aplicacione del control en una hidroelectrica

8/12/2019 Aplicacione Del Control en Una Hidroelectrica

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Universidad de Costa RicaFacultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera ElctricaDepartamento de Automtica

IE 431 Sistemas de Control

MONOGRAFA

Aplicacin de los sistemas de control en una plantageneradora hidroelctrica

GRUPO: 002

INTEGRANTES: Alexnder LpezFrancisco RodrguezPablo Dompe

PERIODO: 2 Semestre de 2003


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IE-431 Aplicacin de los sistemas de control en una planta generadora hidroelctrica

Grupo 002 2 Semestre de 2003

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TABLA DE CONTENIDO

1.0 Introduccin ............................................................................................... 2

2.0 Plantas hidroelctricas (Generalidades) ................................................... 3

2.1 Esquema de la obra ......................................................................................................... 32.1.1 Embalse o ro .......................................................................................................... 32.1.2 Obras de conduccin............................................................................................... 42.1.3 Tanques de oscilacin ............................................................................................. 42.1.4 Tuberas de alta presin .......................................................................................... 42.1.5 Casa de mquinas.................................................................................................... 52.1.6 Obras de desfogue................................................................................................... 62.1.7 Subestacin adjunta ................................................................................................ 62.1.8 Lneas de transmisin ............................................................................................. 72.1.9 Turbinas .................................................................................................................. 72.1.10 Generadores ............................................................................................................ 9

2.2 Requerimientos en los sistemas de Potencia................................................................... 93.0 Sistemas de control en una central hidroelctrica.................................. 10

3.1 Importancia del control en la central ............................................................................ 103.2 Algunas deficiones importantes acerca del control automtico.................................... 113.3 Regulador de velocidad................................................................................................. 12

3.3.1 Regulacin de la velocidad por medio del caudal de agua en la turbina.............. 133.3.2 Regulacin de la velocidad por medio de la regulacin de carga......................... 19

3.4 Regulador automtico de voltaje (AVR) ...................................................................... 273.4.1 Regulador automtico de tensin (AVR) Electrnico .......................................... 283.4.2 Regulador automtico de tensin (AVR) compuesto ........................................... 32

3.5 Estabilizador de sistemas de potencia (PSS) ................................................................ 343.6 Anlisis matemtico de los diferentes dispositivos de control ..................................... 36

3.7 Acciones de mantenimiento en reguladores ................................................................. 473.8 Consideraciones finales sobre los sistemas de control en la central ............................. 484.0 Conclusiones............................................................................................. 51

5.0 Bibliografa............................................................................................... 51

6.0 Apndices.................................................................................................. 53


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1.0 IntroduccinEl presente trabajo esta enfocado en las aplicaciones de los sistemas de control

automtico en las plantas de generacin hidroelctrica. Se expondrn los componentesprincipales de las plantas hidroelctricas y las variables a controlar a fin de mantener el sistemasoperando de la forma ms optima posible; se har una breve descripcin de los sistemas decontrol para cada variable controlada, as como una explicacin de la teora relacionada con ellosy su disposicin e interaccin en la planta como un conjunto.

Se har un especial nfasis en los sistemas de control del voltaje de salida, as como la

frecuencia, en esta seccin se har una explicacin del funcionamiento terico de los reguladoresde velocidad, de voltaje y el estabilizador de sistemas de potencia; se mostrarn algunosesquemas de reguladores tpicos y se explicar su funcionamiento y caractersticas particulares,finalmente se mencionarn algunos fabricantes de los mismos y se harn comparaciones entre losdiferentes dispositivos y tcnicas de regulacin.

Se har alguna mencin de los dispositivos de proteccin automticos de la planta comorels de sobrevoltaje, de sobrecorriente, etc; as como los sincronizadores automticos, rels desecuencia de fase y otros.

Finalmente en los apndices se mostrarn algunas tablas y fichas tcnicas de losdispositivos en cuestin.


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2.0 Plantas hidroelctricas (Generalidades)2.1 Esquema de la obra

Una planta hidroelctrica est constituida por diversidad de componentes entre los cualesse pueden mencionar: un embalse (tipo acumulativo) o un ro (planta a filo de agua), obras deconduccin (canales abiertos o tuberas a presin), tanques de oscilacin, tuberas de alta presin,casa de mquinas, turbinas, generadores, tuberas de desfogue, centro de control, controladores,etc.

Dentro de este grupo slo se har una mencin rpida de los primeros elementos y se

focalizar la atencin en el estudio de los dispositivos de control.

2.1.1 Embalse o ro

En el caso de tratarse de una planta de gran tamao es necesario la construccin de unembalse para la acumulacin del agua; en el caso de plantas pequeas no siempre es necesaria lacontruccin de dicha obra, bien podran operar con el caudal directo de un ro, esta operacin seconoce como a planta a filo de agua.

Figura N 1 Represa ubicada en el curso medio del Ro Tajo, Espaa


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2.1.6 Obras de desfogueEstn constituidas por los conductos que llevan el agua desde las turbinas hacia el

exterior; por lo general estos conductos terminan en una zona que forma un estanque decaptacin, y luego continan su cauce normal aguas abajo.

Figura N 5 Tanque de captacin, Planta Hidroelctrica Arenal, Costa Rica

2.1.7 Subestacin adjuntaLa salida de potencia elctrica de los generadores es llevada a una subestacin donde se

eleva el voltaje hasta el nivel deseado para la transmisin a fin de reducir las prdidas en laslneas.

Figura N 6 - Subestacin adjunta, Planta hidroelctrica Arenal, Costa Rica


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2.1.8 Lneas de transmisinFinalmente la subestacin se conecta a las lneas de transmisin y la potencia es

distribuida al resto del circuito.

Figura N 7 Lneas de transmisin, planta hidroelctrica Arenal, Costa Rica

2.1.9

TurbinasSon los mecanismos mecnicos que proveen la energa necesaria para hacer girar el rotordel generador, existen diferentes tipos de turbinas pero las ms utilizadas son las tipo Pelton,Francis y Kaplan.

Las diferencias entre ellas son varias y cada una posee cualidades particulares para elrango de aplicacin involucrado, as las turbinas Pelton son preferibles para cadas de aguagrandes y poco caudal, las Francis son para cadas de agua medias y caudales grandes, y lasKaplan son para cadas bajas y caudales variables, la aplicacin de un tipo de turbina u otroobedece a los criterios de diseo hidralicos que exceden las pretensiones de este texto.


