo es-

tatismo es 2 veces más elevado.

2. o ejemplo

Consideremos 2 turboalternadores I y 11 de igual estatismo 600 rey/min, pero uno con una po-tencia máxima p, igual a 60 MW y otro con una potencia máxima PII igual a 120 MW (figo 17)0

Supongamos que la potencia del turboalternador I es p, = 40 MW y que la del 11 es P2 = 70 MW,

a I~ frecuencia común de50_Hz y que 3.ctúar: cn para!e!o sobo":; una re.:.' de .Dot:;ncfa ;::,-:~-!?,~.te = P = 110 MW para cualquier frecuencia.

Tracemos las curvas de estatismo de los 2 turbo-alternadores. A continuación tracemos las cur-

-"~:!I,QS GOrIespandi~a~jaúecuencia51Hz,. actuando en e! .primer caso-5obre_la regulacoo_se:: cundaria de! turboalternador I y en el segundo sobre la regulación secundaria del turboalterna-

dar 11.

El cuadro siguiente da las potencias de dos turboalternadores en cada uno de estos dos casos:

Turboallernador I Turboalternador 11

120 MW60MW

7040

52 58

-12.+12

7634

Potencia máxima de los turboalternadores de igual

estatismoPotencia de los turboalternadores a la frecuencia

50 HzPotencia de los turboalternadores a la frecuencia

51 Hza) Actuando solamente sobre la regulación se-

cundaria del turboalternador IVariación de la potencia de los turboalternado-

res (~p)b) Actuando solamente sobre la regulación se-

cundaria del turboalternador I1Variación de la potencia de los turboalternado-res (~p) ~

-6 +6

~ 0-02/27

Veiocidad

FrecuenCia

t" ",""

",I '"'"

..., .".-

./

'\,, -' "...,/-", ..., ..., ......" ~

~...-~,,F'~"')(

f=5lHz

t=50Hz

3060 r.p.m.3000 r.p.m.

...'" 1"'-1,l'.,.,.,

~

...-'~.

... '"It'/' 1

11.

P2I ~

P '1 P'2

p", P"2

2000 r.p.m.o 12050 60 100 Potencia

MW40

FIGURA 17

---0-02;28

Se puede demostrar que si se actúa realmente sobre la regulación secundaria de uno de los2 grupos I y 11, la variación de frecuencia de cada uno de los dos turboalternadores es la misma

pero de signo contrario.

Supongamos que actuamos solamente sobre la regulación secundaria del turboalternador 11.

Se demuestra que su variación de potencia Llp, en función de la variación de velocidad Lln delos turboalternadores expresada en revoluciones por minuto, será:

Ó P, = ón .~(1)52

(Vo anexo 1)

donde P2 es la potencia máxima del turboalternador 1I y S2 su estatismo expresado en númerode vueltas por minuto. Si fjn corresponde a un aumento de velocidad, la potencia p, aumentará.Si por el contrario fjn corresponde a una disminución de velocidad, la potencia p, disminuirá.

Así, se actúa sólo sobre la regulación secundaria del turboalternador 11, la variación de potencia~ P2 del alternador II estará dada por la fórmula:

~ P2 = ~n ~ (2)s,

siendo P, la potencia máxima del turboalternador I y s, su estatismo.

Aplicando esta fórmula a los ejemplos numéricos que hemos dado anteriormente se encontraríanlas cifras indicadas en las tablas correspondientes.

(1) Ejemplo: en el cuadro se ve que P2 = 120 Y S2 = 600, de donde:

~ p, = 12 dn "'"' 60

120.~ p, = 12 = 60 -= 12_c~=c.' ~:c" 600 .C'.~'="~._" "_.~~="~~~--=~-"'L I- .~~"'=.,

(2) o bien:

60

600dP2=6=60. = 6.

3.2. FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE DOS TURBOAL TERNADORESSOBRE UNA RED DE POTENCIA VARIABLE

3.2.1. Diagrama de funcionamiento

Tracemos, figura 18. las curvas de estatismo de dos turboalternadores.

Para una potencia P. tendremos el diagrama representado por la figura 19.

El punto que representa el funcionamiento de los dos turboalternadores es F.

Supongamos que la potencia de la red pasa de P a P'. Si no se tocan las regulaciones secun-darias de los turboalternadores. se conservan las mismas curvas.. de estatismo. El nuevo funcio-namiento de los turboalternadores está representado en la figura 20. La distancia O, -O2 corres-ponde a la potencia P en la figura 19; la distancia O', -0'2 en la figura 20 corresponde a la po-

tencia P'.

0-02.29

F' es el nuevo punto de funcionamiento de los turboalternadores.

En la figura 21 se han agrupado las figuras 19 y 20.

3.2.2.

Ejemplo numérico (figura 22)

Supongamos

p. = 40 MWp. = 60 MWS. = 200 rpm

P2 = 60 MW

P2 = 120 MW

52 = 300 rpm

y

p = 100 MW

Velocidad

FrecuenCia

EQ....

~, (\1:-~ ¡

ogl

II

~

PZ:60MW

] 1I 1,48,611 11 11.. 11. J ~-

01 10 20 ~O 40 50 60 70 80 90 02 110 02 I~O Potencia

FIGURA 22

0-0231

Se ha deducido P', y P'2. así como la variación de la frecuencia trazando el diagrama para losvalores dados. cuando la potencia total de los dos alternadores se eleva de P = 100 MW a P' == 120 MW.

Se obtendrá trazando un diagrama preciso

p', = 48,6 MW; aumenta 8,6 MWP'2 = 71,4 MW; aumenta 11,4 MW

la disminución de velocidad de los turboalternadores es de 28,6 rpm, si la frecuencia inicial eraigual a 50 Hz.

50 -(3.000 -28.6) = 49,5

3.000

después del aumento de la potencia se tiene una disminución de 50 -49.5 = 0.5 Hz,

Se podrá actuar sobre la regulación secundaria de los turboalternadores para volver a llevar la

frecuencia a su valor nominal como vimos en el párrafo 3.1.2.

Nota: Las fórmulas dan las variaciones de frecuencia y de potencia de los dos turboalternadores

funcionando en paralelo sobre una red aislada cuando la potencia de la red varía.

Estas fórmulas están dadas a título indicativo, se podrán aplicar a los ejemplos numéricos dadosanteriormente. Utilicemos la misma simbología de antes y llamemos:

p, y P2 = las potencias máximas de los turboalternadores y ".

s, y S2 = los estatismos expresados en rev/min de los turboalternadores y I1

P: la potencia de la red antes de la variación.

p la potencia de la red después de la variación.

p, y P2: las potencias de los turboalternadores para la potencia P.

p'¡ y P'2: las potencias de los turboalternadores para la potencia P'

n: la velocidad de los turboalternadores para la potencia P.

la velocidad de los turboalternadores para la potencia P'n

52 p,

5. P2 + 52 P,p', -p~ = (P' -P)

S, P2

S, P2 + 52 p,P'2 -PZ = (P' -P)

n' -n = (P' -P) S, S1 ,

S, P1 + S2 p,

Se podría escribir también:

s: p,

S. P:

p', -p, =

p': -p:(v. anexo 11)

--0-02:'32

FIGURA 23

~~._--

,B' F' F Estatismo de la redA

I'---~;;;:~

---- ---

p

Prp

FIGURA 24

0-0233

3.3. FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE UN TURBOAL TERNADOR SOBRE UNA RED

DE POTENCIA MUY ELEVADA CON RESPECTO A LA SUYA

,Se puede demostrar que un conjunto de turboalternadores en paralelo sobre una red puede ~ij{

asimilado a un alternador único que tendría un estatismo comprendido entre el más pequeño y

el más elevado de los turboalternadores en paralelo (v. anexo 111).

Tracemos la curva de estatismo de un turboalternador de potencia máxima P y de estatismo s

(fig.23).

Si se aumenta la potencia P. la nueva curva de estatismo forma un ángulo más pequeño con laparalela AB y el eje de potencias; si la potencia tiende a ser infinita la curva llega a confundirse

con AB.

Tomemos, por ejemplo, un turboalternador de 125 MW funcionando en paralelo sobre la red,

siendo su potencia más pequeña que la potencia p, de la red. El conjunto de turboalternadoresen paralelo con éste tendrán una curva de estatismo próxima a AS.

Tracemos las dos curvas de estatismo de los turboalternadores y de la red (fig. 24).

El punto F de funcionamiento del turboalternador está sobre la recta AB. Si disminuimos la po-

tencia del turboalternador actuando sobre su regulación secundaria. su curva de estatismo baja:el nuevo punto de funcionamiento F' está siempre sobre la recta AB y la frecuencia no ha va-

riado.

Cuando un grupo de turboalternadores trabaja en paralelo sobre una red de potencia muy ele-vada con respecto a la suya, actuando sobre su regulación secundaria, se modifica mucho la po-tencia que suministra pero la freCI1P.'1C;a permA.r'1eCe constante (S8 mantiene constante por todos

los demás grupos de la red).

Esta potencia pasa, por ~jemplo. ,de p a p' (fig. 24)

3.4. REPARTO DE LA POTENCIA REACTIVA ENTRE ALTERNADORES

FUNCIONANDO EN PARALELO

Hemos visto que el reparto de potencia activa entre grupos funcionando en paralelo podría sermodificado actuando sobre sus reguladores secundarios. La acción de las regulaciones secun-

darias modifica el consumo y la admisión de vapor en las turbinas.

La potencia reactiva de cada alternador es función de la corriente de excitación del mismo. es

decir de la intensidad de corriente en el rotor del alternador.

Supongamos, por ejemplo. que los alternadores I y 1I funcionan en paralelo sobre una red aislada-la potencia reactiva total de la red es Q y su tensión V-; el alternador I tiene una potenciareactiva q, y el alternador 11 q2; si se quiere disminuir la potencia re activa del alternador I parabajar a q', se disminuirá su "intensidad de excitación, pero como la potencia reactiva total debeser la misma, se debe aumentar al mismo tiempo la intensidad de excitación del alternador 11.

Si la potencia reactiva total de los alternadores fuera más pequeña, la tensión de la red bajaría

y si fuese más elevada, la tensión de la red aumentaría. ~

Los alternadores están. en general. equipados con reguladores de te"sión que actúan sobre lasexcitaciones de los alternadores para mantener la tensión constante. Los limitadores de intensi-dad completan a menudo estos reguladores para limitar su acción cuando la intensidad en las

fases del estator llega a ser demasiado elevada. en caso de cortocircuito por ejemplo.

0-02134

4. ESTABILIDAD DE FUNCIONAMIENTO EN PARALELODE GRUPOS TURBOAL TERNADORES

4.1 POTENCIA SINCRONIZANTE

Estudiaremos en el capítulo 6 las condiciones a cumplir para efectuar correctamente el acopla-miento de alternadores.

Consideremos dos alternadores A, y A2 que suministran a dos redes R. y R2. Si queremos aco-piar los dos alternadores cerrando el interruptor automático D después de haber ejecutado todaslas condiciones necesarias para el acoplamiento, los dos alternadores no girarán, rigurosamentea la misma velocidad, a pesar de todas las precauciones tomadas. Resulta que, si las tensioneseficaces U, y U2 de los alternadores son iguales, los valores instantáneos de las tensiones noserán los mismos en cada instante. Estarán representados, por ejemplo, por las curvas de la fi-!;;'U:8. 2~;.

