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SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA

Laboratorio 1 “MANIOBRAS EN UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA” Integrantes: Hinojosa Carbajal, Luis Pariona Nuñez, Miguel

Profesor: Chilet León, César

Fecha de Realización: 14 de Marzo de 2013 Fecha de Entrega: 29 de Marzo del 2013

2013-I PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

Laboratorio de Sistemas Eléctricos De Potencia

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MANIOBRAS EN UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA INTRODUCCIÓN: En el presente laboratorio titulado “Maniobras en un Sistema Eléctrico de Potencia”, debemos conocer que un sistema eléctrico de potencia comprende a los subsistemas de generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica. La generación de la energía eléctrica se realiza a través de plantas hidroeléctricas, termoeléctricas, nucleares y de gas. En nuestro caso, en el Perú se obtiene la mayor energía eléctrica gracias a la central hidroeléctrica de Mantaro que suministra energía a muchas industrias y ciudades del país, pero también se tiene centrales térmicas que se encuentran en zonas o centros aislados como Iquitos, Pucallpa.

OBJETIVOS: • • •

Diferenciar la operación del interruptor y un seccionador. Poner y sacar de servicio una central de energía eléctrica. Acoplar barras en una subestación.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Las centrales de energía eléctrica poseen centros de control donde se opera, supervisa y coordina en tiempo real las instalaciones de generación, transformación y transporte, además, de coordinar con otros centros de control en un sistema eléctrico de potencia.

Usualmente los centros de control poseen un sistema SCADA “Supervisory Control And Data Acquisition”, que se basa en computadoras que permiten supervisar y controlar a distancia una instalación.

En el presente laboratorio utilizaremos el simulador de energía PSS 1200 marca TERCO el cual se comporta como un centro de control de arranque y parada de un grupo de generación típico. Este módulo nos servirá de ayuda para entender cómo opera y/o maniobra una central hidroeléctrica, se simula la operación y se tiene en cuenta el trabajo de los interruptores como los seccionadores que nos dan el control de operar o desconectar la transmisión de la energía eléctrica a través de la red eléctrica.

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Interruptor de Potencia.- Conocidos como disyuntores son aparatos de corte que permiten efectuar maniobras voluntarias de apertura y cierre de circuitos en condiciones de carga, cortocircuitos o sin carga. Poseen una zona de cámara de extinción de arco eléctrico, lo que le permite abrir el circuito con carga.

Seccionador de Potencia.- Conocidos como desconectadores y separadores, su utilización se basa en unir o separar en forma visible, diferentes componentes de una instalación eléctrica. Al no poseer una zona de extinción de cámara de arco eléctrico, abrir el circuito con carga produce un gran eléctrico que ocasiona sobretensiones en la red. Lo puede originar graves problemas a los equipos conectados en la misma línea.

arco que

Para prevenir cualquier desperfecto o uso inadecuado de los aparatos o dispositivos ya mencionados, la operación del sistema incluye un sistema de bloqueo automático. Los interruptores no pueden interconectar dos redes de frecuencia, tensión, secuencia de fase y ángulo de fase diferente. Por esta razón todas las operaciones de cierre de interruptores deben de tener un permiso de sincronización. Un interruptor, por lo tanto, no podrá ser cerrado a menos que el botón de “sincronización” para este interruptor este cerrado. Se debe advertir que solo uno de estos botones deberá estar en la posición cerrado, pues el equipo de sincronización es común para todo el simulador. El interruptor del generador y el del campo están interbloqueados. Si fuese posible abrir el interruptor de campo mientras el generador estuviese conectado a otro sistema, el generador podría ser movido sin excitación y esto podría causarle un serio daño. Por esta razón, el interruptor del generador no puede ser cerrado hasta que el interruptor del generador abra. En el caso de patios de llave de las subestaciones de mayor importancia, se utilizan un juego de barras dobles. También resulta posible conectar todas las líneas de alimentación sobre un juego de barras, mientras se realizan trabajos de revisión o de reparación. Para conectar las líneas de alimentación de uno a otro sistema de barras es necesario un disyuntor de acoplamiento de barras, que también puede emplearse de reserva en caso de revisión de los disyuntores de línea.