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Figura N 8 Corte lateral de una turbina Pelton

Figura N 9 Rodete de una Turbina Francis de gran tamao


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Figura N 10 Rodete de turbina Kaplan

2.1.10 GeneradoresEs la mquina encargada de convertir la energa hidralica en elctrica, por lo general se

utilizan generadores sincrnicos, sin embargo tambin es posible el uso de mquinasasincrnicas, los elementos componentes del mismo y su funcionamiento no sern mencionados

en este texto y se asumir que se poseen conocimientos adecuados sobre los tpicos relacionadoscon los mismos.

2.2 Requerimientos en los sistemas de PotenciaPara evaluar la calidad del servicio elctrico se utilizan algunos parmetros pero los ms

importantes son: estabilidad del voltaje bajo cualquier condicin de carga y la frecuencia dealimentacin.

Con respecto a la estabilidad del voltaje se refiere a que el valor nominal del voltaje debemantenerse dentro de cierto rango previamente establecido sin importar la condicin de carga encualquier punto del sistema; la frecuencia debe mantenerse en un valor determinado no

solamente para la proteccin de los equipos conectados al sistema sino tambin para evitarproblemas de desincronizacin de los generadores.

El perfil de tensin en las lneas de transmisin se mantiene constante por medio detcnicas de compensacin reactiva; en el generador el voltaje de salida se mantiene a un valordeterminado por medio de un dispositivo llamado Regulador automtico de voltaje AVR porsus siglas en ingls, el cual se analizar ms adelante.

La frecuencia del generador es un parmetro sumamente importante en un sistema defrecuencia pues afecta el funcionamiento de los otros dispositivos, as que debe mantenerse


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dentro de un rango muy estricto, para ello se utiliza un controlador de velocidad del rotor, esto a

menudo se logra variando la apertura de las vlvulas de alimentacin de la turbina.Si se supone que el generador est conectado a un sistema muchsimo ms grande (barra

infinita) la potencia activa entregada puede regularse por medio de la velocidad del rotor sinalterar la frecuencia; la potencia reactiva entregada puede controlarse por medio de la corrientede excitacin de la armadura. Ambas se controlan independientemente.

El presente trabajo analizar en particular el regulador automtico de voltaje, el reguladorde velocidad y un dispositivo conocido como PSS estabilizador de sistemas de potencia.

Adems de estos existen otros dispositivos de puesta en marcha, proteccin, etc. Peroslo se vern algunos y de manera muy escueta.

3.0 Sistemas de control en una central hidroelctrica

3.1 Importancia del control en la centralLa calidad del servicio se mide entre otras cosas por la estabilidad de la tensin bajo las

diferentes condiciones de carga, as como la frecuencia de alimentacin; dicha calidad debemantenerse an desde la generacin, as que se debe controlar el voltaje de salida de losgeneradores, as como la frecuencia a la cual entregan potencia a la red; esto se logra por mediode controladores automticos que a lo largo del tiempo han ido evolucionando desde los tiposms rudimentarios neumticos hasta sofisticados microcontroladores, todo ello con el nico finde asegurar la calidad del servicio. El control en la central no solamente se aplica a dispositivos

elctricos sino que tambin los controladores deben verificar condiciones de equipos mecnicoscomo las compuertas y vlvulas, la posicin de los labes, etc. Se necesita un especial cuidado enlo referente al control de la frecuencia pues esta variable es de suma importancia en la red, asque los controladores han ido modernizndose da con da para conferirle al sistema y a losusuarios la seguridad de recibir un servicio de calidad al cual pueden conectar sus equipos.

La moderna central hidroelctrica est casi completamente automatizada y se deja aloperador un mnimo de acciones a tomar como la puesta en marcha, el paro, y ciertas accionescorrectivas pertinentes.

La estabilidad del sistema tambin es controlada por un dispositivo automtico diseadopara tal fin conocido como PSS o estabilizador de sistemas de potencia, dicho dispositivo realizaautmaticamente las correciones en los generadores para evitar que se produzcan oscilaciones

electromagnticas en el sistema, esto ocurre por lo general por diferencias de velocidad entre losrotores de generadores que operan en paralelo.La complejidad de los sistemas que se controlan as como el comportamiento aleatorio de la

planta hace imprescindible el uso de sistemas de control automtico a fin de mantener losrequerimientos de calidad y estabilidad, de hecho la operacin de las modernas plantas degeneracin hidroelctrica sera imposible sin dichos sistemas.


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3.2 Algunas deficiones importantes acerca del control automticoA continuacin se listan algunos trminos utilizados en la teora de control automtico.

Sistema: Combinacin de elementos ordenados que actan conjuntamente y cumplen undeterminado objetivo.

Planta: Planta se denomina a cualquier equipo. Por convencin se le llamar planta a cualquierequipo fsico que ha de ser controlado.

Perturbacin: Es una seal que tiende a afectar adversamente el valor de la salida de unsistema. La presencia de estas seales en un sistema en mayor o menor grado, es lo que justificael uso de redes de realimentacin y sobre todo de reguladores.

Salida: Variable de inters que se desea mantener dentro de un rango determinado, incluso antela afluencia de perturbaciones.

Referencia: Entrada del sistema. Seal de mando directamente utilizable por el sistema, y queindica al controlador el valor deseado de la salida del sistema.

Controlador o Regulador: Parte del sistema que mantiene la salida dentro de un mbitopermitido, con variaciones muy lentas y pequeas (o sin variaciones) respecto a la referencia,esto a pesar de la presencia de perturbaciones.

Actuador: Amplificador y muchas veces transductor, que permite el acople entre la seal desalida del controlador (seal de baja potencia) con la variable manipulada de la planta.

El esquema general del control realimentado es el siguiente:

Figura N 11 Diagrama de bloques del sistema de control realimentado


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3.3 Regulador de velocidadEl objetivo de este dispositivo es ejercer control sobre la velocidad de la turbina para que el

generador suministre energa elctrica con una frecuencia lo ms cercana posible a la deseada, enparticular a 60 Hz, an cuando se presenten perturbaciones tales como variaciones de la carga,disparo de otra fuente de generacin, etc. En el caso de que el generador este acoplado a unsistema interconectado (barra infinita) la frecuencia no se ve afectada pues el sistemainterconectado es mucho ms grande que el generador e impone su frecuencia al mismo, as queen este caso el gobernador permite ajustar la potencia activa entrega por el generador.

Es importante mantener la frecuencia dentro de un rango muy preciso para evitar losproblemas que puede ocasionar a los equipos conectados al sistema el cuadro siguiente enumeraalgunas consecuencias.

