22 votos

Mantenerse en fase en la red

Llevo más de cuarenta años trabajando como electricista y nunca he encontrado la respuesta correcta a esta pregunta: ....

¿Cómo garantizan las centrales eléctricas y las estaciones de conmutación de transformadores que la energía que inyectan a la red está en fase con la energía existente en las líneas?

Sé que se toman MUY en serio el ajuste de la frecuencia de línea con una precisión ridícula. Sin embargo, es evidente que no se puede conectar una línea eléctrica a otra que esté desfasada 180 grados. Incluso una pequeña desviación causaría un enorme consumo en el sistema y generaría una forma de onda de CA bastante extraña y fuera de especificación.

Vale, puedo imaginar una solución en la central eléctrica que utilice la frecuencia de la línea de destino para sincronizar los alternadores antes de accionar el interruptor, quizás. Sin embargo, esa estación de conmutación a 100 km de distancia podría conmutar a una línea de un alternador diferente que está mucho más cerca o más lejos y, en consecuencia, en un punto diferente del ciclo de fase...

¿Cómo lo hacen...

Tenga en cuenta que NO es lo mismo que "¿Cómo sincronizar un generador en la red eléctrica?" Ese artículo sólo se refiere a un generador local y, en mi opinión, no es lo mismo que la red eléctrica principal y la conmutación de transformadores.

18voto

user44635 Puntos 4308

Antes de conectar un generador a la red, lo hacen girar más o menos a la velocidad adecuada. A continuación, conectan lo que básicamente es un voltímetro entre una fase del generador y la fase de línea correspondiente. Ajustan el accionamiento del generador hasta que la tensión observada es
a) cambian muy lentamente (diferencia de frecuencia por debajo de cierto umbral) y
b) desciende por debajo de un umbral de tensión bajo (diferencia de fase lo suficientemente cercana como para que el flujo de energía resultante al accionar el interruptor grande sea manejable).

Una vez que el generador está conectado a la red, siempre permanece en fase. Si no se acciona mecánicamente, actuará como un motor. La cantidad de energía que extrae o exporta a la red está controlada por la fuerza con la que se acciona mecánicamente.

Cada generador está conectado a su parte local de la red, sincronizada con su frecuencia local. Habrá una ligera diferencia de fase entre el generador y la red local. Si el generador está suministrando energía a la red, su fase estará ligeramente adelantada. Cuanto mayor sea la potencia suministrada al generador, mayor será la diferencia de fase y mayor será la potencia exportada a la red.

Este "flujo de energía sigue la diferencia de fase" se extiende a zonas enteras de la red. Si hay una gran carga en el sur, los generadores del sur se ralentizarán inicialmente, retrasando su fase con respecto al norte. Esta diferencia de fase creará un flujo de potencia de norte a sur.

Cuando se dispone de una red nacional, la dirección se esfuerza mucho por no dejar que ninguna parte importante quede "aislada" de la otra. Una vez que se separan en fase, puede pasar mucho tiempo antes de que puedan volver a juntarse, ya que el ajuste de fase tendrá que ser exquisitamente preciso para evitar un enorme flujo de energía en el momento de la conexión.

Cuando hay que conectar dos redes controladas por separado, por ejemplo mediante el cable submarino anglo-francés, se hace con corriente continua. En el extremo receptor es fácil sincronizar los inversores con la red.

Para mantener la red en fase con una media de 50 ciclos por segundo a lo largo de un día, basta con inyectar más o menos energía, para acelerar o ralentizar la frecuencia de la red respectivamente, normalmente por la noche, cuando hay algo más de holgura en la demanda.

16voto

b-rad-b Puntos 6

Estás confundiendo un número exacto de ciclos durante un periodo de 24 horas con un control instantáneo muy rígido de la frecuencia. No es así como se hace en la mayoría de los sitios.