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EQUIPOS Y MATERIALES: Cantidad 01 01 01 01 01 01 01 01

Descripción Módulo de central energía. Módulo de subestación. Línea de transmisión. Carga resistiva. Carga capacitiva. Carga inductiva. Multímetro digital Secuenciómetro

de

Marca TERCO

Modelo MV1231

TERCO TERCO TERCO TERCO TERCO FLUKE HIOKI

MV1220 MV1425 MV1100 MV1106 MV1107 HIO3126

PROCEDIMIENTO: Reconocimiento del simulador de energía: A continuación se presenta en forma de esquema de principio el módulo de central de energía utilizada para este primer laboratorio.

Figura 1.

Esquema de principio del módulo de central de energía.

Completar la siguiente tabla: Tabla 1. Principales componentes del modulo de la figura 1.

Descripción Interruptores Seccionadores Seccionadores de tierra

Cantidad 06

Símbolo IEC

Símbolo ANSI

10 02


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Controles para la puesta en marcha del simulador de energía.

Figura 2. Principales controles del simulador de energía del panel K2.

Explique usted lo expuesto por el profesor sobre la función de cada control del simulador mostrado en las Fig.2. a) VOLTAGE GENERATOR: Este control permite seleccionar el voltaje a ver de fase/línea del generador. b) VOLTAGE CONTROL FINE: Este control permite una regulación o variación exacta “pequeña magnitud” de la corriente que circula por el rotor. c) CONECTION CB1 TO SYNCHRONIZING: En toda planta generadora existen protocolos de seguridad, uno muy usado es el de pedir permiso para energizar una barra o línea, para aprobar este permiso se usa este control, el cual tiene la función de autorizar la continuación del trabajo. Solo se aplica para los interruptores, no para los seccionadores. d) REGULATOR AUTOMATIC/MANUAL: Este control permite seleccionar si el control de voltaje es de forma manual/automático e) VOLTAGE CONTROL COARSE: Este control permite una regulación o variación brusca de la corriente que circula por el rotor. f) EXCITATION BREAKER EB1: Este interruptor permite poner en operación los controles VOLTAGE CONTROL COARSE y VOLTAGE CONTROL FINE estos permitan regular el ingreso de corriente eléctrica de excitación o de campo hacia el rotor, para que así se cree un campo que induzca al estator. g) STATIC: Este control permite realizar la selección de la turbina estática.


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h) SPEED CONTROL FINE: Este control permite realizar una variación de flujo de agua por los inyectores mucho más preciso, este control se utiliza conjuntamente con el SPEED CONTROL COARSE, para llegar a una velocidad de 1800 rpm. i) EMERGENCY STOP: Este control permite realizar un desenergizado total del sistema, solo se debe de usar en situaciones de emergencia, no como un método rutinario de apagado o desenergizado. j) SPEED CONTROL COARSE: Este control permite el ingreso de agua hacia las turbinas que están acopladas al rotor, si es que se hace referencia a una central hidroeléctrica, por medio de los inyectores. La velocidad del rotor debe de ajustarse a 1800 rpm, este valor se determina por medio de la formula: n=120 x f(Hz) / P Donde f(Hz) es 60 y P es el número de polos, 4 polos. Con las siguientes figuras explique la función de los equipos de medición.

Fig 3. Principales equipos de medición del simulador de energía, panel K3


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Fig 9. Continuación equipos de medición del simulador de energía, panel k2

Función de los equipos de medición: a) Permite observar la tensión de fase/línea que está presente de la línea R de la Barra A. b) Permite observar la tensión de fase/línea que está presente de la línea S de la Barra A. c) Permite observar la tensión de fase/línea que está presente de la línea T de la Barra A. d) Sincronoscopio: permite observar si el generador esta sincronizada con la barra infinita. Para realizar la sincronización el indicador de este medidor debe de encontrarse en una posición neutral, 90°. e) Frecuencímetro: Permite observar las frecuencias de el generador y la barra infinita. De no tener las mismas frecuencias se debe de regular por medio de SPEED CONTROL COARSE y SPEED CONTROL FINE. f) Doble Voltímetro: Permite observar las tensiones entre el generador y la barra infinita. De no ser las mismas se debe de regular por medio de VOLTAGE CONTROL COARSE y VOLTAGE CONTROL FINE. g) Permite observar la tensión de fase/línea que está presente de la línea R de la Barra A. h) Permite observar la tensión de fase/línea que está presente de la línea S de la Barra A. i) Permite observar la tensión de fase/línea que está presente de la línea T de la Barra A. j) Este medidor permite observar la tensión fase/línea que se está presente en los terminales del generador. k) Este medidor permite observar la corriente que es generada en el estator. PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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l) Este tacómetro permite observar la velocidad en la cual se encuentra el eje del generador “velocidad de la turbina”. m) Este medidor permite observar la corriente de excitación o de campo que se le suministra al rotor.