Tabla N 1 Efectos negativos debido a una operacin en baja frecuencia

Equipo/Dispositivo EfectoMotor elctrico Puede daarse por exceso de corriente en los devanadosMotor elctrico Podra no arrancar

Lmparas incandescentes Menor iluminacin (debido a la baja tensin)Lmparas fluorescentes No encienden

Alternador Puede causar una cada de voltaje en el sistema y sobrecalentarse

Tabla N 2 Efectos negativos debido a operacin en alta frecuenciaEquipo/Dispositivo Efecto

Lmparas incandescentes Se queman o duran menosMotores Pueden averiarse

Alternador Puede daarse por velocidad excesiva

En aquellas centrales hidroelctricas que no tienen un sistema de regulacin de lavelocidad, una variacin en la demanda de energa inmediatamente producir un cambio en lavelocidad de giro de la turbina; por lo tanto el alternador empezar a girar a otra velocidaddiferente de la sincrnica con la consecuente variacin de la frecuencia y en el voltaje de lnea.

Por esta causa cuando se prevee que en el sistema existirn continuamente variaciones enla demanda es necesario instalar algn sistema de control que mantenga constante la velocidadde la turbina.

Existen bsicamente dos maneras de controlar la velocidad del grupo generador-turbina:

a) Por regulacin del caudal de agua en la turbinab) Por regulacin de la carga


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3.3.1 Regulacin de la velocidad por medio del caudal de agua en la turbina

Para obtener una velocidad constante del grupo generador existiendo una demandavariable es necesario que en todo momento la potencia disponible al ingreso del grupo generadorsea igual a la potencia elctrica de salida de este ms las prdidas internas del grupo:

Potencia ingreso = Potencia salida + prdidas

Este equilibro se logra regulando la cantidad de agua que ingresa a la turbina, de talmanera que si se produjera un aumento en la demanda se abrir una vlvula que permite elmayor ingreso de agua a la turbina ocasionando que la potencia generada se iguale a la demanda.

Esta regulacin se puede realizar de forma manual o automtica; en este texto slo seanalizar la regulacin automtica.

La regulacin automtica de la velocidad por regulacin de caudal proporciona unsistema con frecuencia y voltaje estables. Este sistema se emplea cuando se prev que en elsistema elctrico existirn grandes fluctuaciones instantneas en la demanda.

Existen reguladores de velocidad del tipo oleomecnicos, taquimtricos, electro-mecnicos, electro-hidralicos.

El flujo se controla por medio de los labes giratorios en las turbinas de reaccin(Francis, Kaplan) y por la vlvula de aguja o el deflector de chorro en las turbinas de impulso(Pelton). El gobernador mueve los labes directrices o la aguja como respuesta a los cambios develocidad que resultan de las variaciones de carga o de la altura hidralica. La estrategia decontrol generalmente utilizada es la Proporcional Integral Derivativa (Controladores PID).

En la figura N 12 se muestra el diagrama esquemtico de un gobernador mecnico-hidralico que permite comprender el funcionamiento general de estos sistemas.

Figura N 12 Esquema de un regulador de velocidad


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Como se ve en esquema a a la salida del generador se conectan sensores de frecuencia y

de voltajes estos toman dicha seal y la transmiten al controlador al cual se le alimenta el valordeseado de frecuencia o de voltaje, la seal de estos controladores acta sobre algn dispositivode accin o actuador, en el caso del controlador de frecuencia si la frecuencia disminuyetransmite la seal al mecanismo de control de la vlvula para dejar pasar ms agua y por tanto lavelocidad de la turbina aumenta y la frecuencia tambin, en general el controlador trabaja comoregulador.

Los reguladores de velocidad deben reunir ciertas cualidades tcnicas como minimizarlas variaciones de la frecuencia y minimizar el tiempo que demora en reestablecer la frecuencianominal.

En la figura N 13 se presenta un diagrama esquemtico de un mecanismo tpico de

control de velocidad del tipo oleomecnico (uno de los ms antiguos).

Figura N 13 Mecanismo tpico de control de velocidad oleomecnico

El dispositivo mostrado en la figura N 13 es del tipo mecnico y es uno de los msrudimentarios que actualmente se usen, sin embargo ejemplifica claramente la operacin delregulador.

Sus partes constitutivas son las siguientes:

Pndulo: Consiste en contrapesos que giran a una velocidad proporcional a la velocidadde giro de la turbina. La accin de la fuerza centrfuga sobre estas masas detecta los cambios queocurren en la velocidad nominal de trabajo. Su funcin es la de captar estas variaciones en lavelocidad y transmitir un movimiento para el cierre o apertura del paso de agua a la turbina.


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Figura N 14 Pndulo de un regulador de velocidad del tipo oleomecnico

Bomba de aceite: Por lo general el sistema de mando para el cierre o apertura del pasode agua se realiza a travs de un circuito con aceite a presin. Este sistema usualmente trabajacon una o ms bombas de desplazamiento positivo, tal como las de engranajes, que pueden sermovidas desde la turbina por medio de fajas y poleas.

Figura N 15 Bomba de aceite de tipo de engranes

Vlvula de distribucin de aceite: Esta vlvula tiene la funcin de distribuir el flujo deaceite hacia la direccin apropiada en caso de que se trate de un cierre o apertura del paso deagua. La posicin de esta vlvula es controlada bsicamente por el pndulo.


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Figura N 16 Vlvula de distribucin de aceite

Servomotor: Es el cilindro hidrulico que ejerce la fuerza sobre los rganos reguladoresde caudal de la turbina, es decir sobre el distribuidor o sobre la vlvula de aguja.

Los dispositivos distribuidores del aceite, como la vlvula de distribucin y el pndulo,no tienen energa suficiente como para mover los elementos reguladores de caudal de lasturbinas. Por ello necesitan de un mecanismo que amplifique la fuerza utilizando la presin deaceite proveniente de las bombas de desplazamiento positivo.

Mecanismo de retroalimentacin: Es un mecanismo regulable que interrumpe a tiempoel curso de la regulacin y lleva a la vlvula de distribucin a su posicin de equilibrioconsiguiendo la estabilidad de las oscilaciones de la velocidad de la turbina en un tiemporeducido.

Cuerpo del regulador: Es una carcasa de proteccin de los elementos que componen elregulador de velocidad. Generalmente el carter o depsito de aceite forma parte del cuerpo delregulador.

Funcionamiento:

Se supuso un ajuste en el cambiador de velocidad (referencia o valor deseado) haciaabajo, lo que significa un aumento en el valor deseado de velocidad. Esto har que el punto C, ycon este, en menor proporcin, la vlvula piloto, suban cierta distancia. Luego el aceite a presinentra a la cmara superior del pistn principal, lo que produce una accin de abertura en laentrada de agua a la turbina. El aumento de la abertura produce inicialmente una prdida depresin del agua, por lo que la velocidad de la turbina tiende a disminuir; sin embargo, una vezque la columna de agua a travs de la tubera de presin reaccione y aumente el caudal, lavelocidad de la turbina aumentar hasta alcanzar un rgimen estable en el que la fuerza del


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resorte R y la fuerza centrfuga de las masas rotatorias m se equilibran, restableciendo el pistn

del distribuidor a su posicin original (cerrando la entrada de aceite a presin).Es importante observar con este sistema una de las principales caractersticas de los

elementos integradores; siempre que exista una diferencia entre el valor deseado de velocidad yla velocidad de la turbina existir una abertura en la entrada de aceite a presin a la vlvulapiloto, lo que hace que el pistn de potencia se mantenga desplazndose en un sentido. Estogarantiza que la velocidad de la turbina alcance un rgimen permanente con un error develocidad nulo, respecto al valor deseado.