Si efectuamos el acoplamiento, por la diferencia de las tensiones instantáneas, el circuito cerradoconstituido por ambos estator estará recorrido por corrientes que circularán en sentido inverso

en los arrollamientos. Estas corrientes engendrarán un par motor en el alternador que gira a me-nos velocidad y un par resistente en el alternador que gira más rápidamente. El primero acelera.el segundo decelera.

Los dos alternadores toman la misma velocidad. anulándose las corrientes.

Se ve que toda tendencia a una separación entre las dos velocidades determina una corrientede sincronismo. La potencia que corresponde a la corriente de sincronismo es la potencia sin-cronizante y el acoplamiento que resulta es el acoplamiento sincrono.

Se demuestra que la potencia sincronizante de un alternador crece cuando aumenta la intensi.dad de su corriente de excitación. Aumentando al mismo tiempo su estabilidad de marcha.

Para un alternador acoplado sobre una red. si se aumenta su potencia activa sin modificar suexcitación. su potencia sincronizante disminuye. siendo su. estabilidad menor.

Si la corriente de excitación disminuye en el alternador por debajo de una cierta potencia activa.

no se mantiene el sincronismo con la red: se dice que se "desacopla».

En este momento. absorbe una corriente muy grande. deóiendo ser aislado en seguida de la redmediante la apertura de su interruptor automático. '

Si el alternador suministra energía reactiva a la red. su excitación es muy eievada; aumenta su

estabilidad.

0-0235

Por el contrario, si el alternador recibe energía reactiva de la red, se reducirá el valor de su co-rriente de excitación. Si desciende por debajo de un determinado valor el alternador se desa-

copla. .,

4.2. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DE UN ALTERNADOR ACOPLADOSOBRE UNA RED DE POTENCIA MUY ELEVADA CON RESPECTO A LA SUYA

Tomemos dos ejes ax y ay. Sobre el eje ax llevamos los valores de la potencia reactiva del al-ternador, sobre el ay elevamos los valores de su potencia activa (fig. 26).

Funcionamiento a potencia activa máxima P m y COS cp = 1a)

Cuando el cos qJ es igual a 1 la corriente dada por el alternador está en fase con la tensión. Elalternador no recibe ni produce energía reactiva. Cualquiera que sea su potencia activa su punto

RZR,

FIGURA 25

FIGURA 26. Diagrama de la marcha de un ailerna-dor acoplado a una red de gran potencia con relaClon

a la suya

de funcionamiento estará sobre el eje OYo Si suponemos que el alternador tiene la potencia ac-tiva máxima su punto de funcionamiento será D y OD medirá la potencia activa máxima Pno

Así. las corrientes en los arrollamientos del estator y la corriente en los arrollamientos del rotorserán inferiores a los valores máximos. .

b) Funcionamiento a potencia activa máxima teniendo la intensidad de la corriente de excita-

ción su \'alo, máximo

La intensidad de la corriente de excitación esta limitada-por el calentamiento del rotar e igual-

mente por el valor que no se puede exceder en las fases del estator.

El punto de funcionamiento esta representado por B. El segmento de la recta OB es paralelo ai

eje OX.

0-02 37

c) Funcionamiento a potencia activa nula teniendo la intensidad de corriente de excitación suvalor máximo

..El punto de funcionamiento A está sobre el eje OX. La longitud OA es fa potencia re activa del al-

ternador.

d) Funcionamiento con excitación máxima variando desde la potencia máxima Pm hasta la po-tencia nula

Estos funcionamientos están representados por puntos situados sobre la curva AB.

e) Funcionamiento a potencia máxima, teniendo la intensidad de la corriente de excitación unvalor mínimo

Llamamos "intensidad de excitación mínima" a la que puede ser alcanzada sin riesgo de desa-

coplamiento del alternador.

El funcionamiento que consideramos está representado por el punto C. El segmento OC es pa-

ralelo a OX y se encuentra en la prolongación de OS. El segmento OC mide la potencia reactivamáxima que el alternador puede recibir de la red para la potencia activa máxima.

~ Funcionamiento con potencia activa nula teniendo la intensidad de la corriente de excitaciónsu valor mínimo

El punto representativo E está situado sobre OX'. La intensidad de la corriente de excitación no

puede ser nula. Deberá ser siempre superior a un cierto valor para evitar el desacoplamiento delalternador.

g) Funcionamientos con excitación mínima para potencias activas variando desde ía potenciamáxima P m hasta potencia nula

Los puntos de funcionamiento están situados sobre la curva CE

h) Otros puntos de funcionamiento

Todos los demás puntos de funcionamiento del alternador están situados en el interior del dia-grama ABCE.

Una parte del diagrama (coloreada de azul) comprende todos los puntos de funcionamiento delalternador con sobreexcitación del rotor.

El alternador suministra energía reactiva a la red

La otra par1e del diagrama (coloreada en rojo) comprende todos los puntos de funcionamientodel alternador con subexcitación del rotor. El alternador recibe energía reactiva de la red.

El diagrama muestra que para aumentar la estabilidad de funcionamiento, bajo una potencia ac-tiva dada es necesario aumentar la corriente de excitación.

Muestra también que, si se mantiene la potencia activa suministrada por el alternador y se mo-difica la corriente de excitación. el punto de funcionamiento .se desplaza sobre una paralela aleje X' ax de las potencias reactivas y sólo la potencia re activa del alternador varía.

,Si se parte de la excitación mínima admisible. a medida que se aumenta la corriente de excita-ción. la potencia re activa absorbida por la máquina subexcitada decrece y se anula cuando el

punto de funcionamiento está sobre el eje ay. A continuación. la potencia re activa se suministra

0:0236' , -c':

a la red por el alternador sobreexcitado y crece hasta un valor máximo correspondiente a la co-

rriente de excitación máxima.

Los puntos de funcion...r",:e. ~:"' torl cos (J; CGr.starite seráíi 105 situadú3 ~obre las rectas qUE) par-ten del punto a y forman con el eje ay un ángulo igual a Cj:;. Se ha trazado sobre el diagramalas rectas correspondientes a los funcionamientos con cas cj:; respectivamente igual a:

0,95 -0,8 -0,7 -0,6 en sobreexcitación

0,95 -0,8 -0,7 -0,6 en subexcitación.

I

FIGURA 26 BIS. Turboalternador dc 125 MW Ar.mario de regulación de tensión

0-02;39

REGULACiÓN DE LA TENSiÓN5.

5.1. MISiÓN DEL REGULADOR DE TENSiÓN

Tomemos un alternador que alimenta una red aislada, la tensión debe permanecer constante.

Si, en un momento dado, la potencia activa o reactiva, o las dos varían, es necesario actuar so-bre la excitación del alternador para mantener la tensión constante.

Si el alternador se conecta en paralelo con otros alternadores sobre una carga elévada. para evi-tar su potencia reactiva actuaremos sobre la corriente de excitación.

El primer problema se presenta en la regulación de la corriente continua de excitación"

Existe un segundo problema superpuesto al primero, que consiste en la rapidez de acción de losro ~" I"'d ""~~ d o ", "'~r";" nt ~ "' o n+;" L: ~ do exc .,ta"'"

I"'n~UC4~""";""""W""'"';"'W"""C4~ ~""".'-.

Este segundo problema se ha de tener en cuenta en el diseño del esquema de excitación y enla elección del regulador de tensión. En efecto, en régimen perturbador, es decir después debruscas variaciones de potencia activa, o en caso de cortocircuito en la red, se pide a los regu-ladores de tensión intervenir muy rápidamente, ya. sea para limitar la tensión en caso de bruscadescarga de potencia activa, ya sea para reforzar la excitación y asegurar así la estabilidad delalternador sobre la red en caso de aumento brusco de carga.

5.2. RAPIDEZ DE REGULACiÓN DE LA EXCITACiÓNEN CASO DE RÉGIMEN PERTURBADO

Consideremos un alternador que actúa sobre una red aislada.

Suponemos que en un momento dado la carga de la red crece bruscamente. la corriente en losarrollamientos del estator aumentará rápidamente así como la reacción inducida. El resultado

será una bajada instantánea de la tensión en los bornes del alternador (Y. párrafo 2.1.).

El regulador de tensión debe. entonces. intervenir para aumentar la corriente de excitación delalternador. Su acción debe ser rápida para que la tensión del alternador alcance su valor normallo más pronto posible.

En la figura 27 la porción de curva AB corresponde a la tensión normal del alternador antes delaumento de carga. la porción BC corresponde a la caída de tensión durante el aumento de lareacción inducida. el trozo CD muestra la acción del regulador de tensión para el restablecimien-to de la tensiór1 normal.

0 ,-02:40 ~

u TenSlon

i del alternador

o

FIGURA 21

FIGURA 28

0-O2í41

El alternador está acoplado a una red de gran potencia, supongamos que en un momento dadose produce sobre la red una perturbación violenta (cortocircuito, o aumento muy importante dela carga). El campo del estator dism!nuir¿ el campo resultante que podrá bajar (v. párrafo 2.1.1.)a un valor tal que la potencia slnCri:..lllla;";d no sea suficiente para mantener el sIncronismo del

alternador; éste se dispara. Es preciso en este caso, en particular, que la acción del reguladorde tensión sea suficientemente rápida para aumentar la excitación del alternador a fin de queeste límite no sea alcanzado.

Para mejorar la estabilidad de la red es necesario:

-conservar la tensión,

-conservar el sincronismo de los alternadores.

Hay. pues, que provocar una sobreexcitación frente al alternador en el momento de la perturba-ción. Para que la sobreexcitación sea eficaz deberá llevarse a cabo muy rápidamente.

El incremento de corriente en el rotor no es instantánea; el tiempo necesario para conseguirlo

depende de las características del circuito y también de la tensión que se le aplique. Es preciso,

pues, para llegar lo más rápido posible a la corriente requerida, que el sistema de excitación seacapaz de aplicar en un tiempo muy corto una tensión importante en bornes del circuito de ex-citación.

La figura 28 muestra dos curvas:

-La 1 da el tiempo t, necesario para obtener una corriente I en el rotor con una tensión U entrebornes.

-!-:~ ";l;"'a 2 daei tiempo t¿ para obtener la misma corrier.:a : aplicór.J ¿1:,orD3: ;o:~.. c:dG~:'::de tens!ón que en el caso anterior (2U).

Nótese que t2 es bastante inferior a t,.

La sobreexcitación rápida se obtiene empleando excitatrices que son capaces de suministrar unatensión máxima suficientemente elevada y diseñando el sistema de excitación de manera que el

tiempo para obtener la corriente sea mínimo.

5.3. DIFERENTES MODOS DE EXCITACIÓN DE LA EXCITATRIZ

5.3.1 Descripción de la excitatriz

La excitatriz es un generador de corriente continua, que produce la intensidad de corriente ne-

cesaria para alimentar la excitación en el rotor del alternador.

Como se ha dicho ya, es arrastrada bien directamente por el rotar del alternador, o a través deun reductor de velocidad. Se puede también arrastrar con un motor de corriente alterna. Los in-ductores de la excitatriz son fijos a la carcasa de la máquina, dispuestos alrededor del inducido.que es móvil.

