<p>La curva de capacidad del generador define los límites dentro de los cuales puede entregar potencia reactiva de forma continua sin sobrecalentamiento. Calificación del generador se especifica en términos de MVA y factor de potencia a un voltaje terminal particular. La potencia activa entregada por el generador solo está limitada por la capacidad de entrega de energía de la turbina. Pero la potencia reactiva que un generador puede entregar continuamente sin sobrecalentamiento se rige por tres límites: límite de corriente de armadura, límite de corriente de campo y límite de calentamiento de la parte final.
Límite de corriente de armadura
La corriente de armadura es la corriente de carga en el devanado del estator. Deje que la corriente de armadura sea I. Esta corriente conducirá al calentamiento del devanado del estator debido a pérdida óhmica I2R en la resistencia del devanado del estator. Esto significa que el límite de enfriamiento del devanado del estator del generador impone una restricción. Idealmente, existe un equilibrio entre el calor producido por la pérdida I2R y el enfriamiento del devanado del estator. Pero si el calentamiento del devanado del estator es mayor que su enfriamiento, provocará un calentamiento excesivo y el consiguiente daño a la armadura del generador.
Por lo tanto, la corriente de armadura del generador no deberá exceder el valor máximo de diseño. Intentemos ahora trazar este límite de corriente de armadura en el plano PQ. Como sabemos que la potencia compleja se da como
P+jQ = VI* donde I* es conjugado de I.
= VI(CosØ + jSinØ)
Tomando módulo a ambos lados, obtenemos
P2 + Q2 = (VI)2 que es una ecuación de círculo con centro en el origen y de radio VI como se muestra a continuación.
El círculo de arriba representa el límite de calentamiento de la corriente del inducido en la operación del generador. El generador siempre se operará debajo del círculo para evitar el calentamiento.
Límite de corriente de campo
El límite máximo en el valor de la corriente de campo lo impone el calentamiento en el devanado de campo debido a la pérdida If2R donde R es el resistencia de devanado de campo. Esto significa que el generador solo puede suministrar/absorber un valor máximo fijo de potencia reactiva. Sabemos que, E = Vt + jIXs
donde E es el voltaje de excitación sin carga, Vt es el voltaje terminal, I es la corriente de carga y Xs es la impedancia síncrona del generador. La ecuación anterior se puede representar mediante el fasor como se muestra a continuación.
Del fasor anterior,
XsICosØ = ESinθ
⇒ ICosØ = (ESinθ) / Xs…………………………. (1)
XsISinØ = ECosθ – Vt
⇒ ISenØ = [(ECosθ) / Xs] – Vt………………………………(2)
Ahora, la potencia activa y reactiva entregada por el generador se puede calcular como
P = VtICosØ
= (EVtSinθ) / Xs …….[from equation (1)]
⇒ P = (EVtSinθ) / Xs …………….(3)
Tenga en cuenta que la ecuación anterior de potencia activa no es nueva, sino que es una ecuación muy famosa donde θ es el ángulo de carga.
Q = VtISenØ
= (EVtCosθ) / Xs –Vt2/Xs…….[from equation (2)]
⇒ (Q + Vt2/Xs) = (EVtCosθ) / Xs ……..(4)
Cuadrando (3) y (4) y luego sumando obtenemos,
P2 + (Q + Vt2/Xs)2 = (EVt / Xs)2
Suponiendo que el voltaje del terminal del generador Vt y la impedancia síncrona Xs sean constantes, la variable en la ecuación anterior es solo E y sabemos que E es un flujo de entrehierro. El flujo del entrehierro es directamente proporcional a la corriente de campo If. Por lo tanto, esta ecuación representa el lugar geométrico de la corriente de campo. La ecuación anterior es la ecuación del círculo con centro en (0, – Vt2/Xs) y radio (EVt / Xs). Este círculo se muestra a continuación.
El círculo de arriba representa el límite de calentamiento del campo. El generador debe funcionar dentro de este círculo para evitar el calentamiento del campo.
Calentamiento de la parte final
El calentamiento de la parte final pone un límite a la potencia reactiva del generador cuando la máquina está funcionando en condiciones de factor de potencia adelantado. El factor de potencia líder significa que la máquina está subexcitada, por lo que la corriente de campo aumentará para cumplir con el flujo de trabajo requerido. Esto causará más flujo final en la máquina que se unirá con la lámina del estator para causar calentamiento por corrientes de Foucault. Por favor lee Calentamiento de la parte final para el detalle
Hasta ahora hemos discutido las tres restricciones en la capacidad de potencia reactiva del generador. Ahora es el momento de resumir las tres restricciones para obtener la curva de capacidad del generador. La curva de capacidad del generador se muestra a continuación.
Se pueden observar y anotar los siguientes puntos de la curva de capacidad:
1) Los límites de calentamiento del inducido y del campo se muestran mediante la curva QR y QT respectivamente. Ambas curvas se cortan en el punto Q, lo que significa que el generador debe funcionar en este punto en condiciones de carga retrasada.
2) El calentamiento de la parte final se muestra mediante la curva RS para la condición de carga principal. Cabe señalar que las curvas de límite de calentamiento del inducido y límite de calentamiento de la parte final se cortan entre sí en el punto R. Este punto es el punto de operación del generador en condiciones de carga principal.
3) La operación del generador siempre debe estar confinada dentro de la curva de capacidad en todo momento que pueda dañarse debido al sobrecalentamiento.
4) La curva de capacidad es proporcionada por el fabricante y funciona como una guía para el operador del generador.
5) La curva de capacidad tiene que ver con el calentamiento de diferentes partes. Esto significa que si el refrigeración de la máquina aumenta, los límites de funcionamiento del generador también aumentarán. Esto significa que los límites individuales aumentarán y el límite de la operación se ampliará.
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