¿Explicación de la curva de capabilidad de un generador sincrono de polos salientes? El comportamiento de un generador síncrono comprende fundamentalmente dos condiciones de operación: a) estado transitorio y b) estado estable . Las características del generador en estado estable se refieren sobre todo a los límites térmicos para la operación segura del generador . Es muy útil que el operador conozca las características de comportamiento en estado estable (Capabilidad) de su máquina, ya que éstas marcan las condiciones límites de operación, además el operador puede conocer como influyen los parámetros de la unidad en su operación y no dependen de que los instrumentos de medición tengan indicados los límites. La curva o diagrama de capabilidad se basa en un diagrama fasorial de potencias activa y reactiva llamado Diagrama Circular de la Máquina Síncrona . nA la curva de capabilidad se le llama también diagrama de límite térmico, porque permite determinar el valor al cual la máquina sus embobinados y sus núcleos, alcanzan la temperatura de régimen de operación estable de acuerdo a sus aislamientos y manufactura. La primera restricción proviene de la potencia que puede proporcionar la turbina. Operando a esta potencia, la maquina puede generar o absorber potencia reactiva. Si aumentamos la potencia activa, tenemos una menor capacidad de generar o absorber potencia reactiva . En cualquier caso la potencia aparente no puede ser mayor a la capacidad del generador, porque elevaría la temperatura de los devanados del estator por encima del nivel para el que fueron diseñados El límite de capabilidad en la sección superior de la curva corresponde a los límites térmicos del campo y de la armadura del generador. El campo electromagnético de excitación (CD) y el del estator (CA) girando en sincronismo forman un campo que atraviesa el entrehierro radialmente. Este flujo aumenta las perdidas en el nucleo y genera calor adicional. Normalmente, el campo del generador es ajustado de tal forma que se entregan potencia real y potencia reactiva al sistema de potencia. En la región de operación normal, la curva de capabilidad del generador muestra los límites de operación. Éstos son límites térmicos (rotor y estator). En el área de subexcitación, la operación es limitada por el calentamiento del hierro en el extremo del estator
El límite de capabilidad en la sección superior de la curva corresponde a los límites térmicos del campo y de la armadura del generador. CURVA DE CAPABILIDAD Gabriel Salazar Díaz e-mail:
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RESUMEN En el siguiente informe se tratara acerca de la curva de capabilidad, su concepto, descripción y aplicaciones para los generadores eléctricos que son elementos importantes en un sistema eléctrico de potencia. Las características del generador en estado estable se refieren sobre todo a los límites térmicos para la operación segura del generador. PALABRAS CLAVE Curva de capabilidad, descripción, aplicaciones. OBJETIVOS * Conocer las condiciones fundamentales de operación que comprende el comportamiento óptimo de los generadores. * Determinar las características de un generador en estado estable y estado transitorio para análisis de control en sistemas eléctricos de potencia. INTRODUCCIÓN El comportamiento de un generador síncrono comprende fundamentalmente dos condiciones de operación: a) estado transitorio y b) estado estable Las características del generador en estado estable se refieren sobre todo a los límites térmicos para la operación segura del generador. Es muy útil que el operador conozca las características de comportamiento en estado estable (Capabilidad) de su máquina, ya que éstas marcan las condiciones límites de operación, además el operador puede conocer como influyen los parámetros de la unidad en su operación y no dependen de que los instrumentos de medición tengan indicados los límites.
La curva de capabilidad de un generador se deriva de manera simplificada sin tomar en cuenta el efecto de saturación y despreciando la resistencia y capacitancia en los devanados. Cuando la máquina síncrona opera en sus valores nominales, es decir; valores a los cuales los devanados y el núcleo alcanza la temperatura de régimen de diseño, se obtienen las fronteras de la región de operación dentro de la cual la máquina no sufre daño ni envejecimiento prematuro. CURVA DE CAPABILIDAD La curva o diagrama de capabilidad se basa en un diagrama fasorial de potencias activa y reactiva llamado Diagrama Circular de la Máquina Síncrona. A la curva de capabilidad se le llama también diagrama de límite térmico, porque permite determinar el valor al cual la máquina sus embobinados y sus núcleos, alcanzan la temperatura de régimen de operación estable de acuerdo a sus aislamientos y manufactura. La primera restricción proviene de la potencia que puede proporcionar la turbina. Operando a esta potencia, la maquina puede generar o absorber potencia reactiva. Si aumentamos la potencia activa, tenemos una menor capacidad de generar o absorber potencia reactiva. En cualquier caso la potencia aparente no puede ser mayor a la capacidad del generador, porque elevaría la temperatura de los devanados del estator por encima del nivel para el que fueron diseñados. El límite de capabilidad en la sección superior de la curva corresponde a los límites térmicos del campo y de la armadura del generador. La curva de capacidad reactiva da una explicación alternativa por qué un generador síncrono que funciona por debajo y dentro de su potencia nominal factor induce más disipación de calor. Figura 1. Típica curva de capacidad de reacción de un generador real Es un ejemplo típico de potencia reactiva curva de capacidad para un verdadero generador. Esta es también la curva que determina la calificación del factor de potencia de un generador, que suele ser 0,8. Muestra el máximo de potencia reactiva que máquinas sincrónicas o puede absorber la oferta. APLICACIONES La capabilidad del generador es considerablemente afectada por el enfriamiento del sistema. A mayor capacidad de disipación de calor, mayor va a ser la potencia de que se pueda disponer. La curva del devanado de campo también varía con el voltaje terminal. Este diagrama se incluye las limitantes para la operación de un generador
eléctrico, ya sean desde el punto de vista constructivo de la unidad como desde el punto de vista de las protecciones. Figura 2. Este gráfico muestra una prueba de límite del sistema de excitación – excitador. Obsérvese que está justo antes del límite de capabilidad de potencia reactiva inductiva del generador. Nos sirve para ver el limitador de máxima excitación así como también el limitador de factor de potencia de la unidad. CONCLUSIONES ■ El campo electromagnético de excitación y el del estator girando en sincronismo forman un campo que atraviesa el entrehierro radialmente. Este flujo aumenta las perdidas en el núcleo y genera calor adicional. ■ La curva de capabilidad del generador muestra los límites de operación. Éstos son límites térmicos (rotor y estator). En el área de sobrexcitación, la operación es limitada por el calentamiento del hierro en el extremo del estator ■ El área que se encuentra al interior de todos estos límites es el área para el funcionamiento óptimo de la unidad. ■ Es muy útil conocer las características de comportamiento en estado estable de las máquinas sincrónicas, sin ello no se conocería las condiciones y sus límites de operación, además se puede saber cómo influyen los parámetros de la unidad en su operación y no dependen de que los instrumentos de medición tengan indicados los límites.
