Pruebas de circuito abierto y cortocircuito en los generadores

| 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