Cuando se tiene un sistema eléctrico que alimenta cargas eléctricas críticas, como es en el caso de un hospital, data center o una planta de operaciones-manufactura, es importante y necesario diseñar un sistema eléctrico que cuente con energía de respaldo de manera independiente a la red eléctrica de la empresa suministradora y/u otra acometida; es importante que provenga desde otra red de distribución para garantizar un servicio continuo que nos permita seguir alimentando dichas cargas críticas.
Un punto importante para asegurar la continuidad en el suministro de energía eléctrica es que este sistema de respaldo cuente con generadores de emergencia, normalmente, se considera un solo generador para respaldar el sistema eléctrico.
Para el caso de sistemas eléctricos con cargas críticas se recomienda que los sistemas de emergencia consideren varios generadores sincronizados que permitan respaldar el sistema eléctrico que alimenta estas cargas.
Si se utiliza un solo generador y por alguna razón éste llegará a fallar se perdería totalmente el respaldo de energía eléctrica y lo mismo sucedería cuando el generador requiriera de algún mantenimiento preventivo. En cambio, sí el sistema eléctrico cuenta con varios generadores, se incrementa la confiabilidad ya que, si en algún momento se requiere respaldar por medio de los generadores de emergencia el suministro eléctrico y se llegara a presentar alguna falla en cualquiera de los generadores, no habría pérdida total de potencia en la carga.
Una de las ventajas de tener generadores que operan en sincronía es que permite que alguno de estos pueda quedar fuera de sincronía y del sistema para realizar el mantenimiento preventivo. Para contar con estas condiciones es necesario realizar la sincronización de los generadores eléctricos.
La sincronización de generadores eléctricos en paralelo consiste en poner en las mismas condiciones los parámetros de los generadores eléctricos a sincronizar. Una mala sincronización puede ocasionar fallas en los motores, así como algún daño en los equipos del sistema eléctrico.
Condiciones necesarias para sincronizar generadores
Condiciones necesarias para sincronizar generadores
- Los valores de nivel de tensión de los dos generadores deben ser de la misma magnitud.
Onda senoidal de tensión de tensión de C.A
- Los dos generadores en paralelo deben tener la misma secuencia de fase.
Diagrama fasorial de secuencia de fases.
- Los ángulos de fase deben ser similares.
- La frecuencia de ambos generadores se debe de encontrar en el mismo valor.
Pero ¿cómo operan estos generadores y por qué es importante realizar una adecuada sincronización de ellos?
Pero ¿cómo operan estos generadores y por qué es importante realizar una adecuada sincronización de ellos?
Cuando se tienen dos generadores en paralelo la potencia activa y la potencia reactiva del sistema es la suma de los aportes de cada uno de los generadores; cuando ocurre una variación de velocidad en cualquiera de estos y se tienen cambios en la frecuencia de ellos, provoca que un generador suministre más potencia activa que el otro.
Al incrementar la corriente de campo de alguno de los generadores, se incrementa el voltaje interno de éste, es decir, aumenta el voltaje en las terminales y el aumento en el suministro de potencia reactiva, mientras disminuye la potencia reactiva suministrada por el otro generador.
Para poder lograr un adecuado funcionamiento de estos sistemas es de vital importancia llevar a cabo una sincronización adecuada, ya que las repercusiones de no hacerlo pueden incluir:
Efecto ángulo de fase
Un excesivo ángulo de fase puede causar un agudo golpe en las máquinas cuando el interruptor opera en estas condiciones y en algunos casos puede ser causa de estrés o desbalance de los motores. Cada ciclo de sincronización en estas condiciones puede acumular fatiga al motor reduciendo su vida útil de manera considerable; la suma de todas las fatigas individuales da como resultado la fatiga total del motor. Es importante recordar que la relación entre la sobrecarga mecánica y la fatiga no es lineal, es decir, un pequeño aumento de la sobrecarga redunda en un aumento considerable de la fatiga.
Efecto de una excesiva frecuencia
Los accidentes de operación que ocurren con frecuencia son la inversión de fases; puede ocurrir que el relé de sincronización automática cierre un interruptor cuando la diferencia de fase es la indicada, pero puesto que el tiempo de cierre del interruptor es constante, este puede cerrar fuera del ángulo indicado. Hay que recordar que la energía cinética del generador depende de la velocidad de giro, por lo tanto, en el momento de entrar a la barra común ocurrirá un intercambio de energía considerable, puesto que se obliga al generador a mantenerse en la frecuencia del otro, reduciendo la vida útil del generador que entra. También, es probable que la frecuencia de oscilación de la excitación coincida con la frecuencia natural de resonancia del cigüeñal del generador, un error de frecuencia puede ser causa de disturbios en un sistema de potencia, si la oscilación excede los límites de estabilidad puede ocasionar daño a otros equipos.
Efecto de un elevado voltaje de generador
Al momento que opera el interruptor es posible que alguna diferencia de voltaje provoque flujos de reactiva entre los generadores. Si el generador entrante tiene un elevado potencial mayor al del sistema, el generador suple de potencia real. Si bien es cierto que diferencias de potencial de hasta un 20% no afectan de forma significativa la sincronización de un generador a una barra común, sí es posible que el flujo de reactiva del generador pueda dañar el estator por sobrecalentamiento.
Si quieres conocer los métodos para realizar la sincronización de un generador eléctrico ¡no te pierdas la segunda parte de este artículo! Además, recuerda que en la AMENEER podemos asesorarte en temas de eficiencia energética, ¡contáctanos!