Sobre el eje del inducido se dispone el colector; las escobillas descansan sobre éste y mandanla corriente al inducido en el rotor del alternador (figo 29. 30. 31 )0'

Para producir el flujo inductor que barre el inducido hay que hacer circular una corriente por elcircuito inductor.

0-02/42

0-02:43

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Fuenteexterior

FIGURA 32

FIGURA 33

Rotor del

alternador

FIGURA 34

0-02/46

Excitación independiente

El circuito inductor se alimenta de una corriente continua suministrada por una fuente exterior,

ya sea por una batería de acumuladores o bien por otro generador (fig. 32).

El reostato Rh permite variar la corriente en el inductor de la generatriz y en consecuencia la in-

tensidad en el rotor del alternador.

Las variaciones de tensión obtenidas operando sobre el reostato de excitación son suficiente-

mente rápidas para que este procedimiento de conexión pueda ser utilizado en la excitación de

alternadores.

Más adelante se estudiará los dispositivos asociados a este tipo de conexión.

Excitación ccshunt',

La corriente de excitación de la excitatriz se obtiene conectando un arrollamiento inductor a los

bornes de la excitatriz (fig. 33). El reostato Rh está intercalado en el circuito.

Si el circuito inductor está abier1o, la excitatriz produce una fuerza electromotriz debida a la iman-

tación que subsiste en los núcleos de los polos inductores. Esta imantación se denomina cciman-tación remanente".

Si el circuito inductor está cerrado, la fuerza electromotrlz debida a la ¡ri¡antac;ó¡l reli,a¡i6,iit;,hace circular una corriente por el arrollamiento inductor. Si esa corriente provoca un aumento dela imantación remanente, fa t,ensión de la excitatriz aumenta progresivamente. Se regula su valor

actuando sobre el reostato Rh como en el caso de una excitatriz de excitación independiente.

Si el sentido de la corriente producida por la fuerza electromotriz debida a la imantación rema-

nente disminuye esta imantación, la excitatriz no se ceba. Es preciso invertir la conexión del arro-llamiento inductor en los bornes del inducido de la excitatriz.

Las variaciones de excitación del alternador excitado por una excitatriz shunt son lentas. Paraobtener variaciones más rápidas. se utilizan dispositivos especiales que vamos a estudiar a con-tinuación.

Excitación independiente con dispositivo de sobreexcitación rápida

La figura 34 muestra el esquema de un dispositivo de sobreexcitación rápida. La corriente de laexcitatriz E, está suministrada por un generador de corriente continua E2 por excitación shunt lla-mada «excitatriz piloto'J.

Un reostato R, está intercalado en el circuito inductor de la excitatriz principal, el cual puede ser

cortocircuitado por un interruptor l. normalmente abierto~

Se obtiene la regulación de la excitación del alternador actuandt> sobre el reostato r de la exci-tatriz piloto. Si se disminuye la resistencia del reostato r, se aumentará la corriente de la excitatrizpiloto: su tensión aumentará. Seguidamente tendrá lugar un aumento de corriente de la excitatrizprincipal, su tensión aumentará, así como la corriente excitadora del alternador.

0-02/47

En un momento dado, después de una perturbación brusca, se puede obtener una variación rá-

pida de la corriente excitadora del alternador, provocando el cierre del interruptor l.

5.3.5 Excitación estática

En los procedimientos precedentes de excitación. la corriente continua se obtenía a partir del ge-nerador mediante la interposición de un sistema de rectificación llamado colector.

Los continuos adelantos en el campo de los semiconductores, permiten reemplazar el colectorde la máquina por un puente rectificador constituido por diodos de silicio.

Esta excitatriz puede ser situada directamente en el extremo del árbol del rotor, obteniéndose asíuna excitatriz por rectificadores inversores. Los bornes positivo y negativo de esta excitatriz pue-den estar unidos directamente en el arrollamiento del inductor del alternador sin necesidad deanillos ni escobillas.

La regulación de la excitación en el rotor del alternador principal se efectúa por una acción sobreel inductor de la excitatriz alimentando los rectificadores. La excitación de este inductor puedeestar asegurada mediante un dispositivo de rectificadores controlados, alimentado por un alter-nador auxiliar de imanes permanentes, colocado sobre la línea del árbol común (fig. 35 A).

Las características (rapidez de respuesta, tensión. duración del impulso) que es posible obtenercon una excitatriz de rectificado res inversores son siempre comparables a los de una excitatriz

clásica.

La rrin(':!pR! ventaja de este sistema res¡d~ en I~ ~!Jrr~s¡ón total de If'~ r()nt?('tr'tC: ~oc;li7~nte.c;, ('~.,los numerosos problemas de conmutación y conservación que poseen (cambio de escobillas,

polvo de carbón...). .La fiabilidad de este sistema es excelente. En lo referente a los rectificadores, se puede preverun margen importante en el número de conductores de cada brazo del puente rectificador y equi-par a éstos de fusibles inversores. Así en caso de fallo de un conductor, este conductor deficien-te se elimina por el fusible correspondiente sin inconvenientes ni para la excitatriz, ni para el al-

ternador principal.

Por el contrario, este modo de excitación entraña algunas dificultades suplementarias, en razón

de la inaccesibilidad del circuito excitador del alternador principal.

Resaltaremo:

-Es imposible la medida directa de la corriente del rotor. No obstante el alternador de excita-ción es una máquina no saturada. siendo posible medir la corriente de la excitatriz por rectifica-dores inversores (medida accesible) dando un valor prácticamente proporcional a la tensión deexcitación del rotor del alternador. es decir. la intensidad en el rotor del alternador es proporcio-

nal a la variación de resistencia del rotor.

-La falta de desexcitación rápida. pues es imposible invertir la tensión en los bornes del cir-cuito excitador de la misma forma que es imposible insertar una resistencia de descarga en ese

circuito. ,-No se puede instalar la protección de masa habitual. No obstante esta dificultad se puede sal-

var por medio de 2 anillos equipados de pequeñas escobillas retractiles dirigidas electromagné-ticamente por una parte por el punto neutro del alternadC"lr de excitación y por otra parte por la

0-0248

masa. Sobre el circuito se mueven las dos escobillas, con lo que se puede poner una proteccióndel tipo clásico con alimentación de una tensión y relés de señalización (fig. 35 B).

5.3.6. Principio del regulador de tensión

Un regulador de tensión comprende

-Un dispositivo de medida de la tensión a regular en el punto donde debe ser regulada.

Un dispositivo de mando que modifica el valor de la corriente excitadora

Un esquema básico está representado en la figura 35.

Inductor delalternador auxiliar de Inducido del alternadorimanes permanentes de excitación Rotor

" /// /

7' /"---r-

I

I I

L J

Inductor delalternadorde excitación

Regulación

FIGURA 35 A

0-02:49

L J

FIGURA 35

El dispositivo de medida está constituido por una balanza, el brazo de esta balanza lleva, en unade sus extremidades, un núcleo magnético desplazándose por el interior de una bobina B.

La tensión a controlar está aplicada a la bobina B que por su núcleo ejerce una fuerza sobre elbrazo de la balanza. El otro extremo del brazo lleva un reso,!e R que ejerce una fuerza en sen-tido contrario. El brazo lleva en su mitad dos contactos C y C'.

,El dispositivo de mando está constituido por un motor rápido de corriente continua accionandoun reostato compuesto de un gran número de contactos; la alimentación del inducido 'de ese mo-tor se hace a través de un circuito que está cerrado por uno de los contactos que lleva el brazo.

--0-02/50

Para el valor de regulación de la tensión el brazo de la balanza está en equilibrio, la fuerza de

atracción de la bobina compensa el esfuerzo antagonista del resorte.

Cuando la tensiór v;'r¡ ~ la balanza se desvía en un sentido c ~r: otro siguiendo el $(;nt:d~ du

la variación, aplicando en el inducido del motor una tensión continua de polaridad conveniente.El motor gira en el sentido correspondiente, arrastrando a los cursores del reostato cuya resis-tencia variable hace volver la tensión del alternador a su valor de regulación.

Excitación independiente con regulador de tensión

La figura 36 da el esquema del circuito de excitación independiente con un regulador de tensión.

E, es la excitatriz principal sobre el rotor R del alternador y E2 es la excitatriz piloto.

La resistencia del regulador de tensión RT está intercalada en el circuito excitador de la excitatriz

principal.

Excitación independiente con dos arrollamientos de excitación para la excitatriz principal

El esquema correspondiente es el de la figura 37. Un arrollamiento de excitación N está normal-mente en servicio. la corriente en este arrollamiento está regulada por el regulador RT.

Un relé R cierra el circuito del inductor secundario S, menos importante que el arrollamiento nor-mal N, después de grandes variaciones de tensión precisan una modificación rápida de la co-rriente excitadora del alternador. Este arrollamiento puede soportar una corriente alta, pero sólo

durante un tiempo limitado.

Utilización de la amplidina en los circuitos de excitación.Descripción y funcionamiento de la amplidina5.3.9.1

La amplidina es un generador de corriente continua con excitación independiente, de dos polos

p, y Pz (fig. 38).

Posee dos líneas de escobillas A y A' Y otras dos líneas 8 y 8' dispuestas en un plano perpen-dicular al plano de las escobillas A y A'. Las líneas de escobillas A y A' están unidas por un cor-tocircuito. Las líneas de escobillas 8 y 8' están unidas al circuito de utilización.

Si hacemos pasar una corriente muy pequeña en el circuito inductor de la amplidina, la débil fuer-za electromotriz que resultará en el inducido bastará para hacer circular una corriente alta (delorden de varias decenas de amperios) en las espiras del inducido suministrándola sobre el cor-

tocircuito A -A'.

Esta corriente producirá en el circuito del inducido. un campo magnético que dará origen a fuer-zas electromotrices en las espiras del inducido. Harán aparecer una tensión entre las líneas de

escobillas B y B'.

Se puede utilizar esta tensión para alimentar un elemento del circuito excitador como veremosmás tarde. '

Para un débil valor de la corriente excitadora de la amplidina se podrá obtener en el circuito de

utilización una corriente relativamente alta.

0-02;51

R

..

FIGURA 36

i. R

FIGURA 37

AL ArrollamientosN r inductores~\ P2-' -1' "-(\"""' ~ , '- ~

.'/'I P2 ' , A;I \ I

~, I, Il. .

,

/1-

/ \

/' \ ~ P..~_1 I I ..-

.I

~ --.','

B

I

p. y P:Polos inductores

Utilización ~i ..Excitación

FIGURA 38

0-02/52

I .~- 4-._J-

La amplidina es una clase de relé de gran poder de amplificación. Asimismo tiene una gran ra-

pidez de respuesta, pues el tiempo que pasa entre el fin de una variación de corriente excitadoray el fin de la variación correspondiente de la corriente suministrada en el circuito de utilizaciónes de algunas décimas de segundo.

Para parar la reacción del inducido de la amplidina se introduce en el circuito de utilización un

arrollamiento N dispuesto sobre un polo inductor.

5.3.9.2 Principio de utilización de la amplidina en los circuitos excitadores

Se saca un considerable provecho del factor de amplificación de las amplidinas introduciéndolasen los circuitos de utilización.

