CURS 4

Partea Electric a Centralelor

CURS 22. Noiuni privind generatoarele sincrone (GS)

2.1 Consideraii generale

Pentru producerea energiei electrice n curent alternativ trifazat, n centralele electrice se folosesc n majoritatea cazurilor generatoarele sincrone (GS). Cele care debiteaz pe o reea proprie sunt ntlnite destul de des n instalaiile mobile sau n reelele izolate, adesea fiind utilizate ca surse de rezerv pentru alimentarea cu energie electric a unor obiective mai importante n caz de avarii ale sistemului energetic.

GS este o main electric rotativ cu nfurarea statoric conectat la o reea de curent alternativ, iar cea rotoric (care face parte din inductor) este alimentat n curent continuu.

Turbogeneratoarele sunt antrenate de turbine cu abur, gaze sau motoare Diesel i funcioneaz la viteze mari, n0=(1500-3000) rot/min. Au numr mic de poli, cei rotorici fiind poli necai (rotorul este monobloc cilindric, prevzut cu crestturi rotorice), adic se asigur un ntrefier constant, iar arborele este orizontal.

Hidrogeneratoarele au ca main primar o turbin hidraulic; turaia n acest caz este de ordinul sutelor de rotaii pe minut, iar numrul polilor este mai mare. Au polii rotorici proemineni, iar ntrefierul nu mai este constant de-a lungul circumferinei interioare a statorului. Arborele este de obicei vertical.

Puterea debitat de un generator sincron poate fi scris ca fiind:

,

n care k reprezint un coeficient de proporionalitate; D diametrul rotorului, n m; L- lungimea, n m; n0 - turaia de sincronism, n rot/ min; A densitatea de curent din nfurare, n A/mm2; B - inducia cmpului magnetic, n Wb /m2.Creterea puterii unitare presupune mrirea fie a dimensiunilor mainilor, fie a solicitrilor electrice i magnetice din main.

Din analiza funcionrii mainii sincrone rezult c prin mrirea tuturor dimensiunilor mainii de un numr de p ori, la aceleai solicitri electrice i magnetice, puterea mainii crete de p4 ori, pierderile n fier i nfurri cresc de p3 ori, iar suprafeele de rcire cresc de p2 ori [3].

Ca urmare a aciunii forelor centrifuge, care tind s smulg nfurrile, diametrul rotorului D este limitat la aproximativ un metru. De asemenea, mrirea lungimii L peste 10-15 m este limitat din cauza masei mari, care ar solicita lagrele, ar scdea frecvena proprie de oscilaie i ar conduce la pericolul de rezonan i de distrugere a rotorului. Creterea induciei magnetice B este limitat de saturaia miezului magnetic.

Singura posibilitate real de mrire a puterii GS este mrirea densitii de curent A i rezolvarea problemelor legate de evacuarea cantitii de cldur corespunztoare tuturor pierderilor dependente de curent.2.2 Ageni i sisteme de rciren principal, nclzirea trebuie limitat i controlat deoarece:

limita pn la care se poate ajunge cu temperatura nfurrii este dictat de clasa de izolaie din care face parte materialul izolant;

exist pericolul apariiei unor solicitri mecanice periculoase din cauza dilatrilor diferite ntre materialele folosite n main (fier, cupru etc.).

Cldura transmis de o parte a generatorului agentului de rcire depinde de mrimea suprafeei prii respective, de coeficientul de transfer de cldur i de diferena de temperatur ntre partea respectiv a GS i agentul de rcire.

Dup modul de cedare a cldurii de la prile active ale mainii spre mediul de rcire se deosebesc:

rcirea indirect cldura se dezvolt n nfurri, ajunge la mediul de rcire trecnd prin izolaia conductoarelor i crestturilor i prin fierul miezului magnetic;

rcirea direct canalele de rcire parcurse de mediul de rcire sunt amplasate n crestturi sau chiar n interiorul barelor elementare ale nfurrilor i astfel cldura dezvoltat n conductoarele nfurrilor trece direct la mediul de rcire.

2.2.1 Rcirea generatoarelor cu aerUtilizarea aerului ca mediu de rcire la puteri ale GS din ce n ce mai mari impune mrirea suprafeelor de rcire (se prevd canale longitudinale i transversale) i a debitului de aer (deci i a gabaritului instalaiei).

