Operación en paralelo de generadores de CC:sincronización de generadores

Operación en paralelo de generadores de CC:condición, ventajas y carga compartida

En una red de sistema de energía, la energía es suministrada por muchos generadores que están conectados en una red interconectada. En lugar de usar un solo generador grande, muchos generadores pequeños de CC o CA funcionan en paralelo.

A veces, los generadores de CC se utilizan como planta de respaldo. En algunas condiciones, no siempre es posible tener un generador que cumpla con los requisitos de carga. Por lo tanto, para satisfacer la demanda de carga, más de una unidad de generadores de CC se conectan en paralelo.

Hoy en día, la operación en paralelo de los generadores de CC se usa ampliamente en la red para lograr las siguientes ventajas.

• Publicación relacionada: Operación en paralelo de transformadores monofásicos y trifásicos

Ventajas del funcionamiento en paralelo de generadores de CC

Las ventajas de la operación en paralelo se enumeran a continuación.

Continuidad del suministro

La continuidad del suministro es un requisito primordial. Si una planta de energía consta de una sola unidad de un generador, no es posible cumplir con este requisito. Porque si una sola unidad del generador está en mantenimiento o falla, toda la planta de energía se detiene para ejecutar la demanda de carga. Por lo tanto, si la planta de energía utiliza una mayor cantidad de generadores en lugar de una sola unidad, la planta de energía se puede usar de manera más confiable. La mayoría de los clientes (como hospitales, fábricas, etc.) necesitaban un suministro de energía ininterrumpido.

Mejor eficiencia

En las centrales eléctricas, los generadores están diseñados para funcionar a plena carga. Y obtendrá la máxima eficiencia a plena carga. Pero la demanda de energía no es constante. Fluctúa entre la demanda máxima durante el día y la demanda mínima durante el período nocturno. Por lo tanto, es económico usar un generador pequeño durante el período nocturno y un generador grande durante el día. Si la demanda aumenta, ambos generadores se conectan en paralelo para satisfacer la alta demanda de manera eficiente.

Fácil de mantener y reparar

El generador requiere mantenimiento periódico para una vida útil prolongada y un funcionamiento eficiente. Durante el mantenimiento, debe haber otro generador para hacer funcionar la carga. Por lo tanto, es fácil mantener los generadores. Y además, si se produce una avería, tardará en volver a funcionar. En esta condición, se puede utilizar otro generador para satisfacer la demanda de carga.

Flexibilidad

La conexión en paralelo de los generadores ofrece una mayor flexibilidad en comparación con el generador grande de una sola unidad. Se pueden conectar varios generadores pequeños entre sí y se ubican en diferentes ubicaciones. El único generador grande necesitaba más espacio. En lugar de eso, se instala una mayor cantidad de generadores en diferentes ubicaciones.

Económico

El costo de la energía eléctrica se reduce si los generadores funcionan siempre a plena carga. Cuando la demanda de carga es alta, se conecta un mayor número de generadores en paralelo. Y cuando la demanda de carga es baja, se conecta un menor número de generadores en paralelo. Otros generadores permanecen en condición de espera. Por lo tanto, todos los generadores funcionan en condiciones de carga completa, lo que reduce el costo de la energía eléctrica.

Fácil de hacer adiciones

La demanda de electricidad aumenta día a día. Por lo tanto, mientras construye una planta de energía, siempre reserve lugares para futuras expansiones. En lugar de construir una planta de energía completa, es fácil agregar más generadores y conectarlos en paralelo para lograr una mayor demanda de energía.

Debido a estas ventajas, la operación en paralelo del generador es ampliamente utilizada. Como sabemos, los generadores de CC se clasifican en tres tipos;

• Generador de derivación de CC
• Generador serie CC
• Generador compuesto de CC

Hay una diferencia en la conexión de la armadura y el devanado de campo en cada tipo de generador. Por lo tanto, aquí discutimos cómo conectar cada tipo de generador en paralelo.

Operación en paralelo del generador de derivación de CC

Para conectar dos generadores en paralelo, sus terminales positivo y negativo deben estar conectados con los terminales positivo y negativo de la barra colectora. La barra colectora es una barra de cobre pesada y los terminales de la barra colectora actúan como terminales de una planta de energía completa.

El diagrama de conexión de la operación en paralelo del generador de derivación de CC se muestra en la siguiente figura.

Aquí, la armadura del generador 1 está conectada a través de la barra colectora. Y se utiliza para alimentar la carga. Ahora, necesitamos conectar el generador 2 con este sistema. Para eso, necesitamos conectar el generador 2 con la misma polaridad. De lo contrario, se producirá un cortocircuito grave que provocará daños permanentes en los generadores.

Antes de conectar el generador 2, el interruptor S está abierto. Un voltímetro está conectado a través del interruptor. Primero, la armadura del generador 2 se acelera hasta la velocidad nominal del generador. La excitación del generador 2 se cambia hasta que el voltímetro muestra una lectura cero. Cuando muestra una lectura cero, significa que el voltaje del terminal es el mismo que el voltaje de la barra colectora o el voltaje del generador 1.

Por lo tanto, después de cerrar el interruptor S, el generador 2 se conecta en paralelo con el generador 1. Pero el generador 2 no recibe ninguna carga. Porque el EMF inducido del generador 2 es el mismo que el voltaje de la barra colectora. Entonces, no hay corriente para fluir en la misma diferencia de potencial. En esta condición, el generador 2 se conoce como generador flotante en el sistema.

