| Electricidad avanzada ENTREGA 2 Pruebas de circuito abierto y cortocircuito en los generadores sincrónicos “Los generadores son accionados por turbinas, ruedas hidráulicas y motores diesel u otros tipos de motores principales. Cuando se produce un cortocircuito en el sistema accionado por un generador, el generador sigue para producir tensión en los terminales del generador como la excitación del campo se mantiene y el primer motor acciona el generador a velocidad normal.” Elaborado por Sergio Tirado V Xds= a Ia Equivalente y Diagrama Fasorial) Un generador sincrónico trifásico de 36KVA, 220/380V, 50Hz, 1000rpm, cuya resistencia de inducido vale 0,19 W y su IN=52,1A. Se ensaya en vacío y cortocircuito, obteniendo los resultados de la tabla 1 y la figura 2. Según la ecuación anterior, la reacción no saturada de eje directo Xds se obtiene tomando el voltaje nominal de armadura Va de la curva característica de circuito abierto para una corriente de campo If y la corriente de armadura Ia de la curva de característica de cortocircuito, para esta misma corriente If (figura 1). Ejemplo de la prueba de circuito abierto y cortocircuito. (Circuito Iex (A) V0 (V) Icc (A) Va Ia curva de vacío curva de cortocircuito Va voltaje de armadura mando el valor de corriente de campo IIque corresponde a la corriente nomiFS nal de armadura Ia en la curva de cortocircuito y la corriente de campo que corresponde al voltaje nominal de armadura IFG de la curva de vacío. corriente de armadura Relación de cortocircuito y circuito abierto Con la prueba de vacío y cortocircuito se pueden determinar las reactancias saturadas de eje directo Xds y la reacción no saturada de eje directo Xd. Para determinar las reactancias saturadas de eje directo Xds se utiliza la siguiente ecuación: Ia If If corriente nominal de campo Figura 1 0 48 1.0 88 1.5 126 2.0 163 2.5 196 3.0 224 3.5 245 4.0 260 8 15.1 23.5 31.5 40.0 47.5 55.0 63.0 5.8 280 Tabla 1 Para determinar la reactancia saturada de eje directo Xd se parte de la característica de saturación de vacío y de la característica en cortocircuito tal como se muestra en la siguiente ecuación: Xd= IFSI IFG Según la ecuación anterior, la reactancia saturada de eje directo Xd se obtiene to- a.Trazar a escala las curvas de vacío y de cortocircuito. b.Calcular la impedancia sincrónica Zs y trazar la curva correspondiente. c.Calcular la relación de cortocircuito saturada y no saturada. d.Calcular las impedancias y reactancias sincrónicas saturada y no saturada nominales. e.Calcular la regulación para cosφ = 0,8. Ecuación de Zs: Zs= E0 Icc Relación de Cortocircuito: Impedancia y reactancia sincrónica I (U ) RCCNS= exc N.VACIO Iexc (UN.VACIO) 38 | RCCNS= 2,65 3,75 Iavanzada exc (UN.VACIO) | Electricidad RCC NS= I exc (UN.VACIO) 2,65 3,75 RCCNS= 2,95 3,75 RCCNS= 0,786 Impedancia y reactancia sincrónica 1 RCCNS Xsd.NS= 1 0,706 Xsd.NS= 1,4164 (pu) 1 Xsd.NS= RCCS E0 (V) RCCNS= 0,706 Xsd.NS= Icc (A) E0 (V) 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 50 40 30 20 10 0,0 1,0 1,5 2,0 2,5 Iex (A) Zs.s= Xn= 220 = 52,1 Xn= 4,22Ω Regulación para cosφ = 0,8. 