Rcirea cu aer (forat cu ventilatoare cu aer) se poate face n circuit deschis sau n circuit nchis.

n cazul rcirii cu aer n circuit deschis, aerul se absoarbe din exterior, se trece printr-un filtru, se introduce n GS i se evacueaz dup ce a preluat cldura. Dintre dezavantajele rcirii cu aer n circuit deschis se pot meniona:

orict s-ar filtra aerul, acesta rmne impur i devine o surs important de defecte;

la apariia unui defect de natur electric, oxigenul din aer alimenteaz incendiul i l amplific;

conductele de aer (rece i cald) ocup mult spaiu i mresc considerabil zgomotul din sala mainilor.

n cazul rcirii cu aer n circuit nchis este necesar un schimbtor de cldur. Aerul cald se trece prin schimbtorul de cldur, se rcete i se rentoarce n main.

Turbogeneratoarele rcite cu aer se caracterizeaz prin robustee, spaiu redus, fundaii simple, interfee puine cu alte sisteme, nu necesit butelii de hidrogen i/sau CO2, au puine piese complexe, mentenana i supravegherea se efectueaz uor, au o bun fiabilitate, sunt sigure i simple.

Puterea nominal a generatoarelor rcite cu aer a fost ntotdeauna adaptat evoluiei turbinelor. Seria generatoarelor de 300 MVA rcite cu aer a fost introdus n anul 1995 i sunt n funciune 30 de astfel de grupuri la 50 Hz i 60 Hz, n centrale cu turbine pe gaze. Statorul este cu bobinajul din cupru, iar rcirea acestuia se face indirect. Eforturile intensive pentru dezvoltarea acestei tehnologii au fcut posibil creterea progresiv a puterii grupurilor, ajungndu-se n anul 1998 la testarea grupurilor de 480 MVA, iar n anul 2000 - a celor de 500 MVA (figura 2.1).Principalele contribuii la creterea puterii nominale constau n:

mrirea dimensiunilor active ale generatorului prin:

creterea diametrului rotorului D cu 9%;

creterea lungimii active L cu 17%;

mrirea densitii de curent A cu 20% prin:

curarea sistemului de rcire, utilizarea unui curent invers (rcirea axial a rotorului i segmentarea axial a statorului rcit radial, ca n figura 2.2);

schimbarea clasei de izolaie F (utilizate pn acum), cu clasa de izolaie H (izolaia barelor statorului se realizeaz din Micadur(, izolaia crestturilor pentru bobinajul rotorului este fcut din Nomex, etc.).Rcirea cu aer conduce la micorarea randamentului ca urmare a pierderilor prin ventilaie (care n cazul puterilor de peste 50 MW sunt aproximativ 50% din pierderile totale din generator).Fig. 2.1. Evoluia puterilor unitare ale grupurilor rcite cu aer

Fig.2.2. Circuitul de rcire cu aer al turbogeneratorului de 480 MVA

Tabel 2.1.Date tehnice comparative a unor generatoare rcite cu aer din noua generaie [24]

Puterea nominal debitat (la 40(C, conform recomandrilor CEI 34)MVA300480500

Rcire-aeraerhidrogen

Tensiune la bornekV192321

FrecvenHz50

Factor de putere-0,80,850,8

Excitaie-static

Eficien (valori msurate)

- ncrcare 100%

- ncrcare 75%%

%98,75

98,5798,72

98,5498,90

98,92

Mas totaltone334429425

Lungime ansamblum11,914,114,6

Fig.2.3. Defalcarea pierderilor la tipurile de generatoare menionate n tabelul 2.1

