La Ley de Faraday 🧲⚡ es la encargada de explicar la generación de energía eléctrica en los generadores.
La fórmula de la Ley de Faraday se expresa como:
$$ \varepsilon =-N \frac{d\phi}{dt} $$
Donde:
Esto significa que para que exista tensión eléctrica en un circuito, debemos tener un campo magnético cambiante, en velocidad y/o en intensidad.
Una manera de lograr esto es con un campo magnético girando con bobinas a su alrededor.
El flujo magnético de una bobina es el siguiente. $$ \Phi = \frac{{N^2 \mu I A}}{{r}} = I*L $$
Nótese como la corriente es el único parámetro variable una vez construido el rotor.
En la mayoría de los generadores tenemos tres embobinados trifásicos de AC en el estator, y un embobinado de DC en el rotor, girando a una velocidad constante inducir una onda de voltaje especifica en la salida.
La tensión eléctrica de salida utilizada para la generación de energía tiene las siguientes características:
El generador por su diseño y geometría está configurado para generar una onda sinusoidal a 60Hz con una diferencia entre fases de 120° grados cuando gira a 3600 RPM.
Este control de velocidad se lleva a cabo por medio de la turbina y el control de las derivaciones de vapor, es independiente al control automático de voltaje y no debe variar de las 3600 PRM.
Manteniendo una velocidad constante la modulación de la tensión generada se limita a controlarse únicamente con la variación de la intensidad del flujo magnético.
La intensidad de flujo magnético en una bobina depende de su inductancia y la corriente que fluya por ella.
Afortunadamente al estar el rotor y el AVR conectados a DC se pueden simplificar a un circuito simple entre una fuente y una sola resistencia, donde se cumple la ley de Ohm simple.
Voltaje: $$V = R \cdot I$$ Corriente: $$I = \frac{V}{R}$$ Resistencia: $$R = \frac{V}{I}$$
Como la resistencia del rotor es fija y depende del cableado interno, la única manera de controlar la corriente es controlando el voltaje de alimentación hacia el rotor.
Por lo que el control de campo se lleva a cabo directamente por medio del control de voltaje de alimentación DC.
De manera simple podemos definir el AVR como una fuente variable de corriente directa para el rotor.
Pero para obtener esa fuente de DC debe primero rectificarse la alimentación de AC.
Para esto el AVR utiliza un rectificador de onda completa trifásico controlado.
El AVR también cuenta con otros sistemas.
En el caso de los generadores 5 y 6 de planta tenemos un regulador de voltaje automático (AVR) tipo MGR de excitación estática marca Westinghouse.
Normalmente el sistema se compone de dos cubículos, el cubículo de poder y el cubículo de lógica. Para sistemas de mayor potencia pueden existir más cubículos.
El cubículo de lógica contiene, un panel lógico, sistema de monitoreo, protecciones, ajustadores de voltaje y detección de tierra en campo. Es donde se ubican las tarjetas de control principal.
El cubículo de potencia contiene el panel de CA, panel convertidor, Panel de DC y poder auxiliar, y la tarjeta de disparos. Contactor principal, rectificador.
Los módulos de control son los siguientes:
8 : Breaker de poder DC
31: Contactor de flasheo de campo
31X: Contactor de flasheo de campo aux
31CS: Field/Flash Switch
31TD : Field flashing time Relay
41: Contactor/breaker fuente de AC
41X: Contacto aux de 41
41CS: Trip/Close
41TD: Regulator supply contactor/breaker relay
43CS: Local/remoto
52: Interruptor de Switchgear, BUS 13kv
86 : Relevador retiracion de exitacion
86ETD : exitacion removal timer
90A : auto/mode relay
90CS: auto/man switch
90XA: Regulator control relay
90AC: Ajustador de voltaje
90AC-CS : Auto Control Switch
90BC: Ajustador de base
90BC-CS : Base Control Switch
Hay 2 categorías principales de alarmas, las no críticas que no apagan el sistema y las críticas que apagan el sistema inmediatamente.
No criticas:
Criticas:
Los siguientes interruptores deben estar en el siguiente estado:
Generador trabajando a 95% de RPM o más.
Puesta en automático
El propósito del módulo de disparo es proporcionar pulsos temporizados a los tiristores para rectificar correctamente el voltaje de excitación en base a algunas señales analógicas.
Una referencia de voltaje alterno externo sirve para temporizar los disparos y rectificar el voltaje de salida.
El relevador 90A (Auto/Man) activa un interlock (K1) para la señal del módulo lógico.
4 entradas provocan ajuste de voltaje
El módulo contiene los siguientes circuitos:
Recibimos la referencia del BASE/ADJ y de la tarjeta Lógica para calcular la salida AN, también se reciben dos señales para mandar a un máximo o un mínimo la salida. Apague y Flasheo.
En la terminal AN se recibe la referencia analógica para un tiempo mínimo o máximo de disparo, lo que rectifica completa o parcialmente las ondas.
Amplifica la señal del disparo que va para el elemento de estado solido.
Se encarga de desfasar el voltaje de referencia para tener calcular el crucé de fases y temporizar disparos.
Este módulo es encargado de realizar el ajuste automático del AVR y mandar una referencia analógica a la tarjeta de disparo (ACR).
La configuración/modo del módulo permite controlar diferentes variables del generador, dependiendo su modo de operación.
El modo de operación
El modo de operación se define con los puentes H:
Solo puede usar un modo a la vez.
Una vez elegida la variable a controlar, la tarjeta lógica mezcla las señales para calcular el error entre la petición del usuario y la variable medida, después ajusta su salida acorde al error, sin embargo, la tarjeta limitadora también hace sus propios cálculos en base a la configuración y manda señales que contrarrestan la salida de la tarjeta lógica por medio de otras entradas.
A este módulo le llegan 5 señales de control principales
Referencia de las terminales del generador por transformadores de potencial (TPs) 13800V/120V
Referencia de la corriente en la salida del generador por medio de transformadores de corriente (TCs) 4A y una resistencia de 1 Ohm
Corriente en el campo de excitación por medio de resistencia Shunt
Referencia analógica de la tarjeta AUTO/ADJ (Salida 14)
Comunicación entre limitadora. (Señales atenuadoras)
El medidor de balance a contrario del diagrama sale de la terminal
La salida hacia tarjeta de disparo está en la terminal
COM:
Alimentación:
Resistencias de ajuste:
Ajuste de switches ver tabla
Las salidas de esta tarjeta son valores de referencia hacia la tarjeta lógica (Conector J1) y la señal de salida a el módulo de disparo (Terminal 11) (ACR)
Como mencionamos esta tarjeta tiene comunicación con la tarjeta lógica para contrarrestar los valores de salida de la lógica.
También tiene señales y alarmas para indicar el estado de los límites.
Alimentación del modulo
Referencia de corriente de campo (Shunt)
Referencia de voltaje de terminales generadores
Referencia de corriente de generador
Salidas a relevadores
Indicadores
El módulo de protecciones también está leyendo las referencias de campo, voltaje y corriente de generador.
El similar a la tarjeta de limitaciones.
Al sobrepasar los valores de referencia las configuraciones preestablecidas el módulo manda señales que actúan relevadores que dejan fuera al AVR.
Las señales son las siguientes:
Alimentación:
Referencias de entrada:
Salidas a relevadores
