3. ANALOGÍA ENTRE UN GENERADOR Y LAS PIRÁMIDES DE EGIPTO
3.1. La inercia de la red eléctrica
3.2. Como sincronizar un generador para llegar a la pirámide del faraón
3.2. Como sincronizar un generador para llegar a la pirámide del faraón
3.3. Arranque de una turbina de gas
3. ANALOGÍA ENTRE UN GENERADOR Y LAS PIRÁMIDES DE EGIPTO
3.1. La inercia de la red eléctrica
¿Por qué si le soplamos más vapor a la turbina, la turbina no gira más rápido?
¿Qué impide al generador ir más rápido que la frecuencia de la red?
Para resolver estas preguntas y entender mejor como se conecta un generador a la red eléctrica, podemos utilizar como analogía, la construcción de una pirámide.
Pensemos que por un momento, la red eléctrica es una de esas grandes piedras, con las que se construía las pirámides y los esclavos, son generadores de energía eléctrica.
Un grupo de esclavos (generadores), están empujando una piedra (la red eléctrica) para llevarla hasta la pirámide.
La piedra se mueve a una velocidad "x" y los esclavos que arrastran la piedra van todos sincronizados a la misma velocidad "x".
El capataz de los esclavos se encarga de mantener la velocidad constante y si uno de los esclavos empuja poco se ocupa de que otro de ellos empuje más.
Eso mismo, le pasa a un generador cuando está sincronizado con la red. Al solo ser una pequeña parte del sistema, solo no podrá variar la frecuencia de la red (la oscilación de la onda). El generador cuando está conectado a la red, girará a la velocidad que le marque la red. Y si algún generador genera más de lo estipulado, siempre hay algunos generadores que se encarguen de regular la frecuencia de la red y disminuyen su aportación a la red.
Pero pese a ir a la misma velocidad, el generador al igual que el esclavo, puede ayudar al sistema eléctrico aportando más o menos energía.
Por otro lado, si un esclavo le da por no empujar la piedra, se quedaría colgado de la cuerda y será el esfuerzo del resto lo que movería al esclavo y a la piedra, la carga más el peso del esclavo se repartiría para el resto de esclavos. De forma análoga, un generador que deje de aportar energía pasa a estar motorizado y ser movido por la red.
3.2. Como sincronizar un generador para llegar a la pirámide del faraón
Para sincronizar un generador en la red o un esclavo ayudar al resto harán algo parecido.
El esclavo empezara a caminar solo hacia los demás.
Una vez cerca buscará un hueco para colocarse. El esclavo se pondrá a lado de su hueco y intentará ir a la misma velocidad que los demás (la velocidad de la piedra)
Cuando el esclavo esté en su hueco y vaya a la misma velocidad que los demás, se cogerá a la cuerda y dejará de controlar su velocidad y empujará la roca todo lo que pueda.
Por su lado el generador hará algo parecido, se pondrá a dar vueltas desenganchado de la red, haciendo un control de velocidad (abriendo o cerrando la válvulas la válvula de control de turbina) e intentando ir a la misma velocidad que la red pero sin engancharse a ella todavía.
Cuando esté a la misma velocidad (frecuencia) que la red (regulando el caudal de vapor con la válvula a la entrada de la turbina), debe de ponerse en fase con la red (para ello jugará con la velocidad de giro de la turbina, mientras no esté sincronizado).
De forma simultánea, mientras el generador esté desenganchado, con el control de la excitación del rotor del generador, se igualará el nivel de tensión del generador con el de la red.
Y cuando vaya a la misma frecuencia, este en fase y los niveles de tensión sean iguales a la red podremos cerrar el interruptor de generación y sincronizar.
Una vez el generador esté sincronizado con la red eléctrica, el lazo de control de la válvula de la turbina (GOVERNOR) dejará de regular la velocidad y pasará a controlar la potencia activa generada. Por otro lado, el lazo de control de la excitación del generador (AVR) dejara de controlar la tensión y pasará a controlar el factor de potencia (Reactiva).
Por último si un esclavo pudiera mover el solo la piedra, bien sea porque tuviera mucha fuerza o porque la piedra fuera muy pequeña. Para llevar la piedra hasta la pirámide ya no le basta con empujar todo lo que pueda, ahora tendrá que controlar su velocidad porque de lo contrarío se podría embalar.
