Determinación de la carta de operación de un generador síncrono mediante pruebas de campo El trabajo detalla la metodología empleada en centrales hidroeléctricas para la determinación de las cartas de operación de sus unidades. Las car arta tass de oper perac ació ión n de un gen gener erad ado or, so son n gráf gráfca cass que que determinan la región de operación estable de una maquina; por tal razón, es mu importante que todas las salas de despacho de energía tengan esta in!ormación para las operaciones diarias de la unidad generadora en el sistema de potencia. "sí mismo, estas cartas nos proporcionan in!ormación de los límites de operati#idad de la unidad generadora, que permiten tomar decisiones en cuanto al grado de repotenciación que se puede e!ectuar en la máquina.
Interpretación de la carta de operación En la fg. $, se obser#a una carta de operación de un generador síncrono, en el podemos #er que la intersección de los límites de operación determinan la región sobre la cual la máquina opera en !orma confable segura, así mismo, dentro de esta región podemos determinar un área de operación óptima del generador limitada por el ángulo de !actor de potencia. %ásicamente los límites de operación se representan por cinco cur#as que son las siguientes& ' (orriente má)ima del estator. ' *otencia má)ima del motor primo. ' (orriente má)ima de e)citación. ' (orriente mínima de e)citación. ' Límite de estabilidad En es esta ta ca cart rta a de oper operac ació ión n se pued puede e dete deterrmina minarr las las di!e di!errente entess comb co mbin inac acio ione ness de pote potenc ncia ia ac acti ti#a #a rea eact cti# i#a a que que pued pueden en se serr prod produc ucid idos os por por el gene genera rado dorr a di!er di!eren ente tess !act !actor ores es de pote potenc ncia ia ángulos de torque.
+ig. $& (arta de operación un generador síncrono
COMO DETERMINAR LAS CR!AS DE LA CARTA DE LA O"ERACI#N Determinación de la corriente m$%ima del estator La corriente en el de#anado del estator produce una ele#ación de la temperatura del conductor su ambiente circundante, sin embargo, a pesar de la presencia de los sistemas de en!riamiento del generador, e)iste una corriente má)ima -ama) que si se e)cede pro#ocará que la temperatura de los de#anados del estator alcance ni#eles altos sufcientes para da/ar el sistema de aislamiento de la máquina. En muchos casos para establecer la carta de operación es con#eniente considerar la corriente má)ima del estator como la corriente nominal establecida en el dato de placa del generador. -ama) 0 -nom
+ig. 1.2 Lugar geométrico de la corriente má)ima
del estator
Determinación de la potencia del motor m$%imo Este límite esta determinado por la capacidad de la máquina motriz 3urbina debido a limitaciones propias de !abricación, el cual le impide entregar más que cierta cantidad de potencia má)ima. El lugar geométrico de este límite se representa mediante una recta paralela al eje 4, a una distancia de magnitud igual a la potencia má)ima de la turbina. En la +ig. 5 podemos obser#ar como este lugar geométrico limita la potencia acti#a que puede entregar el generador.
+ig.5.2 Límite de la potencia má)ima del motor
Determinación de la corriente de e%citación m$%ima & mínima en generadores de polos lisos La !uerza electromotriz +E6 inducida en el estator está limitada por la corriente de e)citación que se encuentra restringida por el calentamiento del de#anado del rotor o por características propias de la e)citatriz.
+ig. 7.2 8iagrama !asorial simplifcado de un generador de polos lisos
+ig. 9.2 Lugar geométrico de la corriente má)ima de e)citación para un generador de polos lisos
Determinación de la corriente de e%citación m$%ima & mínima en generadores de polos salientes El lugar geométrico para determinar los límites má)imo mínimo de e)citación de un generador síncrono de polos salientes, se obtiene en !orma similar al caso anterior, a partir del diagrama !asorial simplifcado #er +ig. : de las ecuaciones de potencia específcas propias para este tipo de generador.
+ig. :.2 8iagrama !asorial simplifcado de un generador de polos salientes.
+ig. .2 (onstrucción del lugar geométrico del límite de la corriente mínima de e)citación para
Determinación del límite de estabilidad en generadores de polos lisos La potencia producida por un generador síncrono también depende del ángulo de torque δ defnido entre la tensión en bornes del generador la +E6 inducida, seg=n se muestra en la Ec. 7. La potencia má)ima que puede suministrar el generador corresponde a un δ 0 >?@. Aormalmente los generadores no se acercan a este límite siendo los ángulos típicos de torque entre $9 a 1?B a plena carga. Col#iendo a las cartas de operación, este límite teórico corresponde a una línea paralela al eje de la potencia acti#a en el punto 2 5Ca1Ds,?. El límite práctico de estabilidad se obtiene trazando circun!erencias para di!erentes #alores de potencia, luego a partir de la intercepción de estas circun!erencias con el límite de estabilidad teórico, se decrementa cada potencia má)ima en un $? a 1?F de la potencia acti#a nominal. Los puntos obtenidos se trasladan horizontalmente, hasta interceptar con la circun!erencia correspondiente. El lugar geométrico resultante de la unión de los puntos corresponde al límite de estabilidad permanente práctico #er +ig. G.