En la siguiente figura se muestra la curva de reaccin tpica del regulador oleomecnico,se observa que en el caso de un piston rgido el sobrepaso mximo es mayor al igual que eltiempo de asentamiento; mientras que si se utiliza una compensacin elstica para el pistn elsobrepaso mximo es menor y el tiempo de asentamiento es mucho ms corto.

Figura N 17 Curva de reaccin tpica de un regulador oleomecnico


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Algunos resultados de laboratorio obtenidos para un regulador oleomecnico pequeo en

pruebas realizadas por el SKAT (Swiss Centre for Appropiate Technology) son los siguientes:

Tabla N 3 Resultados de pruebas del regulador mecnico hidrulico desarrollado en el SKAT

Los fabricantes de estos reguladores de velocidad comoEscher Wyss, Voight, Woodward,Neyrpic, etc; proporcionan en cada caso las caractersticas tcnicas del regulador como son lassiguientes:

Velocidad de giro del pndulo o taqumetro

Velocidad de giro de la bomba de aceite Carrera del servomotor: distancia que puede recorrer el pistn del servomotor Capacidad de trabajo: En Kgm, es el producto de la mxima fuerza que se

requiere para accionar el mecanismo de admisin del agua a la turbina y la carreradel motor

Regulacin o ajuste de velocidad: Rango de velocidades en el cual el reguladorfunciona perfectamente, a menudo se expresa en porcentaje.

Estatismo permanente: Diferencia entre la velocidad de vaco y plena carga, seexpresa en porcentaje

Constante de tiempo del sistema de amortiguacin Tiempo de cierre total Grado de insensibilidad (%): variacin de velocidad necesaria del pndulo paraque se inicie la regulacin. Capacidad de aceite: Cantidad de aceite requerido Mxima presin de operacin de aceite Peso total del regulador (Kg)


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Algunas desventajas de este tipo de reguladores son las siguientes:

Requieren de mantenimiento regular y riguroso, sobre todo el filtro de agua Son muy pesados Muy costosos No se pueden variar durante la operacin Rango reducido de velocidades disponibles No se puede mejorar la caracterstica de estabilidad del sistema Produce sobrepresiones en las tuberas Poseen tiempos de respuesta lentos Difcil fabricacin y montaje

3.3.2 Regulacin de la velocidad por medio de la regulacin de cargaA diferencia de la regulacin por caudal de agua en la que en todo momento la turbina

regula el paso de agua con el fin de igualar la potencia generada con la demanda para mantenerla velocidad de giro constante, en los sistemas de regulacin de carga el grupo generador entregauna potencia constante; esto es, no hay regulacin de caudal de agua. No obstante, debe cuidarseque el grupo genere una potencia mayor o igual a la mxima potencia esperada en la demanda. Elexceso de potencia generada se disipar en forma de calor a travs de una resistencia sumergidaen agua o al aire.

Esta regulacin tambin se puede realizar de manera manual o automtica, siendo estaltima la ms utilizada y la que se analizar en este texto.

Con el fin de lograr soluciones ms econmicas y sencillas en el mantenimiento yoperacin de los reguladores automticos de velocidad, en la actualidad se ha desarrollado yutilizado el sistema de regulacin electrnica de carga.

Este tipo de control no consiste en controlar el caudal de agua que ingresa a la turbina, sinoque el alternador produce una potencia constante y el regulador electrnico de carga, a travs detiristores deriva la energa no consumida por la demanda a un sistema de disipacin de energa.


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A continuacin se muestra el esquema general del regulador:

Figura N 18 Esquema general de regulacin electrnica de carga

Algunas ventajas de los reguladores elctricos respecto a los mecnicos son:

Simplificacin en el diseo de las turbinas al no ser necesaria la regulacin decaudal

Gran sensibilidad an a pequesimas variaciones de frecuencia Mayor velocidad de reaccin Ninguna limitacin para la seleccin de los parmetros que intervienen en la

regulacin Posibilidad de variar durante la operacin la regulacin Se puede implementar mediante medios externos un variador de los parmetros del

controlador para mejorar sus caractersticas de estabilidad Facilidad de operacin Muchsimo menor necesidad de mantenimiento Menor costo monetario

Facilidad de fabricacin y emsamblaje No produce sobrepresiones en las tuberas por cierre y apertura de vlvulas


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Figura N 19 Variacin en la forma de onda de la corriente en la carga de lastre en funcin del ngulo de

disparo del tiristor

El proceso de control de frecuencia se realiza comparando la frecuencia del generador

con una seal de referencia pre-establecida. Se compara estos dos valores y se emite una sealdiferencial que va a un circuito integrado de control, y luego al circuito de disparo donde secontrola el ngulo de fase de las pulsaciones. Existe un circuito de control por fase, as como unacarga de lastre por fase. Cuando la seal diferencial es cero el ngulo de fase y por tanto la cargade lastre permanecern constantes. Cuando se producen variaciones de carga y por tanto defrecuencia, entonces la seal diferencial toma un valor diferente de cero; luego se producenvariaciones en el ngulo de disparo y por tanto, en la carga de lastre, hasta que la frecuenciavuelva a estabilizarse, entonces la seal diferencial volver a cero.


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La empresa GP Electronics de Inglaterra fue la precursora del uso de un sensor de

corriente adems del sensor de frecuencia para hacer las correcciones en el ngulo de disparo,con lo que se logra una respuesta ms veloz para cualquier cambio en la demanda.

Una desventaja que se atribuye al sistema de regulacin continua o analgica es que alcortar las ondas de corriente se provocan interferencias en las seales de radio, pudiendo afectarla recepcin de ondas de radio en la zona. Esto se ha reducido con la adicin de bobinas en cadafase de la carga de lastre; adems se ha comprobado en la prctica que las interferencias quepudiesen existir no son de importancia.

Un esquema de regulador de velocidad por variacin de carga analgico se muestra deforma simplificada a continuacin.

Figura N 20 Esquema tpico de un regulador de velocidad elecrnico analgico

Sus partes principales son:

T: TurbinaG: Generador1: Generador taquimtrico acoplado directamente al generador y que alimenta el rgano

sensible a la velocidad.