Por último si un esclavo pudiera mover el solo la piedra, bien sea porque tuviera mucha fuerza o porque la piedra fuera muy pequeña. Para llevar la piedra hasta la pirámide ya no le basta con empujar todo lo que pueda, ahora tendrá que controlar su velocidad porque de lo contrarío se podría embalar.
De forma análoga, cuando un generador está conectado a la red y es el único generador (modo isla) o tiene mucha más potencia que el resto, tendrá que vigilar constantemente su velocidad de giro para no embalarse y en consecuencia subir la frecuencia de la red.
En este caso el lazo de control de la válvula de turbina (GOVERNOR) se mantendrá regulando la velocidad. Y el lazo de control de la excitación se mantendrá vigilando la tensión.
3.3. Arranque de una turbina de gas
Una turbina de gas acoplada a un generador síncrono (al igual que la turbina de vapor), girará de forma solidaría al eje del generador donde esté acoplada, (y al igual que la turbina de vapor) cuando está enganchada con un generador síncrono, la velocidad de giro de la turbina de gas, será proporcional a la frecuencia de la red (siguiendo los mismo principios antes explicados).Pero una de las diferencias entre el arranque de una turbina de gas y de una turbina de vapor, es que durante el arranque de la turbina de vapor, abríamos poco a poco la válvula de vapor, que hacía empezar a girar poco a poco la turbina hasta alcanzar la velocidad de sincronismo.
Sin embargo, en el caso de la turbina de gas, no hay válvula de vapor. En este caso controlamos la velocidad durante el arranque con los quemadores de gas aportando más o menos combustible y aire.
Pero hay un problema añadido. En una turbina de gas, necesitamos una velocidad mínima de giro, para poder encender los quemadores y adquirir después la velocidad de sincronismo. Esta velocidad mínima en turbinas de gas pequeñas, se consigue con un pequeño motor acoplado al eje, que se usará durante el arranque, para empezar a mover la turbina hasta alcanzar la velocidad mínima de encendido de los quemadores.
En las turbinas de mayor tamaño, en lugar de un motor de arranque, lo que se hace es motorizar directamente el generador a través de un variador de frecuencia.
Regulando la frecuencia en el variador se comenzará a girar poco a poca la turbina hasta alcanzar la velocidad mínima requerida para encender los quemadores.
Nota: Si ya ha asimilado los conceptos expuestos en este artículo, le recomendamos que pase a la siguiente a la tercera parte donde se explica que es el control primario, secundario y terciario. "Pulsar aquí Para ver -parte 3-"
Julio C. Fernández Losa 11/08/2015
Con la colaboración de Javier Escalonilla 21/08/2015
Con la colaboración de Javier Escalonilla 21/08/2015
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a:
InstrumentacionHoy@gmail.com
Siempre he querido descubrir el funcionamiento de los generadores de gasolina, muchas gracias por el articulo
ResponderEliminar:)
EliminarSiempre he querido descubrir el funcionamiento de los generadores de gasolina, muchas gracias por el articulo
ResponderEliminarComo curiosidad, indicar qué: El equipo que en última instancia habilita el cierre del interruptor de generación, es el sincronizador (equipo puramente eléctrico). Si durante el arranque de un equipo que vamos a sincronizar con la red, el control de velocidad fuera perfecto. Logrando que el equipo gire a exactamente la misma velocidad que la red. Es posible que el sincronizador, nunca nos permita cerrar el interruptor de generación, y sincronizar, al no llegar a estar en fase ambos.
ResponderEliminarCuando una turbina alcanza una velocidad muy similar a la red, no podrán sincronizarse aún hasta que la señal generada no esté en fase con la red (quiere decir que las ondas esté subiendo y bajando a la vez). Pero como ambas van a una velocidad un poquito diferente, llega un momento que una pilla a la otra y durante un breve instante se ponen en fase (y ese será el momento en el que el sincronizador nos dará permisivo de sincronizar). Pero si ambas curvas, fueran exactamente a la misma velocidad, no se podrían poner en fase (porq ninguna adelanta a la otra).
Por último indicar que en el control de velocidad de un generador se suele utilizar sensores inductivos y una rueda dentada. Pero quizás lo mejor es utilizar la medida de frecuencia eléctrica.