La amplidina está formada por dos arrollamientos inductores d, y d2 (fig. 40). El arrollamientod, está alimentado por una tensión continua que es la tensión de referencia. El arrollamiento d2está alimentado por la tensión a regular rectificada. '

Las acciones magnéticas de los dos arrollamientos se oponen. Cuando son iguales todo ocurrecomo si la corriente excitadora fuese nula en los dos arrollamientos. ninguna fuerza electromotriz

D-O2/53

FIGURA 40

aparece erl el circuito de la amplidina. Si en ese momento la tensión regulada varía, un campomagnético aparece en el circuito magnético de la amplidina, una corriente circula en las espirasdel inducido y el cortocircuito A -A', provocando el paso de una corriente alta por el circuito de

utilización.

Esquema de excitación con amplidina5.3.9.3.

Un esquema de excitación con amplidina comprende: (figs. 41 y 42).

un ~ ov~;' at r'17 Pr;n"' lpa ! ~.-" "'i ll ..:,.~ .-'

-una excitatriz amplidina Amp

una excitatriz piloto E2

-un motor de arrastre de las tres excitatrices M.

En el esquema de la figura 40 la excitatriz principal comprende dos arrollamientos inductores:

El arrollamiento A está alimentado por la amplidina.

El arrollamiento N está alimentado por la excitatriz piloto.

En régimen normal, la tensión del alternador se regula automáticamente. la regulación de la ex-citación se lleva a cabo por una amplidina que se encuentra bajo el control del regulador de ten-sión que frecuentemente es un regulador estático que suministra una tensión de salida amplifi-cada y corregida dependiendo de la tensión del alternador. La tensión de salida del regulador ali-

menta uno de los diferentes arrollamientos d" de la amplidina.

Se puede regular manualmente la tensión del alternador poniendo fuera de serviGio la amplidinay actuando a distancia sobre el reostato potenciométrico P. La tensión en los bornes de los in-ductores N de la excitatriz principal depende de la posición de las tomas móviles m y m'.

En el esquema de la figura 41 la excitatriz principal E, no tiene más que un solo arrollamientode excitación N. '

La amplidina esta intercalada en ese circuito; aumenta o disminuye la tensión en los bornes delos inductores N. actúa en sobretensión y subtensión. Cuando la tensión del alternador se aleja

--.¡c0-02/54 -'

del valor nominal aparece una tensión en bornes de la amplidina, dando fugar a una sobreex-citación o a una desexcitación.

La figura 43 da una visión da' C~.1;~'.1tO de un grupo excitador.

Las excitatrices no son siempre movidas por un motor como se indica en las figuras 41. 42 Y 43.Se ha mencionado que las excitatrices frecuentemente son arrastradas por el rotor del alternador(v. figs. 44 y 45).

5.3.10. Excitación en serie

Los sistemas de excitación que acabamos de ver no permiten obtener instantáneamente varia-ciones de la corriente de excitación del alternador deseables en regímenes transitorios. El tiemponecesario para variaciones es del orden de décimas de segundo.

La excitación serie del alternador permite obtener resultados satisfactorios ante perturbaciones.

En la excitatriz serie (fig. 46) el arrollamiento inductor el está en serie con el inducido de la ex-

citatriz. Está, pues, recorrido por la corriente total suministrada por la excitatriz.

Como ocurría en la excitatriz de excitación shunt, es necesario, para que el cebado se produzca,que la corriente que pase por el circuito inductor e, provoque, en el arroll~miento del inducido,una fuerza electromotriz del mismo sentido que la resultante por la imantación remanente.

FIGURA 44. Excltatnces arrastradas por el rotor delalternador

0-02,'57

oJ&:"",-';'--"';;C'C"'.-.';:CC'- c",c,., 'C"'c"C

,.~.,,~ Ie~.-'.cReductor Alternador

Amplidina

FIGURA 45. Excitatrices arrastradas por el rotar delalternador.

I

el

Inductores'D

t:

~

FIGURA 46

La excitatriz en serie se conecta sobre el rotor del alternador (fig. 47)

Recordemos que el campo magnético en el alternador resulta de la combinación del campo pro-ducido por el rotor del alternador y del campo producido por el estator. El campo del rotor de-pende de la corriente de excitación del alternador. el campo qel estator depende de la intensidad

de la corriente en las fases del estator. ,

Cuando la intensidad de la corriente en las fases del estator varía hay una variación del camporesultante. esta variación dará origen a una fuerza electromotriz inducida en el arrollamiento del

rotor. La tensión u en los bornes del rotor será en ese momento igual a;

0-02/58

i

FIGURA 47

(1)u = Ri + e

siendo R la resistencia del rotor e cci" la corriente de excitación del alternador.

La excitatriz en serie se puede caracterizar porque la tensión U es proporcional a la corriente i,y' por otra parte, que e¡ coeficiente de pruporcionalidad es prccisarrlentc igual.? :<:1 rGf,/:;t;:;rll.:'?' tI

del rotor del alternador, o sea:

u = R. i

y la relación (1) puede escribirse:

Ri = Ri + e

de donde se deduce que e= O.

Se puede decir que si, debido a una perturbación la corriente en las fases del estator pasa deIsl a IS2' la variación del campo magnético resultante que produce el campo del estátor será com-pensada por una variación instantánea y sistemática del campo del rotor, producida por una va-riación de ir, a ir2 de la corriente de excitación del alternador. El campo resultante resultará el mis-

mo, la tensión del alternador será constante.

Un alternador provisto de tal excitatriz parece. pues, asegurar su autorregulación y se podría

prescindir de un regulador de tensión. Hay muchas razones por las que no ocurre esto, princi-palmente porque la resistencia del rotar del alternador varía sensiblemente con la temperatura.

entre el estado frío y el estado caliente de la máquina.

Es necesario reservar un método adicional de regulación. actuando sobre la excitación del alter-nador a fin de poder regular la tensión a un valor escogido y mediante este método de regulación,atender a la demanda de la red.

El regulador empleado actua por intermedio de un arrollamiento ez superponiendo su campo aldel inductor en serie e, de la excitatriz principal E, (fig. 48). Este inductor está alimentado por una

0-02:59

~se,

el

Leyenda

E. Excitatriz principal serie

e, Inductor principal serie

A Aotor del alternador

E. Excitatriz auxiliar shunt

e. Inductor secundario de. E.

P Potenciómetro

'1E~.J

p

FIGURA 48. Excilalriz serie con su excilralriz auxi-liar.

pequeña excitatriz auxiliar E2. a tensión prácticamente constante, pasando por un potencióme-tro P. Para regular la tensión se -actúa sobre la posición de los contactos del potenciómetro.

5.3.11 Reguladores de tensión de amplificadores magnéticos

La puesta en servicio de grupos de cada vez más potencia, así como los progresos realizadosen el dominio de la regulación, llevan a estudiar dispositivos nuevos obteniéndose buenas pres-

taciones destacando entre otras:

regulación de acción continua

-alta precisión (:t 1 %)

gran rapidez de respuesta

-tiempos muy cortos de restablecimiento de la tensión en el valor de regulación en marcha(después de una perturbación de la tensión de referencia de :t10 %. inferior a 2 segundos).

Principio de la regulación

La regulación representada en la figura 49 lleva un elevador-reductor (EA) controlado por am-

plificadores magnéticos. La excitatriz principal está en excitación shunt.,

El inducido de un elevador-reductor (EA) está montado en serie con el inductor de la excitatriz.variando la tensión en los bornes, de este modo la corriente atraviesa este inductor. La variaciónde la tensión en los bornes del control de giro se obtiene por cuatro arrollamientos de excitación:

0-02/60

1~

AmplificadorArrollamiento Sn.

(de estabilización) ;o

2.' ~ase 1.' fase

Excitacióndelelevadorreductor t

EstabilizadorElevadorreductor

Circuitode detección

\FIGURA 49. Regulaoor de lenSlC'n pcr _'mpllflcado.

res magnellcos Excltaclon del contr('1 de gIro I

Arrollaml~nto P

(de polarizaCiÓn) .,

Arrollamiento C.(de mando) ~

Arrollamiento S ~--I(shunt) I

-Un arrollamiento de polarización P, alimentado por una fuente independiente (corriente rec-tificada suministrada por un pequeño alternador auxiliar A.A.).

-Un arrolla~~!.:rltr .'0 mando C, es~ndo la alimentación üsegurada por e1 regulador de ~ens¡óí:de amplificadores magnéticos.

-Un arrollamiento shunt S, situado en los bornes del elevador.

Un arrollamiento especial Sn que sirve para la estabilización del sistema.

Un pequeño alternador auxiliar A.A., montado en el extremo del árbol del grupo, suministra la co-rriente alterna solicitada por el regulador de tensión y, después de rectificar la alimenta el arro-llamiento de polarización del elevador-reductor.

Regulador de tensión

El regulador de tensión propiamente dicho está compuesto por los circuitos siguientes:

Circuito de detección

La tensión regulada previamente elevada en los bornes del alternador por intermedio de untransformador de tensión, es filtrada y comparada a una tensión de referencia estabilizada. Elerror entre la tensión regulada y la tensión de referencia (tensión error) se aplica en el arrolla-miento de mando de la primera etapa amplificadora.

Circuito de amplificación

El amplificador conlleva dos etapas. La tensión error suministrada por el circuito de detecciónpermite obtener en la salida de la primera etapa, la corriente de mando de la segunda etapa. Lacorrierlt& suministrada por la segunda etapa, proporctcr.aJ a !a t3ns;ón e':rOI", alimenté: ei arroila-miento de mando del elevador-reductor.

Circuitos correctores y de compensación acaban corrigiendo el rendimiento de amplificación a finde mejorar los resultados de esta regulación.

0-02162

6. ACOPLAMIENTO DE AL TERNADORES

6.1. CONDICIONES NECESARIAS PARA EFECTUAR CORRECTAMENTEEL ACOPLAMIENTO DE UN ALTERNADOR

La figura 50 representa un alternador que debe ser acoplado a un juego de barras 1', 11' Y 111'ya unidas a uno o varios alternadores en servicio.

Este juego de barras puede estar. además. enlazado con una red importante' sobre la cual se

acoplan numerosos alternadores.

El interruptor K por el cual se hará el acoplamiento está abierto.

Por un lado sus bornes están conectados respectivamente a las fases 1-11-111 del alternador, y porf.! otro estitn enlazRooc;.con las fases !'-II'-III' de lasharras sohr¿.Jasc-uale::-,sA hé:I¡:e ..(.,',¡,:;.,el alternador.

Se trata de unir simultáneamente y sin provocar un desacoplo la fase l' a la fase 1, la fase 11 ala fase 11' y la fase 111 a la fase 111' mediante el interruptor K.

Para que el acoplamiento sea perfecto es preciso, antes de cerrar el interruptor K, que las curvasen función del tiempo, de las variaciones de tensión U1.2-U2-3-U3-, del alternador y U"-2-U'2-3-U'3-1de las barras sean idénticas.

Si esta condición se cumple las curvas de la figura 51 representan a la vez las variaciones de

tensión:

U'.Z-UZ.J-UJ.1 y U"'Z-U'Z.J-U'J.'.

En cada instante la tensión U.-z será igual a U',-z. UZ-J a U'Z-J. U3., a U'J-' y no existirá diferenciade potencial entre los bornes A y A' del interruptor automático ni entre B y B'-C y C'.