+ig G.2 Límite de estabilidad en generadores de polos lisos
Determinación del límite de estabilidad en generadores de polos salientes " partir de la siguiente ecuación
He puede grafcar la característica potencia2ángulo. En la +ig. > se obser#a que el primer término es el mismo que se obtiene para una máquina de rotor cilíndrico, mientras que el segundo término introduce el e!ecto de los polos salientes, este término es la potencia que corresponde al par de reluctancia, nótese que el par de reluctancia es independiente de la e)citación de campo.
+ig. >.2 (ur#as característica *otencia2"ngulo " partir del punto I5Ca1Dq, ? se trazan líneas rectas a di!erentes ángulos. Los puntos de intersección de estas líneas rectas con la circun!erencia de reacción de armadura se trasladan, horizontalmente, hasta interceptar a la misma circun!erencia en su otro e)tremo. Los nue#os puntos de intersección se trasladan, #erticalmente, hacia la intersección con su línea recta correspondiente, la unión de estos puntos corresponde al lugar geométrico del límite teórico de estabilidad.
+ig $?.2 Límite de estabilidad en generadores de polos salientes
DIADRAMA DE 'L(O
La carta de operación de un generador síncrono
Las cartas de operación de un generador, son gráfcas que determinan la región de operación estable de una maquina
"sí mismo, estas cartas nos proporcionan in!ormación de los límites de operati#idad de la unidad generadora, que permiten tomar decisiones en cuanto al grado de repotenciación que se puede e!ectuar en la máquina.
6odelamiento de la carta operación de un generador
for j = 1:n; t=linspace(0,pi,500); horas=6:12;
La corriente má)ima del estator
hor=pi/2-(j-1)*2*pi/(n-1); plot([0 1.1**cos(hor)!,[0 1.1**sin(hor)!,":#","$ine%i&th",0.1) te't(1.1**cos(hor),1.1**sin(hor), [,n2str(1.1**sin(hor)/srt((1.1**cos(ho r))+2(1.1**sin(hor))+2))!) en&
a'=6
*otencia má)ima del motor primo
(orriente má)ima mínima de e)citación
%
=a'.*ones([1,1000!); plot(t2,,"#","$ine%i&th",2)
corriente a'ia inia & e'citacion = fp=linspace(0,1,100); fp=0.6; theta=acos&(fp) 3&=2.426; a=/(*7a); 8f9=7a(a*cos&(theta)j*a*sin&(theta))*(j*(3&)); 8f=a#s(8f9); fi=anle(8f9)*(10/pi) f=(*7a+2)/3&; r=(*8f*7a)/3&; t=linspace(0,1,1000);rr=r*0.05; '=r*cos((pi/4)*t)-f; =r*sin((pi/4)*t); '1=rr*cos((pi)*t)-f; 1=rr*sin((pi)*t); plot(',,"r",'1,1,"","$ine%i&th",2) title("cr9as consi&eran&o e es &e polos lisos") ri&
*JKension ?oinal 7 a'=n/((srt())*7n) a'=6; =*7a*a' 'o=-srt(.+2-a'.+2) '1=srt(.+2-a'.+2) t1=linspace(-,'o,1000); t2=linspace('o,'1,1000); t=linspace('1,,1000); r=.*ones(1,1000); =srt(r.+2-t1.+2); plot(t1,,"@","$ine%i&th",2),hol& on =srt(r.+2-t2.+2); plot(t2,,"@","$ine%i&th",2) =srt(r.+2-t.+2); plot(t,,"@","$ine%i&th",2) =a'.*ones([1,1000!); plot(t2,,"#","$ine%i&th",2) a'is([-1.1* 1.1* 0 1.1* !); corriente a'ia inia & e'citacion = fp=linspace(0,1,100); fp=0.6; theta=acos&(fp) 3&=2.426; a=/(*7a); 8f9=7a(a*cos&(-theta)j*a*sin&(-theta))*(j*(3&)); 8f=a#s(8f9); fi=anle(8f9)*(10/pi) f=(*7a+2)/3&; r=(*8f*7a)/3&; t=linspace(0,1,1000); rr=r*0.05; '=r*cos((pi/4)*t)-f; =r*sin((pi/4)*t); '1=rr*cos((pi)*t)-f; 1=rr*sin((pi)*t);
plot(',,"r",'1,1,"","$ine%i&th",2) title("cr9as consi&eran&o e es &e polos lisos" ) ri& a'is([-1.1* 1.1* 0 1.1* !) n=0 for j = 1:n; t=linspace(0,pi,500); horas=6:12; hor=pi/2-(j-1)*2*pi/(n-1); plot([0 1.1**cos(hor)!,[0 1.1**sin(hor)!, ":#","$ine%i&th",0.1) te't(1.1**cos(hor),1.1**sin(hor), [,n2str(1.1**sin(hor)/srt((1.1**cos(hor))+2(1.1**sin(hor))+2))! ) en& hol& off
JEHML3"8KH 8EL *JK1:? (orriente ma)ima hallada *0 G9.???? *otencia acti#a hallada
)o 0 29$.???? )$ 0 9$.???? impedancia theta 0 7?.959G "ngulo del !actor de potencia dado !p0?.:
-mpedancia
