Protección Diferencial de Generadores

Una protección efectiva de generadores frente a fallas internas y externas presupone la implementación de un determinado número de dispositivos de protección. La protección diferencial de un generador - que abarca fallas internas tales como cortocircuitos, contactos a tierra de espiras y devanados, o contactos dobles a tierra - sirve como protección principal. El sistema de LN "Protección diferencial de generadores", aquí presentado, constituye sólo una parte de la oferta para la protección de generadores. En este sistema de enseñanza, al igual que en situaciones reales, el relé de protección se conecta a través de un transformador de corriente. Como generador se emplea una máquina trifásica de 1 kW, con inducido de polos lisos. Como accionamiento se utiliza una máquina de corriente continua. El relé de protección utilizado es de diseño digital y se puede parametrizar a través del sistema de ajuste del panel frontal o, de manera opcional, por software.

Componentes de una Generador

Componentes de un Generador de Corriente Alterna
Los principales componentes de un generador de corriente alterna son los que se muestran a continuación:
Estator.
Rotor.
Sistema de enfriamiento.
Excitatriz.
Conmutador.
ESTATOR: Los elementos mas importantes del estator de un generador de corriente alterna, son las siguientes:
Componentes mecánicas.
Sistema de conexión en estrella.
Sistema de conexión en delta.
Componentes mecánicas. Las componentes mecánicas de un generador son las siguientes:
La carcaza.
El núcleo.
Las bobinas.
La caja de terminales.Sistema de conexión en estrella. Los devanados del estator de un generador de C.A. están conectados generalmente en estrella, en la siguiente figura T1, T2, T3 representan las terminales de linea (al sistema) T4, T5, T6 son las terminales que unidas forman el neutro.

EL ROTOR: Para producir el campo magnético sobre el rotor se utilizan polos que consisten de paquetes de laminaciones de fierro magnético (para reducir las llamadas corrientes circulantes) con conductores de cobre arrollados alrededor del hierro, estos polos están excitados por una corriente directa. Los polos del rotor se arreglan por pares localizados o separados 180º. Desde el punto de vista constructivo, los rotores se construyen del tipo polos salientes (baja velocidad) o rotor cilíndrico (alta velocidad).

En el rotor se encuentran alojadas las bobinas del devanado de campo que inducen el voltaje en el devanado de armadura, en donde se encuentran las bobinas que determinan si el generador es monofásico o trifásico.Voltaje de salida monofásico. un generador que tiene un voltaje de salida monofásico, se lo denomina generador monofásico. Este voltaje de salida se obtiene con un conjunto de bobinas de armadura en el estator, si se trata de un generador monofásico de dos polos; entonces, se dice que estos polos son Norte y Sur con conductores que son parte de los conductores de armadura continuos y que llenan las ranuras del estator.Las ranuras están separadas mecánicamente y eléctricamente por 180º, de modo que cuando el flujo proveniente del polo norte intercepta el lado A(1) del conductor, el flujo que retoma al polo sur intercepta al lado A(2) del conducto, obteniéndose como resultado la generación de un pico de voltaje entre A(1) y A(2). Cuando los polos norte y sur están perpendiculares con respecto al plano de los conductores A(1) y A(2), no hay lineas de fuerzas que intercepten los conductores y, entonces la diferencia de voltaje entre A(1) y A(2) es cero. Cuando el rotor completa una revolución (360º) se dice que ha completado un ciclo.

Tipos de Plantas Generadoras de Electricidad

Tipos de Plantas Generadoras de Electricidad

1.Hidroeléctrica: la mas económica de todas; a la larga, ya que requiere una inversión inicial muy elevada.
Es necesario que existan saltos de agua y ríos de gran capacidad para poder construir una central de generación de este tipo.
¿Como Funciona? Se selecciona un lugar donde exista una cascada y entonces se almacena el agua en grandes lagos por medio de una inmensa pared de concreto o represa y progresivamente se va dejando pasar el agua hacia el otro extremo de la represa.
El agua que se va soltando se hace chocar contra las aspas (álabes) de una inmensa turbina, que forma parte del generador, para así moverla (entregarle energía mecánica) y éste a su vez producir electricidad.
2.Termoeléctrica: produciendo electricidad a partir de la combustión de: Gas, Petróleo o Carbón.
En este caso se quema el combustible para calentar grandes calderas de agua y producir vapor de agua, éste vapor a alta presión es disparado contra las aspas (álabes) de grandes generadores, moviéndolos y produciendo la energía mecánica necesaria para convertirla posteriormente en energía eléctrica.
3.Diesel: En este caso se quema combustible (gas, gasoil, gasolina, etc.), para hacer funcionar un motor de combustión interna (similar al de cualquier vehículo). Este motor se conecta a un generador para moverlo y entregarle la energía mecánica necesaria para que producir electricidad.
4.Nuclear: En este caso se utiliza el poder calorífico de la fusión nuclear para producir electricidad
5. Eólica: Es el viento en este caso quien mueve las aspas de una especie de molino y estas mueven (entregan energía mecánica) un generador para producir electricidad.
6.Solar: Esta es producida a partir de la energía del sol, a través de grandes paneles solares.