En la figura 51 hemos supuesto que el valor máximo de las tensiones es de 5.000 voltios. Si seefectúa el acoplamiento en el tiempo t" el valor de las tensiones en el alternador y las barras

será:

U'-2 = U".2 = +3.300 voltios

U2-J = U'2-J = -4.600 voltios

UJ., = U'J-, = + 1.300 voltios.

Para que el acoplamiento sea correcto o dicho de otro modo. para que las curvas representativasde las barras sean idénticas. son necesarias las siguientes condiciones:

0-02/63

FIGURA 50

T~:1sién V~OOO

4000

2.000

o

2000

3.000

4.000

5000

FIGURA 51. Curvas de las variaciones de tensióndel alternador y de barras. Las tensiones del alterna-

dor y de barras son idénticas.

0-02/64

a) El valor eficaz de las tensiones del alternador y de las barras debe ser el mismo

Si no fuese así las tensiones del alternador U'.2 U23 U,., y las tensiones de las barras U"2 U'2.;'

U'.,., esta,.;::;:,; ,;.esentada~ por ',:.ürvas semejantes a las dadas por la figura 52.

En esta figura hemos supuesto que el valor máximo de las tensiones de los alternadores era de

6.000 voltios y la de las barras de 5.000 voltios.

Si se efectuase. por ejemplo. el acoplamiento en el tiempo 4. los valores de las tensiones del

alternador y de barras estarían dadas por la tabla siguiente:

DiferencIa (TA- TB) entretenSión alternador -

tensión barras

Tensionesde los allernadores (TA)

Tensionesde las barras (TB)

U'-2 = +5.700 voltiosU2-3 = -4.200 voltios

U3.. = -1.500 voltios

U',., = +4.600 voltios

U',-3 = -3.400 voltios

U'J-, = -1.200 voltios

+ 1 .1 00 voltios

-800 voltios

-300 voltios

Existe una diferencia de potencial entre los puntos A y A', B Y B', C y C' de las corrientes im-portantes, siendo cambiadas entre el estátor y las barras si se acoplase el alternador en ese mo-mento.

FIGURA 52. Cur\'as de las variaciones de las tens."nes de alternador y barras las tenSIones del alterna,

l10' son m;\s eievaaas que las ,ie las barras

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Voltios

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1T período. tensión alternador = -de segundo

48--- 1

I

~t3

FIGURA 53. Curvas de las variaCiones de las tensio-nes de alternador y barras. La frecuencia de las ten-siones de barra es diferente de la frecuencia de las

.tenSiones de alternador.

b) La frecuencia y. por consiguiente. el período de las tensiones del alternador y de las barrasdeberán ser las mismas

La frecuencia de las redes españolas es de 50 hercios. su período tiene una duración de 1/50

segundos.

-? Los alternadores de centrales térmicas tienen dos polos. para que sus tensiones sean de 50 hzde frecuencia y sus rotores deban girar a una velocidad de 3.000 revoluciones por minuto.

Supongamos que el rotor del alternador gira a 2.880 vueltas/minuto, la frecuencia de sus tensio-nes será de 48 Hz, su período será:

1 segundo = -..J.- segundos.T = 48 48

Si las tensiones de las barras son de 50 Hz de frecuencia su período será

T' = -;:-:- segundos1

La figura 53 representa las tensiones de los alternadores y de las barras de frecuencia respec-tivas 48 y 50 Hz.

-0-02/66

1T' periOdo tensión barras = -de segundo

50

Si se efectuase el acoplamiento del alternador con las barras en el tiempo t3 los valores de lastensiones del alternador y de las barras serían las dadas por la siguiente tabla:

Tensiones

de los alternadores (TA)

Tensionesde las barras (TB)

Diferencia

(TA- TB)

U,-2 = +4.300 voltiosU2-3 = -800 voltiosU3-1 = -3.500 voltios

U"-2 = +3.500 voltiosU'2-3 = +1.000 voltiosU'3-1 = -4.500 voltios

+800 voltios-1 .800 voltios+ 1.000 voltios

Las tensiones del alternador y de las barras deben estar en fasec)

Es decir que la tensión U1-2 debe pasar en cada instante por el mismo valor que la tensión U"-2

y lo mismo para las tensiones U2-3 y U'2-3-U3-1 y U'3-1.

En la figura 54 las tensiones de las barras (U'1-2. U '2-3. U'3-1) están desfasadas en relación a las

tensiones del alternador un tiempo t.

Si el acoplamiento del alternador con las barras se efectuará en el tiempo t los valores de las

tensiones del alternador y barras estarían dadas por la tabla siguiente:,j !.'

Diferencia

(TA-TB)Tensiones

de las barras (TB)r"'I!

Tensiones

de los alternadores (TA)

-2.000 voltios

+3.800 voltios

-1.800 voltios

U'I.2 = +4.800 voltios

U'2-3 = -1.800 voltios

U '3-1 = -3.000 voltios

U,-2 = +2.800 voltiosU2-3 = +2.000 ~oltiosU3-1 = -4.800 voltios

a') El orden de sucesión de las fases de las tensiqnes en las barras

y en los alternadores debe ser la misma

En las figuras precedentes 50, 51, 52 Y 53 la tensión U2-3 está decalada 1/3 de período sobrela tensión UI-2, lo mismo que la tensión U'2-3 que está decalada 1/3 de período sobre la tensiónU'1-2, la tensión U3-1 está decalada asimismo 1/3 de período sobre la tensión UZ-3, la tensión U'J-1

que está decalada 1/3 de período sobre la tensión U '2-3.

Supongamos que la unión correcta corresponde a la de la figura 50. Si se invierten las uniones

que unen el alternador a las barras A y B del interruptor automático, se demuestra (anexo pág.90) que en este momento la tensión UI-2 entre A y B se convierte en -UI-2, la tensión entre B y

C se convierte en -U3-1 y la tensión entre C y A se convierte en -U2-3.

La figura 55 reproduce las curvas de las tensiones en las barras U"-2. U'2-3, U'3-' y las curvas de

tensiones U'-2, U2-3, U3-, del alternador.~

.J.

Los valores de las tensiones U"-2, U'2-J, U'J-' y U'-2, U2-J, UJ-, e~ el tiempo t5 están dadas en la

tabla siguiente:

0-02:67

T = T'

FIGURA 54. Curvas de las variaciones de las tensio-nes de barras y alternador Las tensiones del alterna-

dor y de barra. no están en fase

Tensiones

del alternador (T A)Tensiones

de las barras (TB)Diferencia

(TA-TB)

U'.2 = +4.700 voltios

U2.3 = -1 .300 voltios

U3., = -3.400 voltios

U"-2 = -4.700 voltios

U'2-3 = +3.400 voltios

U'3-' = +1.300 voltios

+9.400 voltios-4.700 voltios-4.700 voltios

Se puede ver que, cualquiera que sea el valor dado a t, las diferencias de tensiones entre fasesdel alternador con relación a las tensiones entre fases de las barras. son considerables. Si el in-terruptor K estuviera cerrado se producirían desgastes muy grandes en el material.

0-02/68

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Es, pues, absolutamente esencial verificar la concordancia de la sucesión de fases del alterna-dor con las fases de las barras antes de la primera puesta en servicio de un alternador o, des-pués de una revisión, durante la cuali.a unión del alternador a las barras puede hap.er Si.t...~"""~-, -

dificada.

Para efectuar esta verificación se podrá operar de la siguiente forma:

-Se aisla el juego de barras sobre el cual se debe conectar el alternador (corte de todas lasllegadas de alimentación, corte de todas las salidas).

-Se envía entonces la tensión del alternador sobre el juego de barras liberado y se hace girarun motor M que recibe su energía del juego de barras. Se anota su sentido de giro. Se corta elinterruptor automático K del alternador.

-Se restablece el juego de barras en servicio con sus alimentaciones normales. Se arranca elmotor M, que debe girar en el mismo sentido. Si no es así, antes de efectuar el acoplamiento,habrá que invertir dos conductores de la unión entre el alternador y las barras.

6.2. APARATOS NECESARIOS PARA ACOPLAR UN ALTERNADOR

SOBRE UN JUEGO DE BARRAS

Designación de los aparatos y su misión6.2.

a) Voltímetros para medir la tensión entre fases del alternador y entre fases de las barras sobrelas cuales se debe acoplar el alternador. Las tensiones del alternador y barras deben ser iguales

antes del acoplamiento.

b) Aparatos para medir la velocidad del alternador. La velocidad del turboalternador está dadapor el taquímetro de la turbina. Para llevar la velocidad a su valor conveniente se actúa sobreel regulador de la turbina. A veces hay frecuencímetros que dan la frecuencia de las tensiones

del alternador y barras antes del acoplamiento.

c) Aparatos de sincronización. Estando las tensiones reguladas y encontrándose la velocidaddel alternador muy próxima a la velocidad deseada, es preciso entonces utilizar un aparato desincronización para regular lo mejor posible la velocidad del alternador a fin de que la frecuenciade la tensión del alternador sea igual a la frecuencia de las tensiones de las barras. Estos apa-ratos permiten también darse cuenta de si las tensiones del alternador y barras están en fase

(punto c del párrafo 6.1.).

Los aparatos empleados son: lámparas. voltímetros de cero. sincronoscopios. aparatos automá-

ticos (sincroacopladores).

Es preciso. antes de todo acoplamiento. estar absolutamente seguro de que se cumple la con-

dición d) expuesta en el párrafo 6.1.

Aparatos de sincronización

6.2.2.

6.2.2.1 Lámparas de sincronización

Con objeto de simplificar esquemas suponemos que las tensiones del alternador y de las barrasson débiles para permitir la ramificacion directa de los aparatos. lo cual es imposible normalmen-

te: entonces se deben utilizar transformadores de tensión. Es preciso que los transformadores

0-0271

FIGURA 56

empleados sean absolutamente ídénticos y estén correctamente conectados tanto del lado desus arrollamientos de alta tensión como del la.do de sus arrol/amientos de baja tensión. a fin de

que no introduzcan inversión en las medidas.

Sea un alternador A (fig. 56) que queremos acoplar con las barras de una red; K representa el

interruptor de acoplamiento.

Suponemos que el orden de sucesión de las fases que se van a realizar es correcto.

Las lámparas L están conectadas a los bornes L del interruptor automático de acoplamiento,

Cuando las tensiones compuestas U'-z, UZ-J, UJ-, del alternador tienen respectivamente. en cadainstante los mismos valores que las tensiones de las barras U',-z, U'z-., U'J-,; no existe ningunadiferencia de potencial entre los bornes del interruptor automático A, y B" Az Y B2' AJ Y B.. Las

lámparas L no están encendidas.

Si las lámparas lucen se hace variar la velocidad del alternador para alcanzar la velocidad de sin-

cronismo basándose en las indicaciones del taquímetro del turboalternador.

Se regulan las tensiones en los bornes del alternador. actuanqo sobre su excitación. para lIevarleal mismo valor que la tensión de las barras. Los voltímetros VA Y Ve deberán dar la misma in-,dicación.

Las lámparas continuarán probablemente encendiéndose y apagándose alternativamente: las

frecuencias de las tensiones del altenador y barras no. son rigurosamente iguales.

D-O2n2

j r

f~j I ¡I I i

Barras de. la redr"j I

I \

°'1

j

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I ~

FIGURA 57

Se actuará de nuevo sobre la velocidad del alternador para que los sucesivos encendidos de laslámparas sean lo más lentas posible. Se cierra entonces el interruptor K.