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2: Circuito resonante por medio del cual se recibe la seal del generador taquimtrico y

que representa el rgano sensible a la velocidad, los dos circuitos se encuentran en resonanciapara dos frecuencias equidistantes de la nominal y la diferencia de sus corrientes da una seal decorriente proporcional a la desviacin de la frecuencia.

3: Dispositivo variador de velocidad que permite variar el valor base de la frecuencia yest constituido por un potencimetro alimentado por una tensin continua del circuito delgenerador taquimtrico.

4: Es un transductor de apertura que sirve para proporcionar el efecto de estabilizacin yse encuentra conectado al rbol del servomotor principal y suministra una tensin que esproporcional a la apertura o posicin del servomotor.

5: La tensin del transductor (4) se aplica a este circuito con resistencia R y capacitancia

C en serie, cada variacin de tensin se manda al amplificador.

6: Representa el amplificador que opera con una seal de corriente transitoria que

corresponde a la carga y descarga del condensador C. Se puede obtener un estatismo

practicamente permanente mediante el circuito (6) que se deriva del mismo transductor de

apertura y que tiene una resistencia ajustable.

7: Es el dispositivo programador de apertura y que introduce una seal al amplificador

8: Potencimetro asociado al programador de apertura

Regulacin escalonada o digital:

El procedimiento de control es muy similar al caso analgico, la diferencia radica en queno se corta la onda de corriente, sino que utiliza un sistema de rels que acta cuando la onda decorriente tiene un valor nulo, en ese momento se conectan o desconectan pequeas cargasresistivas en la carga de lastre. Estas cargas tienen valores fijos y por lo general se utilizan variascargas o resistencias de valores diferentes con la finalidad de que el regulador tenga un ampliomargen para realizar las combinaciones ms adecuadas para el cambio de carga que se haproducido. Entre mayor sea el nmero de escalones de regulacin mayor precisin en el controlse obtendr pero el costo ser mucho mayor. En la figura siguiente se muestra la respuesta delregulador para diferentes variaciones de la carga.


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Figura N 21 Respuesta de un regulador electrnico de carga monofsico a cambios bruscos en la carga

Una ventaja que posee la regulacin digital respecto a la continua es que al no cortar las

ondas de corriente y realizar una regulacin por pasos o escalones no se producen interferenciasen las ondas de radio.

Caractersticas tcnicas de los reguladores electrnicos de carga

Los fabricantes de reguladores electrnicos por lo general proporcionan las siguientesespecificaciones de sus reguladores electrnicos:

1. Respuesta a la aplicacin o retiro del 100% de la carga: Desviacin transitoria dela frecuencia: menos de 0.25s

2. Estatismo de 0% a 3% (regulacin digital)3. Temperatura mxima de operacin: 55C4. Tipo de alternador a utilizar: cualquiera que trabaje con voltajes y frecuencias

nominales entre 100-500 volts y entre 45 y 65 Hz5. Tipo de demanda: indiferente (capacitiva, inductiva o resistiva)6. Tipo de carga de lastre a utilizar: de 10% a 20% mayor que la mxima demanda

esperada7. Factor de potencia de la demanda: mayor de 0.7


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A continuacin se muestra una tabla con algunos fabricantes de reguladores electrnicos

Tabla N 4 Algunos fabricantes de reguladores electrnicos de carga

Sistemas de disipacin de energa

Los sistemas de disipacin de energa ms usados son: por medio de resistenciascalefactoras del medio ambiente o resistencias sumergidas en agua circulante.

Resistencias calefactoras de aire: Debe ponerse cuidado en que el ambiente donde se vaa instalar las resistencias debe ser un espacio amplio donde exista libre circulacin de aire.

Resistencias sumergidas en agua: Debe acondicionarse un pequeo tanque donde seinstalarn las resistencias. Debe ponerse atencin a que en todo momento las resistencias estnsumergidas en agua, y que adems exista agua en permanente circulacin, lo que se puede lograr

sacando una derivacin de la tubera de presin. El tanque o depsito de agua se puedeconstruirse de plancha de acero, de concreto o de cualquier otro material que resulte apropiado.


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A continuacin se muestra un cuadro comparativo para los diferentes sistemas de

regulacin de velocidad en generadores.

Tabla N 5 Cuadro comparativo de los diversos tipos de regulacin de velocidad

3.4 Regulador automtico de voltaje (AVR)Para un funcionamiento adecuado del sistema es necesario el control de la tensin de salida

que se logra manteniendo la regulacin de tensin en valores estrechos.Hay que recordar que la reaccin de la armadura producida por el paso de corriente de

carga y su factor de potencia causa un efecto desmagnetizante que hace caer el valor de latensin generada.

La regulacin de tensin es la relacin porcentual de la diferencia entre la tensin devaco (sin carga) V0menos la tensin con carga V referida a la tensin de vaco; esto se expresamediante la siguiente ecuacin:

%100V

VV(%)gRe

0

0

= ( 1)

Este elemento es diseado para controlar en forma automtica el voltaje en los terminalesdel generador ante diversas condiciones de operacin como son variaciones de carga, operacincon carga aislada o en paralelo. El AVR (Automatic voltage regulator) funciona de la mismaforma que un regulador de voltaje convencional slo que en este caso la regulacin se hace deforma automtica y no manual.


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La respuesta de un regulador de voltaje deber ser lo ms rpida posible para evitar cadas

excesivas de voltaje en terminales de los generadores, y con esto, reducir las oscilaciones depotencia reactiva en la red de transmisin luego de alguna perturbacin.

3.4.1 Regulador automtico de tensin (AVR) Electrnico

Principio de operacin

Es un dispositivo fabricado con elementos de estado slido montados sobre una tarjetaimpresa. Su misin es mantener el nivel de tensin constante a cualquier condicin de cargadentro del valor nominal del generador an con variaciones de la velocidad (5%).

Toma como seal la tensin de salida del generador, la compara y emite automticamentehacia el campo de la excitatriz la corriente continua necesaria para mantener la tensin en elnivel de calibracin.

Partes del AVR

Circuito sensor y comparador: Toma la seal, compara con una referencia precalibrada ydetecta el error.

Circuito amplificador del error y de control de disparo: Detectado el error, es traducidoy retenido por un tiempo, luego del cual se emite la seal que dispara el tiristor.

Circuito de control de potencia: Formado por dos diodos de silicio y tiristores. Toma lapotencia del mismo generador; segn el error y la seal de disparo rectifica la corriente que seaplica al campo de excitatriz para corregir las variaciones de tensin.

Circuito de estabilidad: Es un circuito de realimentacin de seal para detectar si lacorrecin de excitacin es la apropiada. Es calibrable y depende de las caractersticas delconjunto AVR y generador. De este circuito depende la velocidad de respuesta del equipo antecambios bruscos de carga.