Pasos para el arranque o puesta en marcha el módulo de control PSS1200 TERCO. 1. Se activa “” el cual permite la activación del motor primo. 2. Se regula la velocidad de rotor por medio de la variación de flujo de agua en los inyectores, todo esto por medio de los controles SPEED CONTROL COARSE y SPEED CONTROL FINE. Se debe de llegar a una velocidad de 1800 rpm, ya que a esta velocidad se logra una frecuencia de 60 Hz, debido a que el generador es de 4 polos. 3. Se apertura EXCITATION BREAKER EB1 y regula la corriente que circula por el rotor, por medio de los controles VOLTAGE CONTROL COARSE y VOLTAGE CONTROL FINE. Esto se debe de variar hasta observar que se ha alcanzado una tensión del generador “estator” de 13.2 kV. 4. Se deben de serrar los seccionadores solo del gabinete de generación, luego se debe de dejar en standby el interruptor y se procede a coordinar con la central de coordinación pidiendo el permiso para energizar la barra A, para nuestro caso este permiso será representado por CONNECTION CB1 TO SYNCHRONIZING INSTRUMENT, una vez se logro aprobar el permiso para energizar la barra A, por medio de interruptor mencionado de la celda de generación, se procederá a serrar el interruptor, de no pedir y aprobar este permiso no se podrá serrar nunca en interruptor. 5. Se procederá a serrar los seccionadores de la línea 1 barra A luego se comunica y se da permiso para serrar el interruptor de la línea 1. Desde aquí solo se trabajara con la línea 1. Ahora ya se encuentra energizada la barra A, se procederá a detallar los pasos para energizar la barra B y desenergizar la otra. 6. Se deben de serrar los seccionadores ubicados en la celda de sincronización y se deja en standby al interruptor de esta misma, luego se procederá a coordinar el permiso para realizar la conexión por medio de CONNECTION CB1 TO SYNCHRONIZING INSTRUMENT de la celda de sincronización, una vez aprobado el permiso se procederá a serrar el interruptor, en este momento se encuentran las dos barras A y B con el mismo potencial. 7. Se procederá a serrar los seccionadores de la barra B, luego de esto se abrirán los seccionadores de la barra A, en este momento la barra A esta desenergizado y la B esta energizado.


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En este momento la línea 1 se encuentra energizada por medio de la barra B, ahora para realizar la sincronización de esta línea y la barra infinita se debe realizar los siguientes pasos: 8. Con la ayuda del secuenciometro se debe de verificar que la línea 1 se encuentra en la misma secuencia que la de la red, horario, una vez comprobado esto se procederá a abrir el interruptor de la línea 1, luego se realizara la conexión entre esta y la barra infinita. 9. Se activaran los medidores d, e, f, de la celda de sincronización por medio de control ON-OFF SWITCH FOR SYNCHRONIZING INSTRUMENTS. Se deben de tomar en cuenta que: •

•

•

Frecuenciometro: la Línea 1 y la barra infinita presentan cada una frecuencias distintas, pero estas deben de estar iguales, por medio de los controles SPEED CONTROL COARSE y SPEED CONTROL FINE, una vez logrado la igualdad es procederá a verificar el último medidor. Doble Voltímetro: Debido a que la Línea y la Barra infinita se van a conectar, se deben de encontrar los dos al mismo potencial para ellos se utilizaran los controles VOLTAGE CONTROL COARSE y VOLTAGE CONTROL FINE. Sincronoscopio: Se debe de encontrar en una posición neutral, a 90°, para esto se deben de dejar calibrado los parámetros indicados a los dos medidores anteriormente mencionados.

10.Ahora se puede proceder a serrar el interruptor de la Línea 1, con su respectivo permiso realizado previamente. Ya podemos decir que la línea está conectada con la barra infinita, cabe resaltar que dicha barra hace referencia a la las redes de distribución. 11.Si se requiere realizar mantenimiento a los equipos de maniobra de la línea, se debe proceder a abrir el interruptor de la línea 1 luego los seccionadores de este mismo y se debe de aterrar el circuito por medio de un seccionador conectado a tierra.

Cuestionario: 1. ¿Explique por qué no es posible cerrar el interruptor y luego el seccionador cuando energizamos una de las barras?