En la práctica dos lámparas son suficientes. En efecto. cuando la tensión es nula entre dos fasesdel alternador y las dos fases correspondientes de la red. entre A, y B,-A2 Y B2 por ejemplo. es

lo mismo entre los terceros ~ y BJ.

,.6.2.2.2. Voltímetro de cero

El voltímetro de cero es otro aparato de sincronización. Es un voltímetro diferencial que indicael desajuste entre los valores de la tensión de la red y la tensión a acoplar.

Las tensiones correspondientes de la red y del alternador están puestas en oposición (por: inter-medio de transformadores de tensión T.. T o) en los bornes del voltímetro de cero V (fig. 57). Estevoltímetro estará "batiente", es decir. que oscilará alrede90r del cero. cuando las dos tensiones

no estén en fase y no sean iguales. ,Puede estar también estable y sin oscilaciones. es decir que da solamente la diferencia entre lasdos tensiones y no es sensible a los errores de fase; en este caso está asociado a un rectificador

y las dos tensiones están en oposición en los bornes del aparato.

0-02;73

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FIGURA 58

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FIGURA 59

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UR -Voltimetro tensión de red

UA -Vollim'etro tensión de allernadorF- Frecuencímetro

doblen, I:__.!

Sy -Sincronoscopio

Va -Voltímetro de cero

L -Lámpara de sincronización

FIGURA 60

Sincronoscopio6.2.2.3.

El sincronoscopio es un motor de pequeñas dimensiones en el que el estator lleva un arrolla-

miento monofásico. su rotor ,lleva dos arrollamientos situados en planos perpendiculares (figu-ras 58 y 59). Uno de los arrollamientos del rotor está en serie con una resistencia R, el otro estáen serie ~on una inductancia S. Los arrollamientos están también recorridos por corrientes sen-

siblemente desfasadas 90°.

El estator está conectado a la tensión UR de la red.

Los arrollamientos del rotor. uno con su resistencia R, el otro con su inductancia S. están conec-

tados a la tensión VA del alternador a acoplar.

El estator crea un campo alterno de la misma frecuencia que la de la red; el rotor con sus dosarrollamientos en ángulo recto. recorridos por corrientes desfasadas 90". crea un campo cons-tante cuyo número de vueltas por segundo corresponde a la frecuencia del alternador a acoplar.Cuando las dos frecuencias. la de la red y la del alternador. difieren un poco. el inducido empiezaa girar y su velocidad de rotación es tal que el número de vueltas por segundo es igual a la di-

ferencia de las dos frecuencias.

Si el alternador a acoplar gira muy rápido el rotor gira en un sentido: si el alternador gira lenta-mente el rotor gira en el sentido opuesto. Este rotor lleva una aguja desplazándose delante de

un cuadrante.

El aparato es. pues. un frecuencimetro indicando si las frecueMcias son iguales o desiguales.Pero es tambien un fasimetro. De la construcción del aparato se deduce que el angula que mar.ca la aguja con respecto a la vertical representa la diferencia de fase entre las dos fuerzas elec.

tromotrices a las cuales el sincronoscopio esta sometido.

[).O2 75

Cuando la aguja permanece inmóvil en la posición vertical, las frecuencias son iguales y hay

coincidencia de fases; el alternador puede acoplarse a la red.

Sobre el cuadrante están escritos las palabras «acelerar" y «ralentizar» o los sj!:.)ft)~ -:: o-; ellosindican la acción a ejercer sobre la turbina de accionamiento del alternador.

La figura 60 representa el conjunto de aparatos de sincronización de un grupo turboalternador

6.2.2.4. Acoplamiento automático sincroacoplador

Lo que en ocasiones hace complicado el acoplamiento es que el error entre las frecuencias (des-

lizamientos) raramente es constante. Desde que se actúa sobre los reguladores de velocidad delas turbinas, se produce una aceleración o una deceleración de los deslizamientos.

Si, por ejemplo, la aceleración es muy grande se corre el riesgo de dejar pasar el instante dondeel acoplamiento se debería hacer.

El acoplamiento automático se hace por un «sincroacoplador» basado en la vigilancia de la ace-leración. El aparato no realiza la sincronización hasta que la aceleración tiene un valor suficien-temente débil y por otra parte esta orden se da, según la diferencia de las frecuencias, un ciertotiempo antes de la coincidencia de fases para tener en cuenta el tiempo de enganche del inte-rruptor automático y asegurar el cierre de los contactos de éste en el momento preciso de lacoincidencia de las fases.

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TELERREGULACIÓN

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7.1. VARIACiÓN DE LA FRECUENCIA CUANDO LA POTENCIAABSORBIDA POR LA RED NO ES IGUAL A LA POTENCIA DE LOS AL TERNADORES

EN PARALELO

Todas las centrales españolas funcionan en paralelo con la red. y alimentan al conjunto de todos

los consumidores.

La red está constituida por líneas de alta tensión para el transporte de energía a larga distancia.Estas líneas de transporte llegan a los centros de transformación de donde parten las líneas de

distribución.

Si la potencia total de las centrales es igual a la potencia del conjunto de consumidores. la fre-.

cuencla no varia.

Si es superior a la potencia del conjunto de los consumidores. la frecuencia aumentará hasta que

las dos potencias se vuelvan iguales.

"; i

Por el contrario, la frecuencia bajará si la potencia total de los alternadores es inferior a la po-tencia total de los consumidores; disminuirá hasta que las dos potencias sean de nuevo iguales.i-,Para mantener la frecuencia constante será necesario igualar las dos potencias actuando sobre

la regulación de un cierto número de grupos para aumentar o dismin!Jir su poder.':: i \

_J

TELERREGULACIÓN -REGULACION CENTRALIZADAl_i 7.2.

Principio de la telerregulación

Como hemos visto anteriormente. si se hace variar la potencia de un solo grupo funcionando enparalelo con una red de gran potencia. la frecuencia varía muy poco. Para hacer variar la fre-

cuencia y lIevarla a su valor normal será necesario actuar sobre la regulación de varios puntos

para aumentar o disminuir la potencia.

Sobre la red ciertas centrales se escogen para contribulr a la regulación de la frecuencia. Lasotras centrales mantienen simplemente la potencia que les es impuesta por el programa a quehan sido destinadas. '

El mando de los reguladores secundarios de los grupos que reguian la frecuencia se hace en

un punto único. Es lo que se llama telerregulación.

0-02 77

Aparatos instalados en "dispatchinQ" Aparatos instalados en la central

~~::':~",';",;''.,.

~~i:' :

TÍ~~..~;::',.,: ..

FIGURA 61. Conexion de aparatos para la regula-

ción de frecuencia.

0-02/78

Un solo frecuencímetro está puesto como base de la telerregulación y sigue las indicaciones delas variaciones de carga de los grupos después de una orden, con el fin de llevar la frecuenciaa su valor normal. ,

Vamos a estudiar los diferentes tipos de regulaciones suponiendo que la red española no estáen paralelo con las redes extranjeras vecinas.

7.2.2. Regulación de la frecuencia

Esta regulación está basada en la comparación de la frecuencia de la red con la frecuencia nor-mal de 50 Hz.

-~1

Un frecuencímetro Fd instalado en el ..dispatching" mide la diferencia de la frecuencia de la redpara compararla a la frecuencia de 50 Hz (fig. 61).

Regula la intensidad de una corriente continua de tal manera que sea proporcional al error dela frecuencia medida.

La corriente continua, así regulada. pasa por un amplificador de corriente Ap.j~~

La corriente amplificada pasa por un circuito que tiene aparatos en paralelo con una potencia ins-talada en el «dispatching"o .

En cada central que actúa sobre la regulación hay uno de estos aparatos.

En los aparatos P. la orden general, correspondiente a la corriente total de salida de los ampli-ficadores, es transformada con una orden particular para cada central.

La orden particular corresporldlente a una central se recibe por aparaios semejantes dispueslÚ~en la central a razón de uno por grupo instalado en la autorregulación.

La orden de regulación dada 'a cada grupo, después de la amplificación, provoca, por intermediode un emisor de impulsos E" el mando del motor M que actúa sobre la regulación secundariade la turbina del grupo.

La orden de regulación de salida del amplificador es una corriente de algunos miliamperios. unórgano intermedio es indispensable para permitir mandar el motor del variador de velocidad quefunciona con tensión constante. El emisor de impulsos aplica la tensión sobre el motor duranteun tiempo proporcional a la orden de regulación.

Regulación de fase

La regulación de la frecuencia puede hacerse de otra manera tomando por aparato de base unfrecuencímetro diferencial que da la diferencia entre la frecuencia de la red con respecto a la fre-cuencia normal. Vamos a dar algunas indicaciones sobre una manera de regulación diferente lla-mada "regulación de fase',.

.:

Supongamos que disponemos de una fuente de corriente en la que la frecuencia es constantee igual a la frecuencia normal de 50 Hz.

Tomemos dos motores pequeños síncronos y alimentemos uno cQn !a fuente de frecuencia cons-tante y el otro con la red de frecuencia f.

Suponemos que los dos motores giran a 3.000 rpm cuando la fuente que los alimenta está con

la frecuencia normal de 50 Hz.

-O.O2í79

A

//

RNI-

a.CD

Q.n

, §iD'"~:JnDi.

o

B

Frecuencia 50 Hz

B'

Frecuencia 49.5 Hz

FIGURA 62. Posición de los radios R y R' en eltiempo O y después de una centésima de segundo.

Si la frecuencia de la red es inferior a 50 Hz uno de los motores girará a 3.000 rpm y el otro auna velocidad menor.

Supongamos, por ejemplo, que la frecuencia de la red es igual a 49.5 Hz. el se~undo motor gi-rará a:

3.000 x 49,S

50= 2.970 rpm.

Hagamos una marca en cada ladq del árbol de los motores: marquemos R y R' (fig. 62) Y su-pongamos que al principio de nuestra observación esas marcas estaban en posiciones paralelasOA y O'A'.

Puesto que el primer motor gira a razón de 3.000 rpm después de 1/100 de segundo habrá gi-rado:

3.00060 x 100

= 0,5 revoluciones

la marca R habrá pasado de la posición OA a la posición diametral opuesta 08.

Durante el mismo tiempo la marca R' habrá girado:

2.97060 x 100

= 0,495 revoluciones

habrá pasado de la posición O' A' a O'B', la diferencia es igual a 0.5-0.495 = 0,005 revoluciones.

Dicho de otro modo. la marca R ha girado un ángulo correspondiente a 1:2 circunferencia y lamarca R' un ángulo correspondiente a 495 milésimas de circunferencia. la diferencia entre estosdos ángulos es igual a un ángulo correspondiente a 5 milésimas de Ja circunferencia.

Si la frecuencia de la red es igual a 49.5 Hz. después de 1 s el retardo de la marca R' con re-lación a la marca R será de 1/2 revolución (0,005 x 100), después de 2 s ese retardo será de1 revolución (0,005 x 200).

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0-0280

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1 (J

-30 vueltas

FIGURA 64. Curva de la vanaclon del angu;o :ase

Se ve, pues. que el retardo del motor 1I será tanto mayor cuanto mas dure la caída de frecuencia.La diferencia entre las dos marcas R y R' se llama ángulo de fase. se mide en radianes. Por otrapar1e puede ser positivo o negativo según que la frecuencia de la red sea superior o inferior a

la frecuencia normal.