Circuito de proteccin por baja velocidad motriz: El AVR bsico slo sensa tensin.Consecuentemente para evitar sobrexcitacin por cada en la velocidad de giro estos dispositivosincluyen un circuito que sensa la frecuencia y ante una disminucin de la misma por debajo deun valor calibrado dejan pasar menos corriente de excitacin de manera que la tensin de salidadisminuye proporcionalmente a la cada de velocidad. Este circuito no acta sobre el regulador

de velocidad de la turbina.

Este sistema de excitacin fue construido especialmente para los generadores sin escobillaspor la reducida potencia de excitacin que demandan las excitatrices, pero luego se ha extendidosu aplicacin a los generadores de mayor potencia constituyendo los llamados excitadoresestticos. Los niveles de regulacin de tensin se encuentran en valores usuales de 1.5%,llegando hasta 0.25%.

El diagrama de bloques siguiente representa la interconexin de funciones entre circuitospara el AVR.


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Figura N 22 Diagrama de bloques de un AVR electrnico

Se observa en el diagrama de bloques que existe un dispositivo llamado estabilidad, este

mecanismo corresponde al PSS o estabilizador de sistemas de potencia que se estudiar msadelante.


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En la figura siguiente se muestra el esquema de conexin de un AVR a un generador

convencional sin escobillas.

Figura N 23 Conexin de un AVR a un generador sin escobillas

La prxima figura tambin muestra las partes principales que constituyen el sistema

automtico de control de voltaje del tipo sin escobillas o anillos rozantes. En este caso, el sistemade excitacin consiste en un generador auxiliar invertido, cuya bobina de campo est localizadaen el estator y la armadura trifsica en el rotor. Este voltaje trifsico generado es rectificado yconectado directamente al campo del generador a travs del eje del grupo.

Figura N 24 Regulador automtico de voltaje del tipo sin escobillas


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Existen tambin los AVR estticos, en los que la fuente de alimentacin utilizada para la

excitacin es el mismo generador principal, o el servicio propio de la planta. La seal decorriente alterna es rectificada con tiristores y conectada al campo del generador a travs deanillos rozantes.

El tipo de accin de control normalmente utilizada en los sistemas de control de voltaje seasemeja al tipo proporcional con alta ganancia Kp. Por esto, es normal observar que luego de unavariacin de carga, el voltaje en terminales no alcanza el valor en rgimen permanente nominal,o el valor del voltaje antes de la perturbacin (existe un error permanente pequeo).

La figura siguiente muestra un esquema de conexin para el tipo de generador deexcitador esttico.

Figura N 25 Regulador de voltaje para generador con excitador esttico

Calibracin

Tensin: Todo AVR dispone de un potencimetro para calibrar la tensin desde lamisma unidad. Puede existir un segundo potencimetro que se coloca en el panel de control del

equipo generador. El calibrado de este ltimo es posterior al primero y para realizarlo se gira elcursor del potencimetro en sentido horario si se quiere aumentar la tensin de salida. Elcalibrado se hace con el generador girando a velocidad nominal y sin carga; el valor no debeexceder del 5% del nivel del valor nominal, salvo indicacin del fabricante.

Proteccin por baja velocidad motriz: Los mtodos difieren segn el fabricante delAVR y es necesario guiarse por el manual respectivo.


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3.4.2 Regulador automtico de tensin (AVR) compuesto

Principio de operacin

Es un sistema electromagntico sin retroalimentacin de seal y est conformado por losiguiente:

Una reactancia lineal que se encarga de suministrar la corriente para la excitacinde la tensin de vaco.

Un transformador de corriente conectado en serie con la carga que incrementa lacorriente de excitacin para compensar a la reaccin de armadura en magnitud yfase

Un puente rectificador donde ambas corrientes se suman geomtricamente y seconvierten en corriente continua de excitacin.

Este es un sistema de regulacin muy antiguo. Con un buen dimensionado se llega aconseguir regulacines de 2% y es usual conseguir que cualquier generador excitado con estesistema tenga una regulacin de 3.5%. La aplicacin normal es en generadores con escobillas,especialmente los de armadura rotativa, lo cual constituye un sistema bastante robusto y de altadurabilidad.

El mtodo de tomar la excitacin a partir de la tensin y de la corriente permite al

generador tener una gran capacidad para el arranque de motores elctricos. Cabe notar que latensin generada depende de la velocidad de giro; por lo tanto est autoprotegido contrasobrexcitacin ante cadas de la velocidad.


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En la figura siguiente se muestra la conexin de este regulador a un generador monofsico.

Figura N 26 Conexin de un regulador compuesto a un generador monofsico

En la siguiente figura se muestra el comportamiento del regulador para cargas a distintofactor de potencia.

Figura N 27 Regulacin de tensin del AVR compuesto para diferentes factores de potencia

Calibracin

Existen dos formas de calibracin de la tensin de vaco y una de ellas o ambas puedenencontrarse en un regulador.

1. Aumentando la longitud del entrehierro en el circuito magntico de la reactanciapara aumentar la tensin de salida

2. Variando de posicin a la derivacin de vueltas de la reactancia hacia el nivel detensin marcado que se desea


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En general el mantenimiento de los reguladores de voltaje es sencillo, si se trata del tipo

compuesto se puede secar la humedad del mismo, o en un caso extremo el rebobinado. Si es deltipo electrnico se puede reemplazar en caso de dao.

3.5 Estabilizador de sistemas de potencia (PSS)El estabilizador de sistemas de potencia tiene una forma variada de control con respecto a

las formas realimentadas que se vieron con anterioridad para el regulador de velocidad y devoltaje. No existen en este caso una seal de referencia y se utiliza como actuador el mismo delAVR, tal y como se muestra en forma simplificada en la Figura N 15.

Figura N 28 PSS y AVR

En los sitemas de potencia se pueden producir diferencias de velocidad entre los rotores edistintos generadores operando en paralelo; esto ocasiona intercambios de potencia entre losgeneradores, fenmeno conocido como oscilaciones electromagnticas del sistema. El PSSgenera una seal suplementaria a la accin de control del AVR que tiende a amortiguar estasoscilaciones. Como seales de entrada al PSS, se pueden utilizar la frecuencia, la potenciaelctrica, la potencia acelerante, o la velocidad, ya que cualquiera de stas suministrainformacin sobre el tipo de oscilacin que se desea amortiguar.

En rgimen permanente, sin presencia de oscilaciones electromecnicas, el PSS no debeintroducir ninguna seal al lazo del AVR para no alterar el voltaje en terminales. Adems

normalmente el PSS slo opera cuando la potencia generada alcance un cierto nivel (60% al 80%de la potencia nominal). Esto porque a bajas potencias el AVR introduce suficienteamortiguamiento al sistema. Otra consideracin importante de operacin del PSS es que suefecto en el lazo del AVR es limitada, normalmente a un 2% a 10% del cambio del voltaje delgenerador.


