parte 2 del curso de capacitacion carbon avr

1. CURSO DE CAPACITACION
SISTEMA DE EXCITACIÓN
SEPAC
REGULADOR AUTOMATICO DE VOLTAJE
RAV 1111 3P 770K / 680
MODERNIZACIÓN
SESIÓN 2

2. LIMITADORES Y
ESTABILIZADORES

3. El generador síncrono debe operar dentro de:
-Límites de capacidad
-Límites térmicos
-Límites de estabilidad

4. Límites de capacidad de los generadores:
-Límite de corriente del estator
-Límite de corriente del rotor
-Límite de potencia reactiva
Parámetro importante para
estudios de flujo de potencia

5. Curva de capabilidad
Nos indica los límites
máximos y mínimos
de potencia reactiva
en función del factor
de potencia y la
potencia activa de la
máquina

6. Límites térmicos
-Límite térmico del estator (devanado y
núcleo)
-Límite térmico del rotor
-En función de las corrientes

7. Límites de estabilidad (Pérdida de sincronismo)
1.- Debilitamiento de la red de transmisión (p.e. cortes de líneas)
2.- Incremento de la potencia transmitida (incremento de la característica par
mecánico- ángulo de carga )
El ángulo de carga se refiere al incremento en el torque mecánico con respecto
al torque electromagnético interno (i.e. aceleración electromecánica)
3.- Pérdida de excitación (decremento significativo de la fuerza electromotriz
interna)
Durante una pérdida de excitación la corriente en el rotor decrementa
exponencialmente.
La fuerza electromotriz interna y la relación electromagnética entre el estator y
rotor decrece

8. Una pérdida de excitación puede presentarse por:
-Disparo accidental de interruptor de campo.
-Corto circuito en las corrientes de campo.
-Deficiente contacto en las escobillas del excitador o generador.
-Falla mecánica o eléctrica en el interruptor de campo.
-Pérdida de alimentación a los circuitos componentes del sistema de excitación.
-Falla interna en el sistema de excitación (eléctrico, electrónico, etc.).

9. Característica Potencia – Angulo con relación a diferentes valores de excitación
Ángulo de carga actual
Límite operativo 90°
Al pasar los 90°
se produce un
desbalance.
Pm> Pe

10. Característica Potencia – Angulo con relación a diferentes valores de excitación
Eg= voltaje interno
Es = voltaje del bus
X = reactancia externa
d = ángulo del rotor (ángulo entre Eg y Es)
El ángulo se incrementa si hay un incremento en la potencia transmitida, o por otro
lado si debido a la baja excitación la característica potencia – ángulo disminuye

11. Un buen control en la excitación permite:
- Mantener al generador en condiciones de estabilidad a través de su área de
transmission de potencia.
- Asegurar suficiente estabilidad dinámica y amortiguamiento ante oscilaciones de
potencia debido a fallas en la red o cambios como conexión /desconexión de cargas.
Para asegurar estos requerimientos a la parte de regulación de voltaje (objetivo
primario) se integran los diferentes limitadores, compensadores y controles
suplementarios.

12. Limitador de máxima excitación (OEL)
– Supervisa la máxima corriente de campo para adaptarla a
las características térmicas de tiempo inverso del rotor.
– Opera desde cero hasta alcanzar el factor de potencia
nominal en la región de sobrexcitación (VAR’a saliendo )
– Protege en contra del calentamiento del rotor

13. Durante condiciones normales el OEL puede entrar en operación cuando:
-Ocurre un fuerte transitorio del lado de la RED
-Abatimiento brusco de voltaje en terminales (ocasionando que se incremente
inmediatamente la excitación más allá de la capacidad térmica del devanado de
campo) . De manera transitoria
El OEL actuará para impedir que el generador opere mas allá del tiempo permisible
dentro de los límites mas allá de su capacidad
Durante condiciones anormales el OEL puede entrar en operación cuando:
-Ocurre alguna falla en las señales de retroalimentación provocando que la demanda
de ángulo se incremente sin control.
-Por operación manual al incrementar el voltaje de excitación mediante el mando de
subir.

14. Características térmicas del devanado de campo
El bobinado de campo del generador debe ser capaz de operar a un 125% del voltaje de campo
para condiciones de carga nominal, por un tiempo mínimo de un minuto con temperaturas
estabilizadas para condiciones nominales.
El voltaje de campo permisible para tiempos superiores a 120 segundos, basado en similares
incrementos de almacenamiento de calor, será:
Tiempo (s) 10 30 60 120
Voltaje de campo (%) 208 146 125 112

15. Característica de Tensión de excitación tiempo para generadores de rotor
cilíndrico, según norma ANSI C.50-13 1965.

16. Ejemplo de curvas de
ajuste del OEL y OXP
de una unidad
generadora de
300MW, 20.0 KV,
0.9F.P., 60.0 Hz.

17. Modelo IEEE

18. Limitador de mínima excitación (MEL)
Cuando un generador síncrono pierde totalmente su campo de excitación y si el
sistema al cual se halla sincronizado es lo suficientemente grande para proveer
esta deficiencia en excitación a través de la armadura, la máquina operará como
un generador de inducción, absorbiendo potencia reactiva del sistema y
proporcionando esencialmente la misma potencia activa que antes de la
ocurrencia de la falla.
-En un generador síncrono, la forma de onda del voltaje generado se
sincroniza con la velocidad del rotor.
-En caso de generadores de inducción, la frecuencia del voltaje está
regulada por el sistema de energía al que está conectado el generador de
inducción.
-Se requiere un sistema de excitación de CC separado en un alternador
(generador síncrono)