2. ¿Cuál es la función del enclavamiento entre el interruptor y el seccionador? Debido a que el interruptor está diseñado para soportar arcos eléctricos y el seccionador no, se debe de tener un medio de seguridad por el cual se cumpla específicamente la secuencia de operación de estos elementos, PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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por ello es que se ha diseñado un sistema de enclavamiento, evitando así principalmente que el seccionador quede obsoleto o deteriorado debido a su exposición a los arcos eléctricos, los cuales deben de ser controlados por medio de los interruptores. 3. En un generador síncrono de un central, la tensión es incrementada al aumentar la corriente de excitación o de campo del rotor. 4. El tipo de conexión del transformador de potencia en el simulador es 220 kV en el lado de alta y 13,2 kV en el lado de baja. 5. ¿En el arranque del simulador de energía, antes de cerrar el interruptor de campo con qué finalidad se gira completamente el potenciómetro de VOLTAGE CONTROL COARSE en sentido antihorario? Para que exista tensión en el estator del generador primero se debe de inducir al rotor, para ellos es que se le proporciona a este último una corriente de excitación o de campo por medio de VOLTAGE CONTROL COARSE, pero por motivos de seguridad antes de realizar cualquier de estas maniobras mencionada se debe de cerciorar de que el control VOLTAGE CONTROL COARSE esté totalmente serrado, es decir suministre cero de corriente al rotor, de no ser así podría producirse un arco al momento de accionar EXCITATION BREAKER EB1. 6. ¿En qué condición usted presionaría el botón EMERGENCY STOP? Existen varias circunstancia para realizar el accionamiento de este botón, las principales serian. 

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Se presiona EMERGENCY STOP cuando la turbina Pelton se acelera sin control, para ello se utilizan un deflector de chorro que lo dirige directamente hacia el desagüe. Se presiona EMERGENCY STOP cuando existen problemas eléctricos, tales como: corto circuitos, superficies electrificadas a causa de fallas de aislamiento, mala maniobra al momento de puesta en marcha o parada del generador.

7. Luego de acoplar las barras A y B, por qué es posible cerrar el otro seccionador que se encuentra entre los dos extremos energizados. Debido a que ya se ha realizado la sincronización de potencial entre las dos barras A y B, es posible maniobrar los seccionadores ubicados cada extremo, de la barra B en nuestro caso, porque ya al estar al mismo potencial no surgirá un flujo de corriente, por otro lado si es que las barras no se encontraran al mismo potencial y si se accionaran los seccionadores ocurriría que un gran flujo de corriente aparecería y como los seccionadores no están diseñados para este trabajo terminarían defectuosos o deteriorados y en el peor de los casos el personal que realice la maniobra quedaría expuesto a un gran peligro. 8. ¿Cuál es la importancia de seguir procedimientos en la puesta en marcha o parada de grupos de generación?


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Una de las importancias de seguir procedimientos es que todo personal tanto nuevo como experimentado tendrá conocimiento de todo los pasos que se requieren hacer para cumplir un trabajo, en nuestro caso, dar marcha o parada a un generador. Otra importancia radica en la seguridad y la correcta manipulación de los equipos ya que estos tienen un papel único e importante y de no respetar esto se podrían generar perdidas tanto económicas como humanas.

Conclusiones: 

Se comprendió en su totalidad la gran diferencia que existe entre un interruptor y un seccionador, con estos conocimientos podremos determinar si una secuencia de operación tanto de arranque como de marcha esta correctamente planificada.

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En todo proceso industrial se requiere seguir secuencia y operaciones, una central de energía eléctrica no es la excepción, para ello en este laboratorio de logro comprender y realizar la puesta en marcha y parada de un generador.

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El módulo al final de cerrar el circuito presenta una barra infinita, esta barra infinita es un sistema tan grande que para todos los efectos eléctricos es equivalente a un generador síncrono de inercia infinita.

Observaciones: 

Tecsup debería de brindar estos conocimientos “poner en marcha o parada de un generador” unos ciclos mucho más antes, de este modo se generaría una motivación en los alumnos ya que estarían más cerca a la realidad con respecto nuestra carrera. Cabe resaltar que no se refuta las decisiones pomadas al momento de determinar los cursos a dictar.

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Nunca se logro observar o escuchar las alarmas, sería bueno a modo de ejemplo simular como se comporta el grupo generador frente a un desperfecto o mala acción del personal, ya que de no ser así posiblemente algunos alumnos nunca serán capaces de superar este problema en su vida laboral.

Bibliografía:


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