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La calibracin se realiza por medio de un potencimetro; en sentido horario la respuesta

del sistema es ms lenta. Sin embargo, se tiene que girar en ambos sentidos hasta conseguir quela tensin de salida est sin oscilar. El calibrado se realiza a velocidad nominal y con carga, porlo general se realiza para plena carga.

De una forma ms rigurosa se puede representar el PSS por su modelo lineal como undiagrama de bloques:

Figura N 29 Diagrama de bloques del PSS general

Las constantes usadas para el PSS dependen de la localizacin de la unidad en el sistemaelctrico, las caractersticas dinmicas del sistema y de la unidad.

Los significados de las diferentes variables y constantes involucradas adems de losvalores tpicos de las mismas para diferentes generadores en plantas hidroelctricas seencuentran en el apndice A del texto.


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3.6 Anlisis matemtico de los diferentes dispositivos de controlAnteriormente se analizaron los reguladores desde una perspectiva cualitativa con algo de

fundamentacin cuantitativa, en la presente seccin se proceder a un anlisis ms riguroso delos dispositivos de control mediante su representacin como diagramas de bloques y se ver suinteraccin con los diferentes elementos de la central.

Un diagrama simplificado del control de excitacin es el siguiente:

Figura N 30 Sistemas de control principales del generador

Como se muestra en la figura el sistema esta constituido bsicamente por cuatroelementos principales, la turbina, el generador, el gobernador de velocidad (o simplementellamado gobernador) y el sistema de excitacin del generador que incluye en su interior tanto elregulador de voltaje como el estabilizador de sistemas de potencia.

Los sistemas de control son de realimentacin negativa ambos, en el caso del gobernadorla idea es mantener la frecuencia constante, por tanto toma la seal de frecuencia de salida de laturbina (que es la misma del generador) por medio de un sensor de frecuencia, y realiza losajustes para mantener la frecuencia de salida en el valor deseado de frecuencia REFw.

En el caso del sistema de excitacin es similar, la salida de voltaje es tomada por elsistema de excitacin y ajustada por realimentacin negativa hasta lograr el valor deseado devoltaje REF V.

El modelo lineal del generador se representa mediante el siguiente diagrama de bloques(se incluye la turbina como parte del modelo):


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Figura N 31 Modelo lineal del generator por medio de diagrama de bloques

Para efectos de calibracin e implementacin de sistemas de control resulta ms prcticotener un modelo lineal del generador y sobre todo en forma de diagramas de bloques, eldesarrollo del mismo y su obtencin exceden los objetivos de este texto.

Las variables involucradas en el mismo son las siguientes:

Cambios en la potencia elctrica pequeos ngulo del rotor Voltaje de devanado de campo Voltaje generado Cambio en la potencia elctrica para un cambio en el ngulo del rotor con

flujo concatenado constante en el eje directo (constante)

Cambio en la potencia elctrica para un cambio en el flujo concatenado deeje directo con ngulo de rotor constante (constante).

Constante de tiempo para circuito abierto de eje directo Factor de impedancia (constante) Efecto desmagnetizante de un cambio en el ngulo del rotor para estado

estacionario (constante)

Velocidad angular del rotor nominal Variacin de potencia mecnica de entrada H Constante de inercia de la mquina D Coeficiente de amortiguamiento de potencia


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Matemticamente se tienen las siguientes ecuaciones que resumen lo anterior:

( 2)

( 3)

( 4)

( 5)

( 6)

( 7)

La demostracin de las ecuaciones anteriores excede el objetivo de este texto.Las constantes K1, K2, K4, dependen de los parmetros de la mquina, la red de potencia

a la que est conectado el generador y las condiciones iniciales de operacin.

Regulador de velocidad o gobernador

Se puede obtener que la ecuacin para un regulador de velocidad ideal es:

( 8)

donde: Variacin de potencia mecnica de entrada Variacin de la velocidad del rotor Velocidad angular del rotor nominal R Regulacin de velocidad

Aadiendo la ecuacin del regulador de velocidad (gobernador) al diagrama de bloques delgrupo generador rotor se obtiene:


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Figura N 32 Diagrama de bloques del generador incluyendo el regulador de velocidad

Se puede obtener del diagrama de bloques la ecuacin caracterstica:

( 9)

y se observa que se tiene una ecuacin de orden 3, a esta ecuacin se puede aplicar elcriterio de Routh a fin de determinar la estabilidad del sistema.

Se utilizan tres modelos bsicos para representar los reguladores de velocidad en el dominiode la frecuencia compleja s: Un modelo general que se puede ser usado para cualquier tipo deturbina sea de vapor o hidrulica; un modelo de regulador compuesto y un modelo para turbinashidrulicas nicamente.

La constante R representa la regulacin de velocidad en estado estacionario y por logeneral se establece en un 5%, valor usado en los Estados Unidos.


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Figura N 33 Diagramas de bloques del gobernador para propsito general

Figura N 34 Diagrama de bloques para el gobernador compuesto


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Figura N 35 Diagrama de bloques para el gobernador de una hidroturbina


Sistema de excitacin

En el sistema de excitacin se incluyen el regulador automtico de voltaje AVR y undispositivo extra conocido como PSS o estabilizador de sistemas de potencia que a menudo seincluye dentro de la definicin del AVR.

El esquema siguiente muestra las partes principales del sistema de excitacin.

Figura N 36 Esquema general del sistema de excitacin

Se observa de la figura anterior que el sistema de excitacin interacta nicamente con elgenerador. El sistema de excitacin consiste bsicamente en un excitador que ser diferente


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dependiendo de la tecnologa empleada, el tipo de generador, el fabricante, etc. El regulador de

voltaje como se analiz anteriormente es variado dependiendo del sistema utilizado; sinembargo, la teora general y su modelo es el mismo con algunas ligeras variaciones dependiendodel tipo de modelo. El PSS va incluido dentro del AVR. El bloque de control auxiliar de la figuraa menudo representa redes de compensacin aadidas para prevenir sobrecargas; tambin puedetratarse de un comparador para establecer el lmite mnimo de excitacin especialmente en laoperacin con factor de potencia en adelanto; otros controles auxiliares que a menudo se usanson para realimentacin de la velocidad, frecuencia, aceleracin u otros datos de inters.