Protección de generadores

Protección de generadores:Los generadores representan el equipo más caro en un sistema eléctrico de potencia y se encuentran sometidos, más que ningún otro equipo del sistema, a los más diversos tipos de condiciones anormales. Las razones que se exponen a favor de minimizar la cantidad de equipos de protección automática son:
A razón de más equipo automático, mayor es el mantenimiento, y si el mantenimiento es defectuoso el equipo se torna menos confiable.
El equipo automático puede actuar incorrectamente y desconectar el generador de forma innecesaria. En algunas ocasiones, el operador puede evitar que un generador salga fuera de servicio en el caso de que su salida implique un trastorno significativo para el sistema eléctrico al que se encuentra conectado. Casi la totalidad de las objeciones a los equipos de protección automática no apuntan a que el relé no opere cuando debiera hacerlo, sino que lo haga incorrectamente poniendo al generador fuera del servicio.
No puede negarse la gravedad que puede significar para un sistema eléctrico la desconexión momentánea e innecesaria de un generador; pero tampoco puede evitarse ese daño mediante la falta de una protección necesaria.
En casi la totalidad de los países de nuestra Región, la protección de los generadores frente a la posibilidad de daños significativos es más importante que la protección a la continuidad momentánea del servicio del sistema eléctrico al que están conectados.
Una consideración a tener en cuenta al analizar las protecciones de un generador y que no se manifiesta en los restantes equipos que conforman un sistema eléctrico, es el hecho que la apertura de su interruptor principal es condición necesaria, pero no suficiente para evitar la prolongación de ciertos daños.

Tipos de Generadores Electricos

TIPOS DE GENERADORES ELÉCTRICOS
Como hemos visto anteriormente, la energía eléctrica se puede obtener a partir de otro tipo de energía, por medio de maquinas o dispositivos que denominamos generadores. Por su incidencia industrial , o cantidad de electricidad producida, los mas importantes, con mucho , son los :
1-GENERADORES ELECTROMECÁNICOS
En los que un motor de cualquier tipo (térmico alternativo, turbinas de vapor, o gas , hidráulico, eólico ) mueve el eje de una maquina eléctrica basada en la ley de Lenz, o sea en las corrientes inducidas en los bobinados de la maquina , por los campos magnéticos que ella misma crea o existen en su interior.
La mayoría son ALTERNADORES TRIFÁSICOS, que producen tensiones normalizadas en corriente alterna que pueden inyectarse a la red general por medio de transformadores, y su energía puede ser consumida incluso a miles de kilómetros.
Existen también generadores electromecánicos de corriente continua, llamados DINAMOS, pero su importancia actual es mínima , debido a la mayor eficiencia de la producción y sobre todo del transporte de la corriente alterna. También es debido al menor coste, simplicidad, y constancia de la velocidad de giro del motor asíncrono trifásico, el mas importante en la mayoría de la aplicaciones industriales. Prácticamente la totalidad de la energía eléctrica del planeta es producida por estos alternadores.
Cuando se precisa corriente continua,(por ejemplo, para electrónica, o para almacenaje,)se rectifica la alterna. También, la facilidad de regulación vía electrónica por los semiconductores, de los motores industriales de alterna, está propiciando la desaparición de los motores y generadores de corriente continua para potencias grandes y medias .
Recordemos que la energía eólica, es energía cinética del viento que mueve un generador mecánico, la energía nuclear produce calor en los reactores, calor que vaporiza el agua que mueve las turbinas de vapor que a su vez mueven generadores electromecánicos. Análogamente con las centrales hidráulicas y mareomotrices, también mueven generadores electromecánicos.
2-GENERADORES ELECTROQUÍMICOS
Son pilas o baterías recargables de acumuladores. Se basan en fenómenos electroquímicos, producidos por intercambios y trasiegos iónicos entre metales sumergidos en electrolitos. Las pilas desechables se usan en pequeñas aplicaciones eléctricas.
Los acumuladores eléctricos se utilizan para almacenar la corriente eléctrica producida por otros medios y utilizarla cuando sea preciso. Se utilizan cada vez mas en tracción eléctrica, (carretillas, automoción)
Los mas extendidos son de Pb-ácido y alcalinos de Ni-Cd y Ni-MeH. El gran peso y coste respecto a la pequeña energía almacenada son sus inconvenientes.
Actualmente, no se conoce un método de almacenamiento masivo y rentable de energía eléctrica, y en su enorme mayoría debe consumirla a la velocidad que la produce.
Actualmente hay una corriente de investigación mundial tendente al almacenamiento de energía eléctrica vía producción de H2, pero aun está en fase de I+D
FASE DE DESCARGA FASE DE CARGA
ACUMULADOR DE PLOMO
3-GENERADORES FOTOVOLTAICOS
Por su creciente importancia como energía renovable y de bajo impacto ambiental y visual, ausencia de piezas móviles, y casi nulo mantenimiento, , los paneles fotovoltaicos de silicio amorfo o monocristalino, constituyen un medio de producción en constante desarrollo y creciente uso, sobre todo en zonas remotas, (ya que su coste de fabricación es aun relativamente alto, y no puede competir con la red eléctrica convencional donde ésta esté implantada).
Generan corriente eléctrica continua directamente de la energía radiante solar, por fenómenos fotovoltaicos en el silicio, que no son explicables intuitivamente y requieren modelos quánticos para una mejor comprensión. Las energías renovables son dispersas (de baja concentración), y de flujo no constante, y requieren captadores relativamente extensos respecto a la potencia suministrada.
En la practica se obtienen potencias máximas de unos 100 a 150 w por m2 de panel captador (en latitudes próximas a Canarias) cuyo coste actual es del orden 600 € /m2.
La energía de estos paneles se acumula en baterías , y de ellas o bien se usa directamente la corriente continua, o se transforma con facilidad en alterna por onduladores electrónicos.