La frecuencia se mantiene en en torno a su frecuencia nominal ajustando la generación a la carga: todo el tiempo que la carga sea mayor que la generación, la frecuencia irá (muy) gradualmente disminuyendo, y todo el tiempo que la carga sea menor que la generación, la frecuencia irá aumentando.

La inercia es enorme y, en general, tanto la carga como la generación cambian de forma bastante gradual, por lo que hay mucho tiempo para hacer ajustes en los generadores (o en las cargas, cuando la gente ha contratado el control de sus cargas de esta forma) para mantener el sistema equilibrado. La frecuencia puede oscilar entre varios límites (operativos y reglamentarios).

Al menos en el Reino Unido, el número correcto de ciclos al día se mantiene controlando la "hora real" y la "hora de red", y la red funciona un poco rápido o un poco lento para asegurarse de que no se distancian demasiado.

Allí son referencias de frecuencia precisas que se utilizan en el sistema de control de la red, que es con lo que se comparan o miden, pero la propia red no está bloqueada en fase o frecuencia de ninguna manera directa.

En la parte inferior izquierda de la gran pantalla de esta imagen hay un gráfico con un trazo vertical amarillo ondulado: es la frecuencia de la red nacional del Reino Unido durante un tiempo antes de que se tomara la foto. Como puedes ver, no está muy ajustado a nada, aunque el gráfico probablemente sólo sea de ±0,3 Hz.

enter image description here

7voto

Roboblob Puntos 1129

Utilizan un Sincroscopio. He visto hacer esto en salas de control de centrales eléctricas.

https://en.wikipedia.org/wiki/Synchroscope

enter image description here

5voto

user69260 Puntos 672

Tener partes de un sistema eléctrico individual funcionando con ángulos de fase diferentes de otras partes es rutinario e inevitable. Esto no es un problema hasta que es necesario volver a conectar las partes. En la empresa en la que trabajé, el personal de mantenimiento conectaba un medidor de fase a cada una de las piezas. Debido a la diferencia de fase, el fasímetro funcionaba como un reloj, indicando la diferencia de fase instantánea. La persona que realizaba la conexión (normalmente mediante un disyuntor accionado eléctricamente) simplemente cronometraba el cierre del disyuntor para el instante en el que el fasímetro mostraba una diferencia de fase cero. Como este punto cero se produce cada pocos segundos, no es difícil detectarlo. Incluso lo utilizamos con nuestra estación convertidora HVDC Back-to-Back; funciona muy, muy bien.

3voto

Graham Puntos 141

Hace 20 años, justo después de la universidad, trabajé en una empresa que hacía exactamente esto.

Antes había todo tipo de complejos circuitos de ajuste de fase con una compleja electrónica analógica. Hoy en día no suele ser así.

Por aquel entonces, mi empresa se especializaba en tecnología de conversión CA/CC de alta tensión. Construyeron el primer enlace a través del Canal de la Mancha y, desde entonces, varios enlaces HVDC en todo el mundo. (En largas distancias, las pérdidas en los cables debidas a la reactancia son importantes, por lo que la corriente continua proporciona una transmisión más eficiente). Cuando la corriente continua se convierte en alterna (con un inversor muy suave y de gran potencia), se puede sincronizar el tiempo para que la corriente alterna resultante esté exactamente en fase con la red local.

A medida que la electrónica de alta potencia se hacía más eficiente, la gente se dio cuenta de que era más eficaz convertir de CC a CA y de nuevo a CC que utilizar métodos alternativos. El resultado se llama "convertidor back-to-back". Mientras que un enlace de canal cruzado tendría kilómetros de cable entre los convertidores de CA a CC y de CC a CA, un esquema back-to-back sólo tiene unos pocos metros de barra colectora extremadamente gruesa.

Por supuesto, la conversión no es eficiente al 100%, por lo que los componentes electrónicos se montan en disipadores refrigerados por agua y todo se supervisa con mucho cuidado. Pero es lo bastante eficiente como para que las pérdidas sean perfectamente aceptables a cambio de que la energía vaya a la red perfectamente en fase.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X