En la actualidad la mayora de problemas de control se resuelven mediante computadorespor lo tanto es necesario la representacin de los sistemas de excitacin por algn modelomatemtico, reconociendo este hecho la IEEE form un grupo de trabajo que desde 1960 realiz

un estudio de estandarizacin de los tipos de sistemas de excitacin y sus modeloscorrespondientes, el informe final del grupo estuvo listo en 1967; en dicho informe seestandarizaron los sistemas de excitacin en cuatro diferentes tipos y se identificaron lossistemas disponibles del mercado de acuerdo a ellos.

Estos modelos bsicos posean diversos grados de complejidad dependiendo de los datosdisponibles o la importancia de un excitador particular en un problema relacionado con grandessistemas de potencia.

Posteriormente con el surgimiento de nuevas tecnologas y mejoras a los cuatro tiposbsicos originales se vio la necesidad de expandir la clasificacin de los diversos tipos desistemas de excitacin en la actualidad la IEEE utiliza la clasificacin que se ver ms adelante.


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Tipos de sistemas de excitacin

Los modelos de los sistemas de excitacin que usan se basan en un sistema por unidaddonde la base de voltaje es el voltaje del generador, y la base de potencia es la potencia delgenerador.

Figura N 37 Tipo A: Sistema de excitacin rotativo con accin dc contnua

Figura N 38 Tipo B: Westinghouse sin escobillas antes de 1967


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Figura N 39 Westinghouse sin escobillas desde 1966

Figura N 40 Tipo D: Sistema SCPT


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Figura N 41 Tipo E: Sistema de excitacin reosttico de accin no continua

Figura N 42 Tipo F: Sistema de excitacin de generador Westinghouse con rotor sin escobillas de accincontinua

Figura N 43 Tipo G: Sistema de excitacin SCR General Electric


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Figura N 44 Tipo K: Alterrex de General Electric



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3.7 Acciones de mantenimiento en reguladoresReguladores de velocidad

La funcin del gobernador o regulador de velocidad es mantener la velocidad constante dela turbina a pesar de las fluctuaciones de potencia.

Mediante dispositivos mecnicos estor reguladores abren o cierran una vlvula odistribuidor de la turbina variando as el caudal de ingreso.

Los reguladores mecnicos deben ser inspeccionados diariamente para verificar el estado ytensin de las fajas, y que los mecanismos de mando como las articulaciones, levas, bielas, etc,

se mantengan adecuadamente lubricadas. Los reguladores mecnicos tienen varios puntos deajuste en su interior que no deben ser modificados sin contar con la literatura del fabricante obajo la participacin de una persona competente en el tema. Cualquier modificacin en su ajustepodra ocasionar un funcionamiento inestable o en diferencias en la velocidad de marcha de laturbina. La mayora de estos mecanismos funcionan con presin de aceite, por lo que esnecesario inspeccionar el nivel del mismo y el estado para programar su cambio, teniendo laprecaucin de usar el tipo de aceite recomendado por el fabricante del equipo.

Los reguladores de velocidad por carga son conectados elctricamente al generador ymantienen una carga constante (por lo tanto la potencia en la turbina tambin se mantendrconstante), derivando la parte de la potencia del generador que no es consumida por la cargaprincipal hacia una carga de lastra constituida por un banco de resistencias. Este tipo deregulador requiere de muy poco mantenimiento. Habr que verificar la adecuada circulacin deagua por el banco de resistencias y tambin que la ventilacin al interior del regulador no seabloqueada. Dependiendo del ambiente, cada cierto tiempo habr que limpiar de polvo el interiordel regulador y revisar el ajuste de los pernos y tuercas de los puntos de conexin.

Reguladores de tensin

En general el mantenimiento de los reguladores de voltaje es sencillo, si se trata del tipocompuesto se puede secar la humedad del mismo, o en un caso extremo el rebobinado. Si es deltipo electrnico se puede reemplazar en caso de dao.


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3.8 Consideraciones finales sobre los sistemas de control en la centralLa central hidroelctrica es un sistema muy complejo y existen diversidad de mecanismos y

dispositivos en ella, para la operacin correcta de la misma y su fcil administracin seacostumbra localizar todos los controles en una sala de mando (llamada tambin sala de tableros)donde se ubican los tableros de control y mando, de proteccin y de sealizacin entre otros,adems es en esta zona donde se realiza la interfase entre el sistema de la planta hidroelctrica yel operador.

Un esquema simplificado que muestra un resumen de los sistemas de control que se tienenen una central hidroelctrica es el que se muestra a continuacin.


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Tambin a continuacin se muestra un organigrama de los diferentes tableros de control enla planta.

Figura N 46 Organigrama de los tableros de control en la planta hidroelctrica


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4.0 Conclusiones

Una planta hidroelctrica es un sistema complejo integrado tanto por dispositivos mecnicos,hidrulicos y elctricos cuya finalidad principal es la produccin de energa elctrica para su usoen la industria, comercio y vivienda, entre otras aplicaciones.

Un buen sistema de potencia elctrico es aquel que posee tanto la frecuencia como el voltajeestables en sus valores nominales para cualquier condicin de carga en cualquier punto deoperacin del mismo. Esto debido a que las irregularidades en la frecuencia y el voltaje provocandaos en equipos y dispositivos elctricos, que a su vez por su mal funcionamiento puedencausar algn accidente donde se vea afectada la integridad fsica de las personas. Por lo tantodesde la generacin se debe mantener el valor de frecuencia y voltaje en sus valores nominales

para cualquier condicin de carga que se presente en el sistema de potencia elctrico.Esto se logra mediante el uso de sistemas de control automtico de la frecuencia y el voltaje

los cuales poseen caractersticas de operacin y construccin distintas dependiendo de latecnologa usada, el tipo particular de aplicacin y el fabricante, pero su fundamento terico es elmismo y se puede realizar su anlisis a partir de la teora general de controladores.

En este texto se analizaron los elementos de la planta, se mencionaron las variables acontrolar y los sistemas de control, se mencionaron sus caractersticas principales, su principiode funcionamiento as como las diferentes tecnologas empleadas.

Los sistemas de control evolucionan da con da volvindose ms precisos y velocesproporcionando mayores caractersticas de estabilidad y robustez al sistema de potencia y mejordesempeo del mismo, cada da se tiende a la automatizacin digital de los procesos, y sobre

todo el uso de interfases de computadora para que un usuario realice las correcciones y maniobradel sistema de la planta.

Probablemente la planta de generacin hidroelctrica del futuro sea totalmente automatizaday su control y maniobra sea asignado a un computador central, por lo que sus caractersticas dedesempeo sern muchsimo mejores que en la actualidad y la robustez del sistema de potenciasea tal que cualquier contingencia que se presente sea fcilmente resuelta, brindando an mayorconfianza a los usuarios y mayor seguridad para las personas en general.


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IE-431 Aplicacin de los sistemas de control en una planta generadora hidroelctrica 54

aplicacione del control en una hidroelectrica

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