La FEM inducida del generador 2 debe ser mayor que el voltaje de la barra colectora. En esta condición, el generador 2 entrega la carga. La corriente suministrada por el generador 2 es;

Dónde,

• R_a =Resistencia del circuito de armadura
• E =CEM inducido
• V =Voltaje de la barra colectora

La FEM inducida de un nuevo generador se puede controlar controlando el campo. Y al controlar la EMF inducida, podemos controlar la parte de la carga.

Operación en paralelo del generador compuesto de CC

El diagrama de conexión de dos generadores compuestos conectados en paralelo se muestra en la siguiente figura.

El generador compuesto tiene características ascendentes. Por lo tanto, con la ausencia de cualquier dispositivo correctivo, la operación en paralelo de los generadores compuestos de CC es inestable. En el momento del arranque, cada generador toma la misma parte de la carga. Por alguna razón, si la corriente pasa a través del devanado de campo en serie del generador-1 aumenta, lo que fortalece aún más su campo. Esto da como resultado un aumento de su EMF generado y requiere más carga.

En esta operación, asumimos que la carga es constante. Por lo tanto, la parte de la carga del generador-2 se reduce y se debilita su campo en serie. Esto resulta en la caída de su carga. Este efecto es acumulativo Después de algún tiempo, el generador-1 toma toda la carga. Y el generador-2 funciona como un motor. En esta condición, el disyuntor de cualquier generador se disparará y detendrá esta operación.

Para que esta operación sea estable, necesitamos usar cualquier dispositivo correctivo con este sistema. En esta operación en paralelo, la barra ecualizadora está conectada al extremo del inducido de los devanados en serie. La barra ecualizadora es un conductor de baja resistencia. Se utiliza para hacer estable el funcionamiento de los generadores de sobre-compuesto y nivel-compuesto.

Por ejemplo, el generador 1 comienza a tomar más parte de la carga. Y su corriente de campo en serie aumenta. Ahora, esta corriente aumentada pasa a través del devanado de campo en serie del generador-1 y pasa parcialmente a través del devanado de campo en serie del generador-2. Por lo tanto, ambos generadores se ven afectados de la misma manera. De esta manera, el generador 1 no puede tomar una carga completa y el generador 2 no puede dejar toda su carga.

Para mantener un funcionamiento en paralelo adecuado y una distribución equitativa de la carga, la regulación de ambos generadores debe ser la misma y la resistencia del campo en serie debe ser inversamente proporcional a los valores nominales del generador.

Operación en paralelo del generador en serie de CC

El diagrama de conexión de la operación en paralelo de dos generadores de CC en serie es como se muestra en la siguiente figura.

Aquí, consideramos que ambos generadores son idénticos y toman la misma parte de la carga. Pero por alguna razón, la FEM inducida del generador 1 aumenta (E1> E2). En esta condición, la corriente del generador I1 es mayor que I2. Esto da como resultado el fortalecimiento del campo en serie del generador-1. Y el debilitamiento del campo en serie del generador-2.

Este es un proceso acumulativo. Entonces, al final, toda la carga será absorbida por el generador 1 y el generador 2 funciona como un motor. Similar al motor compuesto, este problema se resolverá usando una barra ecualizadora. Y debido a esto, dos máquinas pasan corrientes aproximadamente iguales a la carga.

Reparto de carga del generador de CC

El generador de derivación de CC tiene características de caída leve. Por lo tanto, es el generador más adecuado para un funcionamiento en paralelo estable. Si un generador toma más o menos carga, debido a su tendencia a restaurar la división original de la carga, ambos generadores inmediatamente comparten la carga adecuada.

En una condición de falla, un generador está fuera de servicio y su campo se debilita. En esta condición, se incrementa el campo en serie de otro generador. Por lo tanto, el interruptor está abierto y el generador defectuoso se elimina del sistema. Este método de quitar y conectar el generador hace que el sistema sea confiable y ayuda a evitar golpes y perturbaciones repentinas en el motor principal y en el sistema.

La característica de voltaje del generador de derivación es como se muestra en la figura a continuación.

De la característica anterior, para el mismo voltaje terminal V, el generador 1 entrega corriente I1 y el generador 2 entrega corriente I2. El generador-1 tiene más características de caída y entrega menos corriente. Ambos generadores dividirán la carga por igual en todos los puntos si sus características son similares y tienen la misma caída de voltaje de vacío a plena carga.

Si dos generadores de diferentes clasificaciones de kVA se conectan en paralelo, la carga se comparte de acuerdo con sus clasificaciones. Sus características externas representadas en términos de porcentaje de corriente a plena carga deben ser idénticas a las que se muestran en la siguiente figura.

Por ejemplo, un generador de 100 kVA y otro generador de 200 kVA se conectan en paralelo con una carga de 240 kW. En esta condición, el primer generador compartirá 80 kW y el segundo generador compartirá 160 kW.

La característica combinada de operación se puede dibujar si conocemos la característica individual de cada generador. Los suministros de corriente por cada generador se pueden encontrar en la siguiente figura.

Los resultados anteriores se pueden encontrar mediante un cálculo simple en lugar de una representación gráfica si el generador tiene una línea recta. Ahora, calculamos la porción de carga compartida que tiene un voltaje sin carga desigual.

• E₁ , E₂ =Voltaje sin carga de dos generadores
• R₂ , R₂ =Resistencia de armadura
• V =voltaje terminal común

De la ecuación anterior, podemos ver que el voltaje de la barra colectora se puede mantener constante aumentando Φ₂ o N₂ o reduciendo N₁ o Φ1. N₂ y N₁ se cambian cambiando la velocidad de los motores de conducción y Φ₁ y Φ₂ se puede controlar usando resistencias de campo de derivación.