Los beneficios y riesgos del método de excitación retasada

Marcelo Algrain, Ph.D.
Sr. Director técnico de ingeniería
División de corriente eléctrica, Caterpillar Inc.

Marzo de 2018

INTRODUCCIÓN

Entre otras condiciones, para conectar las salidas eléctricas de dos o más fuentes de generación de CA, sus voltajes, frecuencias y ángulos de fase deben estar estrechamente relacionados. Los sincronizadores automáticos suelen utilizarse en todo el sector de la corriente eléctrica con este propósito. En aplicaciones donde es fundamental acelerar la puesta en paralelo de varios grupos electrógenos en un bus común, un enfoque viable es emplear un método alternativo llamado excitación retrasada o puesta en paralelo de campo muerto, si se implementa correctamente. El uso indebido de este método aumenta el riesgo de daño del equipo.

DEBATE

El método de aceptación mundial que se emplea para obtener el funcionamiento en paralelo de varios grupos electrógenos depende de un sincronizador automático y de unidades de distribución de carga. Esta combinación suele denominarse controles de puesta en paralelo convencionales. El enfoque básico es alinear estrechamente las formas de onda de voltaje de CA de dos o más fuentes de generación antes de conectarlas a la electricidad (es decir, cerrar los disyuntores en un bus eléctrico común). Existe también un método alternativo conocido como sincronización de excitación retardada o puesta en paralelo de campo muerto. En una versión antigua de este método, los disyuntores del generador se cerraban cuando el grupo electrógeno alcanzaba su máxima velocidad; el magnetismo residual de la máquina inducía un voltaje parcial en los generadores que los conduciría a la sincronización (básicamente, alinear los ángulos de fase ya que la frecuencia ya se encontraba en el valor nominal). Luego, la excitación del campo aumentaba gradualmente hasta alcanzar el voltaje máximo y los generadores estaban listos para recibir la carga. Siguiendo esta secuencia, el riesgo de dañar el equipo era muy bajo, pero la puesta en paralelo tomaba mucho tiempo. Con la llegada de los sincronizadores automáticos modernos, la práctica de puesta en paralelo de campo muerto original prácticamente se interrumpió.

En una versión posterior de la puesta en paralelo de campo muerto, el problema del tiempo prolongado de sincronización se resolvió cerrando los disyuntores y activando la excitación cuando los generadores (dos o más) aumentaban la velocidad. Hay algunas variaciones leves, pero generalmente se ajustan con esta temática en común: algunos proporcionan una medida de control a través de la manipulación del AVR (regulador de voltaje). Dado que las máquinas eléctricas se impulsan mediante motores independientes que alcanzan velocidad por separado, cualquier discrepancia en las velocidades haría que la máquina eléctrica funcione más rápido para actuar como generador (al aplicar par de frenado al motor para ralentizarlo) y que la máquina eléctrica funcione más despacio para actuar como motor (ayudando al motor a alcanzar velocidad). A través de este mecanismo de producción/absorción de par, los grupos electrógenos arrancan en sincronía a medida que aumentan la velocidad. Aunque esto disminuye significativamente la sincronización, aumenta el potencial riesgo de dañar el equipo. Si la excitación es demasiado alta en velocidades bajas, el riesgo de dañar los empaques de diodo en los generadores autoexcitados aumenta. Si la excitación es demasiado alta en velocidades más altas, el riesgo de dañar el excitador aumenta. Dado que los generadores no fueron diseñados ni probados específicamente para esta modalidad de operación, no se sabe bien cuáles son los parámetros para "demasiado alto" o "demasiado bajo". Se debe tener cuidado con el diseño del sistema para reducir el riesgo del equipo e implementar medidas de seguridad para cancelar el proceso de excitación retrasada (p. ej., abrir los disyuntores si la diferencia de velocidad entre los impulsores primarios es significativa o si se miden grandes corrientes inversas, etc.). Debido al posible riesgo para el equipo, el uso de puesta en paralelo de campo puerto se limitó a casos especiales en los cuales la necesidad de una puesta en paralelo rápida superaba el posible riesgo para el equipo y la instalación y donde el sistema diseñado pudiera diseñarse e implementarse para garantizar una funcionalidad y una protección adecuadas.

CONCLUSIÓN

Dada la demanda del mercado por sistemas con puesta en paralelo de menos de 10 segundos, ha crecido el interés por la puesta en paralelo de campo muerto. A pesar de que otros fabricantes de controles de puesta en paralelo ahora ofrecen variantes de puesta en paralelo de campo muerto como opción en sus controladores de nivel superior y la evolución de la tecnología de excitación retrasada, se recomienda que solo se considere la adopción de la aplicación de la puesta en paralelo de campo muerto en sistemas que requieren tiempos de puesta en paralelo que no pueden alcanzarse con medios más convencionales. No debe utilizarse como una solución de puesta en paralelo convencional. La cuidadosa selección de la lógica y los parámetros de control es fundamental para garantizar la correcta funcionalidad, la protección del sistema y reducir el riesgo para el equipo.