Se ve que el ángulo de fase ser.a por otra parte tanto mas grance como la frecuencia de la redse desvíe de su valor normal l50 Hz) y que la duración de esta variación será más larga.

A titulo de ejemplo. hemos representado dos curvas (figs. 63 ~I 6'+1.

La figura 63 da la curva de las variaciones de frecuencia correspondientes a la tabla siguiente.

6::52-81

Aparatos instalados en ..dispatchina.. Aparatos instalados en la central

:--t ' I I

--Red

Fe

le 150)

}

Ei

~ . ~,:,

~:~e:,c

Leyenda

F,. Generador dando una tensión de frecuencia

patrónC. Comparador dando angulo de fasel. Integrador de angulo de fase

A.. AmplificadoresP. Potenciómetros doblesE.. Emisor de impulsosM Molor varlador de velocidad I

,Red

FIGURA 65. Conexión de los aparatos de regulacionde fase.

0-02i82

La figura 64 da la curva de las variaciones de fase correspondientes a variaciones de frecuencia.

Tiempo s de O a 10 de 10 a 20 de 20 a 70 de 70 a 80 de 80 a.90 de!!Oa~30 ti!!.. '1141

Frecuencia (Hz) 50 49.5 de 49.5a 50de -27,Sa -30

de 50 50.7 dea 50,7 ade -30 de -26,5 dea -26.5 a +1.5 a

50.750+1.5+5

Ángulo de faseen vueltas

o de -2.5a -27.5

La potencia de los grupos en esta modalidad de regulación no está sujeta a la diferencia de fre-cuencia pero sí al ángulo de fase de la frecuencia de la red en relación a la frecuencia de la fuen-te (de frecuencia constante). Esta relación está realizada de tal manera que todo aumento del

ángulo de fase positivo corresponde a una disminución de la potencia de los grupos de regula-ción. Inversamente a todo aumento, en valor absoluto, de ángulo de fase negativo, correspondeun aumento de la potencia de los grupos de regulación.

El factor de proporcionalidad entre el ángulo de fase y la variación de la potencia de la red sellama potencia reglante; se expresa en megavatios por revolución.

Cuando la frecuencia es normal y el ángulo de fase nulo. los grupos tienen una potencia deter-minada siguiendo un programa. Cuando la frecuencia se desvía de su valor normal aparece unángulo de fase que determina una variación de la potencia de los grupos de partida y por otraparte de esta potencia programada.

El aparato que determina el ángulo de fase se llama regulador de fase. se compone de (fig. 65).

-un generador Fe, que da la frecuencia patrón

-un comparador C que da el ángulo de fase de la frecuencia de la red en comparación conla frecuencia patrón .

-un integrador de ángulo de fase l. Recibe los impulsos del comparador de frecuencia. Esteintegrador da una tensión continua proporcional al producto del ángulo de fase por la potenciareglante, es decir, proporcional a la variación de la potencia absorbida por la red.

Como en la regulación de la frecuencia, si el regulador está instalado en .cdispatching.., la orden

general elaborada por el regulador de fase se envía después de amplificada a potenció metrosdobles P que transforman la orden general en una orden particular para cada grupo.

Esta modalidad de regulación permite una descentralización de la regulación. Cada central pue-de tener su propio regulador de fase. Es una mejora que permite suprimir los enlaces largos en-tre la central y el "dispatching». Es preciso que los generadores patrón instalados en las cen-trales sean estables y de gran precisión a fin de evitar errores de reparto de potencia entre losgrupos en la regulación.

De hecho no se pone un regulador por central y se limita por razones de explotación a colocarreguladores en algunos «despatching".

7.2.4. Regulación de nivel

7.2.4 Banda de regulación. Par1icipación en la regulación

La regulación de fase no es muy utilizada bajo la forma que acabamos de definir. La forma deregulación empleada actualmente es la «regulación de nivel».

O:ó2/83

de 50a 49,5de O

a -2,5

Si la frecuencia varia, se determina previamsnte I'j '/anación- de potencia .qIJe se ~'uede adrT'itira partir de la potencia Po, Llamemos a esta variación Pr en más o en menos (fig. 66). La zona

punteada en la cual podrá evolucionar la potencia se llama banda de regulación, su anchura es2 Pro

Potencia

p+ Pr

Po

I1

';,::0",,¡

ti:::::".0."0.

~I

11

Tiem¡:x>

FIGURA 60

La semibanda de regulación de anchura Pr se /lama participación en la regulación.

Para el conjunto de grupos de regulación correspondientes a un «dispatching" se tendrá unabanda de regulación igual a la suma de las bandas de regulación de todos los grupos.

Supongamos. por ejemplo, cuatro grupos actuando en la regulación con las siguientes bandasde regulación:

1."' grupo ...30 MW2.0 grupo ...20 MW

3."' grupo ...25 MW4.0 grupo ...15 MW.

La banda de regulación para el conjunto de grupos será:

30 + 20 + 25 + 15 = 90 MW

la semi banda de regulación será de 45 MW. '

Para el conjunto de los grupos se podrá variar su potencia total correspondiente al programa de

:t45 MW.

0-02!84

7.2.4.2. Definición del nivel

Supor,gamos q~ cada grupo participante en la regulación está a la.,potencia dada por el,pr.ograma. llamaremos P, a la potencia total de los grupos en ese momento.

Si la potencia total varía P. tomará un nuevo valor igual a:':"1

Pt + p.1

:!p puede ser positivo o negativo.

Se llama "nivel" al cociente de esta variación p por la participación en la regulación del conjuntode los grupos. En el ejemplo que hemos puesto la banda de regulación para el conjunto de los

grupos es de 90 MW.

Si la variación p de la potencia total P1 de los grupos de regulación se traduce en un aumentode 15 MW, el nivel será:

'"'1 +15

45N= = +0,35.

---

Si, por el contrario, la potencia total p, fuese disminuida en 15 MW el nivel sería:

-15

45N= = -0,35.

Si los grupos están en la máxima potencia prevista. la potencia p es igual a 45 MW y el nivelserá:

45N=+-=+145

Si los grupos están en la mínima potencia prevista. la potencia p es igual a -45 MW y el nivelserá:

45

45N=- = -1

El nivel de la utilización de la banda de regulación varía de -1 a ""'"1 cuando se pasa de la mí-nima potencia a la potencia máxima prevista para el conjunto de los grupos participantes en la

regulación.

7.2.4.3 Constitución del nivel

Hemos visto que el integrador del regulador de fase era destinado a dar una tensión continuaproporcional al ángulo de fase. A partir de este aparato se hace también la constitución del nivel.

Transformación del nivel por orden de regulación7.2.4.4

El nivel elaborado en el "dispatching» es enviado haci~ las centrales. Acabamos de ver cómoese nivel común se emplea para dar a cada grupo una orden de regulación apropiada.,Consideremos un grupo que participa de la regulación. Dispatching ha fijado su potencia deprograma P" y su participación en la regulación :tP.. Para un nivel N su potencia P deberá ser

igual a:

0-0285

Leyenda

'VV\1VVV\N\/v\.

S Fuente de alimentación. tensión establllzada

A.. AmplificadoresN. Transmisión de nivelE. Emisor de impulsosM. Molor variador de velocidad.W. Valimelro

-';:;;;~".';:',;:;,,';"~'"~';';:~

~'1*

,-' I .

De dispatching

I

\ I

UQ,- -RQ

"".'V'.".'\.".'"\ "IV -A

0"1

r

FIGURA 67. Transformación del nivel en órdenes de

regulación.

0-02/86

P = Po + NP,.

Para hacer variar la potencia P se deberá comparar esta potencia P a la potencia Po + NPr. Silos dos valores no son ig;J~les, la regulación secundaria del grupo debe intervenir para igualarlas potencias.

~

!.¡

~J

j.f

Se opera de la siguiente manera (fig. 67):

a) Se recibe el nivel sobre un potenciómetro P,. la tensión continua en los bornes de su resis-tencia AC es proporcional al nivel N. que no es el mismo para la tensión en los bornes de la re-sistencia RN comprendida entre A y el punto de toma B. Se puede escribir:

':1

-'. ,1,

, 'j

Un = k'N O UN = k, NPr

(puesto que P, tiene un valor fijo).

b) La potencia Po se fijó igualmente por medio de un potenció metro que permite enviar sobreun amplificador Ap, una tensión continua que depende del valor fijado para Po.

La tensión amplificada UPo es enviada a los bornes de una resistencia Aa. Esta tensión es pro-porcional a P a y se puede escribir:

:,'~\ij ..""C"). .' j'. 1, -, '

::~~.:.':1 '.-":

UPo = k2 Po-

c) La potencia P del grupo se da por un vatímetro que regula la tensión continua Ug en los bor-nes de la resistencia Rg con el fin de que sea proporcional a la potencia P del grupo. Se puedeescribir:

Ug = k3 P--" --'

Los aparatos están concebidos para que los coeficientes de proporcionalidad k" k2 Y k3 tenganun mismo valor k.

Se tiene así:

UN = kNP,

Upo = kPo

Ug = kP

La conexión de las resistencias RN, Ra y Rg se efectúa de manera que las tensiones UPo y UN seandel mismo sentido y la tensión Ug de sentido contrario. Estas resistencias se conectarán, porejemplo, como indica la figura 67:

La tensión en los bornes del amplificador Ap2 es igual a:

Ug -(UPo + UN)

o

kP -(kPo + kNP.)

o

k [P -(Po + NP,)]

es proporcional a:

p -(P" + NP,).

0-02187

Será nula cuando la potencia P tenga el valor correspondiente al nivel N. Si no es nula, el am-

plificador Ap2 recibe una tensión, la tensión amplificada es enviada al motor del variador de ve-locidad de la turbina por intermedio de un emisor de impulsos Eó. I a acc¡órl, sobre el variador develocidad cesa cuando se tiene:

P -{Po + NP,} = O.

Por ejemplo, si consideramos un grupo de 125 MW en el que el programa de base es igual aPo = 110 MW y la participación en la regulación :t10 MW, si en un momento dado el nivel varía

para alcanzar el valor 0,4 el emisor de impulsos cesará de actuar sobre el variador de velocidadcuando la potencia del grupo sea:

P = 110 + 0,4 x 10 = 114 MW.

La figura 68 da la conexión de los aparatos de regulación de nivel.

La figura 69 da el croquis del cuadro de regulación de un turbogrupo con los principales aparatos

Un aparato P. da la potencia de programa Po del alternador.

Aparatos instalados en ..disDatchino»

Red

Aparatos Instalados en la central

.-!-~I ! ~/

~

"

~~

I ., ,;:1l_~JJ

G

oLeyenda

F.. Generador dando una tenslonde frecuencia patrón

C. Comparadorl. IntegradorR. Aparato correspondiente al cuadro

de regulación (fig. 69)E.. Emisor de impulsosM. Motor variador de velocidad

TRed

FIGURA 68. Conexlon de los aparatos de regulacíonde nivel

0-02;88

que hay habitualmente.

Un indicador N da el nivel.

Un conmutador A de puesta en servicio de la telerregulación

..~i'~Un conmutador B permite fijar la potencia máxima para no sobrepas~rla.