19. Limitador de mínima excitación (MEL)
-Se requiere un sistema de excitación separado en un generador
síncrono.
-El generador de inducción toma potencia reactiva del sistema de
potencia para la excitación de campo.
El limitador de mínima excitación tiene por objeto mantener la excitación de la
máquina por encima de una característica predeterminada de impedancia, que a
su vez puede ser trasladada al diagrama P-Q como una característica circular
en VA, de manera de prevenir a la máquina de alcanzar condiciones de
subexcitación que podrían hacer peligrar su sincronía con el sistema.

21. A-B
Con la unidad operando en el punto A, asuma un incremento en la potencia activa
entregada como consecuencia de un incremento del ajuste del gobernador o bien por
efecto de la regulación primaria llevada a cabo por el regulador de velocidad. De esta
manera el citado punto de operación se trasladará por la línea A-B atravesando el límite
de estabilidad en el punto B’.
A-C
A partir del mismo punto de operación (A) considérese un incremento en
el voltaje del sistema, tal incremento ocasionará que la máquina absorba una
mayor cantidad de voltamperes reactivos, trasladándose así el punto de operación
a lo largo de la línea A-C con la consecuente pérdida de sincronización en el punto
C’.

22. A-C’’
Una última condición puede presentarse como consecuencia de un
proceso de diminución en el voltaje terminal de la unidad por medio del operador.
Bajo esta condición el punto de operación se trasladará igualmente por la línea AC,
produciéndose la pérdida de sincronismo en el punto C” en virtud de haberse reducido
el límite de estabilidad de estado estable.

23. Limitador de minima excitación (MEL)
– Confina la salida del generador dentro de los limites de la curva de capabilidad
conforme se aproxima a los límites de la estabilidad dinámica. (previene la
pérdida de excitación)
– Opera desde cero hasta el factor de potencia máximo permitido en la zona de
desexcitación (VAR’s entrando )
– Protege contra el calentamiento de las bobinas del estator .

25. Modelo SEPAC, característica circular.

26. Limitador V/HZ
Este limitador tiene como objeto mantener constante la relación Volts /
Hertz una vez que esta haya alcanzado un valor máximo preestablecido (1.07-
1.1 P. U. ). La señal de referencia es calculada y escalada a partir de la señal de
voltaje y frecuencia obtenida por el módulo de adquisición de TPs y TCs (PSM) del
equipo.
Además, permite limitar la sobre excitación de la unidad en vacío, sin
embargo, su función principal es la de limitar la corriente de excitación en
caso de disminuir la velocidad de la turbina (disparo de turbina con
quebradora de campo conectada) para no sobrecalentar el rotor de la
máquina o los circuitos involucrados.

27. Limitador V/HZ
Este limitador convierte el sistema de excitación en un regulador de flujo
magnético.
Al mantener la relación Volts / Hertz constante, se mantiene el flujo constante
puesto que la relación Volts / Hertz es directamente proporcional al flujo interno
de la unidad.
Voltaje inducido en un generador:

28. Limitador V/HZ

29. Limitador V/HZ Disparo

30. Limitador de corriente de estator.
-Altas corrientes en el estator pueden producirse por variaciones en el voltaje del
sistema externo.
-Evitan sobrecalentamientos en el estator
-Opera dentro de la curva de capabilidad.
- Opera ya sea en la region de sobreexcitación o subexcitación

34. EFECTOS DEL SISTEMA DE EXCITACIÓN EN LA ESTABILIDAD DINÁMICA
Caso 1. Generador con excitación a través de un reóstato
Para este caso no se consideran los efectos de un regulador actuando de manera
continua, y de la ecuación de oscilación del generador
M
E
b
b
b
b
T
T
dt
d
D
dt
d
M
−
=
+








+
δ
ω
δ
ω 2
2

35. componentes del
torque eléctrico

36. Caso 2. Generador con excitación a través de un regulador automático de
voltaje
En este caso se toman en cuenta los efectos de un regulador actuando de
manera continua sobre la excitación, sumando así una componente de torque
eléctrico al esquema anterior

39. Caso 3. Generador con excitación a través de un regulador automático de voltaje +
PSS
Con la inclusión del PSS se pueden extender los límites de estabilidad (dinámica)
modulando la excitación del generador permitiendo así incrementar el amortiguamiento
a las frecuencias de oscilación de los rotores. El PSS produce una componente del par
eléctrico en fase con las variaciones de velocidad

40. El PSS modula la
excitación
contribuyendo al
par eléctrico con
una componente en
fase con la
velocidad del rotor.

41. Proceso de excitación