El motivo por el cual los generadores
sincronos se conectan en paralelo es que a medida que incrementan las
necesidades de carga, se requiere generar más energía eléctrica y la forma en
que se puede ir incrementando la generación es conectar más generadores
síncronos en paralelo. Además los generadores síncronos a excepción del
acoplamiento mecánico, ellos ordinariamente no pueden operar en serie, son
estables solamente cuando operan en paralelo. Si uno de los generadores
conectados en paralelo adelanta su propia fase respecto a otro, más carga es
automáticamente manejada por este. Al mismo tiempo el otro generador, retarda
su propia fase cediendo alguna de su carga. El resultado es que el generador que
maneja más carga pierde velocidad, pero el que la cede la aumenta su velocidad
hasta que la relación de fase propia es restablecida. Este cambio de carga
entre los dos generadores en paralelo es equivalente a la transferencia de
energía de uno a otro. No obstante es algunas veces convenientes considerar el
cambio de carga como un intercambio de energía ya que la transferencia real de
energía no se lleva a cabo, excepto cuando la carga en el sistema es cero o
cuando la carga en un generador es menor que el cambio requerido en su carga
para restablecer el sincronismo.
Las condiciones ideales de operación para los generadores
sincronos en paralelo son tener sus KVA´s de salida proporcionales a sus rangos
de KVA y tener sus corrientes de salida en fase una con otra y por consiguiente
en fase con al corriente de carga. Bajo estas condiciones la corriente
resultante entregada a la carga por los generadores sincronos en paralelo es
igual a la suma aritmética de las corrientes de salida de los generadores
individuales.
las condiciones bajo las cuales los generadores sincronos
pueden operar satisfactoriamente en paralelo, son tan limitadas como para los
transformadores en paralelo. Cuando llos transformadores operan en paralelo,
son conectados en paralelo tanto en el lado primario como el secundario. Todos
los voltajes del primario y secundario deben ser iguales en magnitud y fase,
bajo estas condiciones las salidas relativas de los transformadores y los
factores de potencia a los cuales operan son fijados por las constantes de los
transformadores. Cuando los generadores sincronos están en paralelo, sus
voltajes en terminales son iguales y están en fase ,estos voltajes corresponden
a los del secundario de los transformadores, no obstante que los voltajes de
excitación de los generadores corresponden a los voltajes del primario de los
transformadores, los voltajes no necesitan ser iguales en magnitud y fase.
Ellos pueden ser ajustados en magnitud y fase, cambiando la cantidad relativa
de potencia dada a los generadores y al mismo tiempo cambiando sus excitaciones
relativas. De este modo los generadores sincronos pueden dividir los Kw de
carga en cualquier modo deseado y operar a cualquier factor de potencia
deseado.
Para que un generador sincrono pueda conectarse en paralelo
con otros ya funcionando se requiere que el generador entrante cumpla con los
siguientes requisitos:
1. Igual secuencia de fases en los
voltajes de generación.
Esto significa que la secuencia de fases en los voltajes de
generación en el generador entrante debe ser igual a la del bus al cual se va a
conectar. Para verificar esto se necesita un secuencímetro.
2. Que la velocidad del generador entrante
corresponda exactamente con al frecuencia del sistema al que se va a conectar.
En realidad en el instante de conectar las frecuencias del
generador entrante y la del bus, no pueden ser iguales, ya que de otra manera
no podría verse en instante de correspondencia de fases. En virtud de que el
generador entrante, va conectarse para contribuir con el sistema, la frecuencia
del generador entrante debe ser ligeramente mayor que la del bus ( 1/3 de ciclo
aprox. ), para que en el instante que se conecte empiece a manejar parte de la
potencia activa y ya conectado entonces sí, las frecuencias se igualan.
1. La tensión del generador entrante debe
ser numéricamente igual a la del bus ( sistema en los bornes en que efectúe la
conexión ).
2. Debe existir correspondencia de fases (
momento en que debe cerrarse el interruptor que conecta al generador entrante
).
La correspondencia de fases significa:
que si los voltajes del bus en cada una de sus fases tienen un valor
determinado, los voltajes del generador entrante en cada una de sus fases debe
tener el mismo valor, en pocas palabras entre sus terminales que se conectan no
debe existir diferencia de potencial.
para checar correspondencia de fases existen en forma
práctica varios métodos los usuales son los siguientes:
1. Lamparas de sincronización.- Una
antigua forma de indicador de sincronismo, que todavía se utiliza algunas
veces, exige el empleo de lamparas incandescentes conectadas de manera tal que
un evento especifico de encendido o apagado de las lamparas se presente solo
una vez y este corresponda al instante de correspondencia de fases y señale así
el instante en el cual debe cerrarse el interruptor.
a).- método de lamparas abiertas:
Como podrá observarse el instante de sincronismo
corresponderá al instante cuando la lampara 1 y 2 están apagadas. Debe tenerse
cuidado antes de operar estas lamparas para sincronización, debe checarse el
buen estado de ellas.
b).- Método de lamparas cruzadas:
En el instante de sincronismo ambas
lamparas 1 y 2 encendidas al voltaje de línea.
c).- Método de Siemens haslke:
2. Uso de Sincronoscopio. El sincronizador
lincoln ha sustituido casi totalmente el empleo de las lamparas de
sincronización, aunque en algunas ocasiones se utilizan las dos conjuntamente.
El Sincronoscopio consiste en un pequeño motor bipolar, cuya estructura
laminada del campo es excitada desde las barras colectoras ( bus ) a una
frecuencia f1 = w/2p, a través de una resistencia Rf,
que es lo suficientemente grande para tener la seguridad que la corriente de
excitación estará en fase con la tensión aplicada V.
El inducido tiene dos devanados R y X en cuadratura
alimentados desde el generador entrante cuya frecuencia f2 =w´/2p, y tensión V´ pueden ser mayor o
menores que la del bus. Un devanado esta en serie, mediante anillos de
contacto, con una resistencia no inductiva R y el otro esta en serie, mediante
anillos de contacto, con una resistencia no inductiva R y el otro esta en serie
con una reactancia X de valor tal, que las corrientes en los devanados están
muy próximas a cuadratura de tiempo y sus fmm´s eficaces son iguales; en otras
palabras, la corriente en el devanado X se atrasa con respecto a V´en casi 90º.
Se supone que la tensión inducida en bobinas del inducido R y X por la
alternancia del flujo de excitación es despreciable y que la tensión inducida
en F por los flujos debidos a los devanados R y X es también despreciables.
De acuerdo con estas hipótesis es posible considerar
independientemente el par que actúa sobre la bobina R debido a la reacción
entre su corriente y el flujo establecido por el campo F y el correspondiente
par que actúa sobre la bobina X debido a su reacción con la bobina F. La
corriente en la bobina R esta en fase con V´ y el flujo debido a F esta en fase
con V. Mientras que el generador entrante esta adquiriendo velocidad, el ángulo
de fase entre V y V´esta variando constantemente, si este ángulo d, en el
instante en que los ejes de los devanados R y F están desplegados mecánicamente
por el ángulo q, el par que actúa sobre la bobina R es:
TR =
K Sen q Cos d´