Un conmutador C fija la potencia mínima

Un conmutador O permite fijar la participación del grupo en la telerregulación.',; ;.-:::.~:j.

;';;:~;~'-.:::,)1

-".1

..;:;;;~¡

:!f1,

Leyenda B.C.

Conmutador para :¡jaClón de la potencia maxlmaConmutador para ~ijaclón de la potencia

minimaConmutador para !ijación de la partlcipacion en

el programa de regulaciónD

N Indicador de nivelPa. Indicador de la potencia de prosramaA. Conmutador de puesta en ser\'ICIO

FIGURA 69. Cuadro de telerregulaClón de un !l."-

boalternador.

-0:02:89

ANEXO Al CAPíTULO 6(Apartado 6.1.d.)

Tenemos: U. = U" U. = U., Uc = U3y: U.-. = U..., U6-:: = U.3, Uc-. = U)-1

Tenemos: U. = U" Ue = U,. Uc = U3y: U..a = U"" U..c = U..,. UCA = U'J.2

CONSECUENCIAS DE LA INVERSiÓN DE 2 FASES A LA SALIDA DEL ALTERNADOR

0-02;90

ANEXO 1

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE DOS AL TERNADORESSOBRE UNA CARGA DE POTENCIA CONSTANTE

Demostración de las fórmulas del apartado 3.1.4.

Los puntos de funcionamiento están determinados por el diagrama de la figura 70 semejante al

de la figura 16. De la figura 70 se ha extraído el triángulo FF' F" (fig. 71).

FH representa la variación de frecuencia, y la expresaremos mediante la variación de velocidad

L\n de los turboalternadores. expresada en r.p.m. Los estatismos s. y S2 se expresarán igualmen-

te en r .;J.m.

¿\P, es la variación de carga que se obtiene para el turboalternador I cuando se actúa sobre suregulación secundaria sin actuar sobre !a regulación secundaria del turboalternador 11. para variarla velocidad de los turbogrupos en ¿\I"!. Si se aumenta la velocidad (variación positiva) la po-tencia del turboalternador I aumentará en I1p.. La potencia del turboalternador I1 disminuirá

en ~p,.

';'\P2 es la variación de carga que se obtiene para el alternador !I cuando se actúa sobre su re-gulación secundaria. sin actuar sobre la regulación del turboalternador l. La variación de potencia

del alternador I tendrá el mismo valor pero de signo contrario.

tt, es el ángulo que forma la curva de estatismo del alternador I con el eje horizontal: ((2 es el

ángulo que forma la curva de estatismo del alternador 11 con el eje horizontal.

(1 )~n = Ap, tg ((2.

(2)..\n = ..\pz t9 «('.

Por otra parte:

s. = p. tg 11.s: = p~ tg ll:

de donde

tg((. = ~1:)

S.'t91t:= p:

0-0291

114

Velocidad

Frecuencia

--

~

--

~

--"'-.~.;:>.o:::::::SI -c

<J

i

52- --r:.z

p,

P1 pz

c

p; pz

P", P"2

FIGURA 70

ÓPI~ ópz ~

F' L~-l...~ --- F

F

FIGURA 71

0-02/92

llevando estos valores a las expresiones (1) y (2), se obtiene:

~n = ~P' ~P2

(3)

s,/}.n = /}.P2 -p:-(4)

,~ donde:

~P1 = ~n ~52

(5)

~P2 = ~n ~s, (6)

Partiendo de (3) y (4)

así pues:

~ p,~ P2

=~S2 p.

~

0-02,93

ANEXO 2

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE DOS ALTERNADORESSOBRE UNA CARGA DE POTENCIA VARIABLE

Demostración de las fórmulas del apartado 3.2.2.

Los puntos de funcionamiento de los alternadores vienen representados por la figura 72 seme-jante a la figura 22. Del diagrama 72 se ha extraído el triángulo F F" F" (fig. 73).

En este triángulo tenemos:

El ángulo F F" F' = ((. (ángulo de la curva de estatismo del turboalternador 1)

= a2 (ángulo de la curva de estatismo del turboalternador 11)El ángulo F F' F"

La altura FH es igual a la variación de velocidad ~n expresada en r.p.m. cuando la potencia total

pasa de P a P + ~ P.

Suponemos que actuamos sobre la regulación secundaria de los dos turboalternadores.La longitud F' H = :lpz representa la variación de potencia del turboalternador 11

La longitud F" H = ~p,. representa la variación de la potencia del turboalternador

y

:1

)::: .:\p, + .:\pz ::: .:\ pF' F'

En el triángulo FF H. tenemos

(2)..\n = ::lp, tg «.

En el triángulo FF' H. tenemos

(3):.\n = :.\P2 tg ll~

Variación de la potencia de los alternadores 1 y 11

De las ecuaciones (2) y (3) se deduce

~p. tg ((, = ~P.: tg ((.

y

~t9 (l~

_\p~ = ..\p,

0-0294

FIGURA 72

F

F"F'

FIGURA 73

0-02 95

llevando este valor a (1) se obtiene:

~p = ~P1 + ~PI ~ =- ..'lp, ! 1t9 rí2 \

~t9 Cl2

= ~p; tg <1, + tg (1.2

tg <12

y:

óp, = óP tga2

tg (1, + tg (12(4)

e igualmente:

~P2 = ~ P tg (11tg (1, + tg (12 . (5)

Se pueden expresar estas variaciones de potencia 6.P1 y 6.P2 en función de los estatismos s, yS2 de los alternadores I y 11.

Se tiene

S1 = p~ tg u, S2 = P2 t9 ((2

de donde:

(6)tg (1, = ~n

52

P2(7)t9. ((:o =

llevando estos valores a las ecuaciones (4) y (5) se obtiene:.(8)

óp, = óP S2 P,

S, P2 + S2 P,

ilp2 = ilP S, P2SI P2 + S2 p,

(9)

por lo tanto

~5, P2

~=..\P2

Variación de velocidad ~n para una variación ~p de la potencial total

Tomemos la ecuación (2) en la que se va a reemplazar L\p, por su valor (8) y tg u, por su va-

lor (6).

Se obtiene

~n = ~p 5,525. P2 + 52 p,

que se puede escribir de la forma:

5, p~ + 5~ p.

5,52

..\P =: ..\n

'10-02.96

ANEXO 3

CÁLCULO DEL ESTATISMO DEL TURBOAL TERNADOREQUIVALENTE A VARIOS TURBOAL TERNADORESCONECTADOS EN PARALELO

Estudiemos el caso de un turboalternador de potencia máxima igual al total de las potencias má-ximas de dos turboalternadores y que produciría la misma variación de frecuencia que el con-junto de los dos turboalternadores funcionando en paralelo para una misma variación de la po-tencia total.

rAo

V>

; Pe= p, + pz Potencia~

FIGURA 74

Tracemos la curva de estatismo (fig. 74) de un turboalternador de potencia máxima P. :: p, + P2

y de estatismo Se. Se tiene:

..\n = ~P tg ((e

por otra parte

Se = Pe t9 «(.,

de donde:

~n = ~p ~P"

La ecuación (10) representa la variación de velocidad para el coC1junto de los dos turboalterna.

dores.

Con el alternador único definido. debemos tener. para que de una misma variación de frecuencia

para una misma variación de potencia:

-D.~7

5152=

51 P2 + 52 p,

Se donde Pe = P, + P2-P"

de donde

S -S1 S2 P..-e-S, P2 + S2 P,

que se puede escribir:

Pe

Se

= SI P2 + S2 P,

SI S2

o bien

~=Se

p, +~.52

-SI

Demostremos que Se está comprendido entre SI y S2. Se tiene:

P, = Pe -P2

llevemos este valor a la ecuación (13)

~=Se

Pe -P2

SI

P2

52

+

Pe =:?!

S,

1

s,(1~', .

~. P2-Se

1

52

Igualmente se tendrá:

Pe

S2

Pe

Se

+ p,= 11

Supongamos que s, < S2.

En la igualdad (14) 1/s2 será inferior a 1/s, y P2 (1/s2 -1/s,) será negativo.

Se puede escribir:

~<~S2 5,

es decir

Se > S,

En igualdad (15), si s, < S2.

p, (1/5, -1/52) será positivo.

Se deduce que:

0-02/98

'~::.;i

:"1

Es decir

s., < S2,

El estatismo del turboalternador equivalente está comprendido entre los estatismos s, y S2 de los

turboalternadores I y 11.

..,.J

Si tenemos n turboalternadores en paralelo, de estatismos s, -S2 -S1... y son situados en valor

creciente, el estatismo del turboalternador equivalente a los turboalternadores 1. 2 Y 3 estará

comprendido entre SI y S1 y así sucesivamente.

El estatismo del turboalternador equivalente al conjunto de los n turboalternadores conectadosen paralelo estará comprendido entre el estatismo mínimo y el máximo.

'-'J

.j

0-02/99

LIBROS DE FORMACiÓN

COLECCiÓN DE TEXTOS SQBRE CENTRALESTERMOELÉCTRICAS CONVENCIONALl::S

y NUCLEARES

Grupo A -Teoría básica (color amarillo)

A -01 -Elementos de matemáticas.A -02 -Nociones elementales de mecánica.A -03 -Calor. Temperatura. Termodinámica.A -04 -Vapor de agua.A -05 -Electricidad general.A -06 -Electrónica.A -07 -Nociones de química.A -08 -Tratamiento de aguas.

Grupo B -Mecánica (color crema)

B -01 -Metales.B -02 -Trazado y metrologia.B -03 -Mecanizado de metales. Brocas. Machos. Terrajas.B -04 -Soldaduras.B -05 -Técnicas de soldadura.B -06 -Apoyos. guías y transmisiones.B -07 -Estanqueidades estáticas.B -08 -Lubricantes y engrases.B -09 -Vibraciones y equilibrado de las máquinas rotativas.

Grupo C -Sistemas y componentes mecánicos (color verde)

C -01 -Caldera~ de vaporC -02 -1 urbinas de vapor.C -03 -Extracciones y precalentadores de agua.C -04 -El Desgasificador.C -05 -Condensación: vacío y refrigeración.C -06 -Purgas.C -07 -Bombas y ventiladores.C -08 -Bombas centrífugas.C -09 -Aire comprimido. Compresores.C -10 -Aparatos auxiliares. Válvulas.C -11 -Protección contra incendios.

Grupo D -Sistemas y componentes eléctricos (color naranja)

D -01 -Alternadores.O -02 -Funcionamiento del alternador.D -03 -Transformadores.D -04 -Motores asincronos trifásicos.D -05 -Aparatos de corte de la corriente eléctrica.D -06 -Medidas y protecciones eléctricas.D -07 -Alimentación eléctrica de auxiliares.D -08 -Producción de la corriente continua.D -09 -Incidentes en equipos eléctricos.

Grupo E -Regulación y control (color salmón)

E .01 -Nociones de regulación.E -02 -Regulación de las calderas de vapor. .E -03 -Regulación del circuito de condensado yagua de alimentación,

Grupo F -Nucleares (color azul)

F -01 -Fisica nuclear y neutrónica.F -02 -Estudio térmico del núcleo.F -03 -La explotación Quimica en una central PWR.F -04 -Almacenamiento y tratamiento de efluentes.