40 | 0 5,8 E0= (220 • 0,8 + 0,19 • 52,1)2+ (220 • 0,6 + 4,22 • 52,1)2 Ensayo de vacío V Llave de corte Autotransformador Zs.s= 1,2863 (pu) UN IN 4,0 E0= U.cos φ + Rt. lt)2 + (U.senφ + XN.lt)2 ε%= 98 % 0,192 + 1,27222 3,5 Figura 2 Xsd.NS= 1,2722 (pu) R2 + X2 3,0 Nota: La escala de Zs es un décimo de la de Icc. 1 Xsd.NS= 0786 Zs.s= 70 60 E0= 398,12 V E -U 398,12 - 220 ε%= oU N = 220 N Nota: Ya que la resistencia provoca sólo un 1 ó 2% de las caídas de tensión, frente al 12 a 18% de caída de tensión que provoca la reactancia inductiva, es que se desprecia. De esta forma la impedancia sincrónica queda: Zs % Icc (A) RCCNS= A Rectificadora La tabla 2, 3 y las figuras 3, 4 y 5 son valores obtenidos en sentido ascendente sualiza en la intersección de ambas curvas, como vemos en la figura 6. La combinación de ambas curvas nos determina el punto de trabajo. Que se vi- Conclusión Los generadores son accionados por tur- | Electricidad avanzada E0 (V) 0 1 1,5 2 2,2 2,4 2,6 2,95 3,45 0 90 130 160 176 188 200 220 240 250 200 150 E0 Iex (A) 100 50 00 Tabla 2 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Corriente de Excitación 4 Figura 3 Ensayo de cortocircuito Llave de corte Xq Xd Ri Autotransformador A2 C.C. C.A. A1 Rectificadora Figura 4 IR (A) Is (A) Promedio de Corrientes 0 0,5 1 0 8,2 15,5 0 8,5 15,5 0 8,35 15,5 Tabla 3 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Corriente de fase Iex (A) 0 0,25 0,5 0,75 Corriente de Excitación 1 Figura 5 E0 (V) 240 Ic (A) 120 220 200 100 180 80 140 120 60 100 80 40 60 40 20 20 0 0,0 Figura 6 42 | 1,0 1,5 2,0 2,2 Iex (A) 2,4 2,6 3,0 0 3,5 Ic (A) E0 (V) 160 binas, ruedas hidráulicas y motores diesel u otros tipos de motores principales. Cuando se produce un cortocircuito en el sistema accionado por un generador, el generador sigue para producir tensión en los terminales del generador como la excitación del campo se mantiene y el primer motor acciona el generador a velocidad normal. El voltaje generado produce un flujo de magnitud gran falla corriente desde el generador a la corriente de cortocircuito. El flujo de corriente de defecto está limitado solamente por la impedancia del generador y la impedancia del circuito entre el generador y el circuito corto. En el caso de un cortocircuito en los terminales del generador, la corriente de defecto está limitada por la impedancia del generador solamente. La curva de saturación de circuito abierto se obtiene cuando se conduce el GS a la velocidad nominal, en circuito abierto, y la adquisición de la tensión del terminal GS, la frecuencia y la corriente de campo. El núcleo agregado, la fricción y las pérdidas de fricción con el aire se pueden medir como la potencia de entrada para cada lectura de la tensión de circuito abierto nivel. A medida que la velocidad se mantiene constante, las pérdidas de fricción con el aire y la fricción son constantes. Sólo las pérdidas en el núcleo aumentan aproximadamente con el voltaje al cuadrado. La curva de saturación de cortocircuito se obtiene cuando el generador sincrónico es accionado a velocidad nominal con inducido en cortocircuito, mientras que la adquisición del estator y el campo valores corrientes deben leerse en nominal 25%, 50%, 75% y 100%. Los datos en un 125% la corriente nominal debe ser dada por el fabricante, para evitar el sobrecalentamiento del estator. Los puntos de alta corriente se deben tomar primero para que la temperatura durante la prueba se mantenga casi constante. La curva de saturación de cortocircuito es una línea más recta, porque la máquina está insaturado en el estado de equilibrio de cortocircuito