2.2.2 Rcirea generatoarelor cu hidrogenn cazul utilizrii hidrogenului ca mediu de rcire, gradul de puritate are efect considerabil asupra densitii, cldurii specifice i a conductivitii termice. n tabelul 2.2 sunt prezentate caracteristicile fizice ale hidrogenului, aerului uscat i apei. Avantajele utilizrii hidrogenului ca agent de rcire. Hidrogenul pur, n aceleai condiii de temperatur i presiune, are greutatea specific de 14,3 ori mai mic dect aerul, ceea ce nseamn pierderi de ventilaie de 14,3 ori mai mici i un gabarit mai redus al mainii. n condiii reale de exploatare, n generator se gsete un amestec gazos cu 97-98% hidrogen i n rest aer, vapori de ap i alte gaze. Acest amestec este de 9-10 ori mai uor dect aerul i n aceleai condiii de presiune i temperatur duce la pierderi prin ventilaie de 9-10 ori mai mici. Rcirea se poate intensifica prin mrirea presiunii hidrogenului. Hidrogenul pur are cldura specific de 14,3 ori mai mare dect aerul. Astfel n aceleai condiii de presiune, la aceleai debite volumetrice i la temperaturi identice pentru cele dou medii de rcire, att la intrarea lor n main, ct i la ieire, cantitile de cldur evacuate de aer i hidrogen sunt aceleai. n condiiile n care pierderile prin ventilaie la rcirea cu hidrogen sunt de 14,3 ori mai mici, capacitatea de evacuare a cldurii hidrogenului este egal cu cea a aerului.

Coeficientul de transmitere a cldurii de la suprafeele materialelor active din main la hidrogenul n micare este de aproximativ 1,5 ori mai mare dect n mediul de rcire aer, n aceleai condiii de presiune.

Rcirea cu hidrogen mrete securitatea n funcionare a materialelor electroizolante din main i durata de via a acestora, deoarece elimin aciunea distructiv a oxigenului i o diminueaz pe cea a umiditii.

La rcirea direct cu hidrogen, nfurrile se gsesc la o temperatur foarte apropiat de cea a mediului de rcire din canalele de rcire.

Dezavantajele utilizrii hidrogenului ca agent de rcire sunt menionate n continuare. Hidrogenul este mai scump dect aerul.

Deoarece hidrogenul nu ntreine arderea, n cazul rcirii cu hidrogen, deteriorrile care apar n urma unui scurtcircuit interior sunt localizate n jurul defectului. Amestecul dintre hidrogen i aer, dac hidrogenul este n proporie de 3,3 - 74%, este exploziv. Amestecul cel mai periculos este 30% hidrogen, 70% aer. La acest tip de generatoare este important s se evite formarea amestecului exploziv. Instalaia de rcire trebuie controlat permanent.

Statoarele generatoarelor rcite cu hidrogen se dimensioneaz astfel nct s reziste la presiunea creat n cazul producerii unei explozii n interiorul lor. Ca urmare, rezult carcase cu 50 80% mai grele dect la generatoarele de aceeai putere rcite cu aer.

Generatoarele rcite cu hidrogen trebuie etanate (cu garnituri de cauciuc la mbinrile fixe i cu ulei sub presiune la arbore).

La rcirea indirect, din cderea de temperatur dintre nfurri i mediul de rcire, aproximativ 50-60% i revine izolaiei nfurrilor i a crestturilor.

Rcirea cu hidrogen a GS presupune existena unor instalaii auxiliare care asigur alimentarea cu hidrogen a GS, respectiv cu un gaz inert (CO2 ), necesar umplerii sau evacurii hidrogenului din GS; de asemenea, prin alte instalaii auxiliare se asigur circulaia uleiului de etanare i se menine calitatea uleiului.

Tabelul 2.2

Caracteristicile fizice ale principalilor ageni de rcire [57]

Agentul de rcireTempe-raturaDensi-

tateaCldura

specificCapacitateaConductivi-

tatea termicVscozitatea

cinematic

U.M.(Ckg /m3kJ/kg (KkJ/ m3(KW/m (K 10-6 x m 2/ s

Hidrogen20

40

600,085

0,080

0,07614,31,22

1,14

1,090,186

0,197

0,206105

114

127

Aer uscat20

40

601,20

1,13

1,0611,20

1,13

1,060,026

0,027

0,028515,1

17,0

18,9

Ap20

40

60998

992

9834,24190

4170

41300,598

0,628

0,6521,00

0,68

0,48

Hidrogenul, necesar umplerii GS i compensrii pierderilor prin neeteneiti, poate fi adus n butelii de oel la presiune ridicat sau n autocisterne sub presiune, dar poate fi produs i n cadrul centralei prin electroliza apei.

Buteliile de oel care conin hidrogen se amplaseaz n afara slii mainilor, iar reducerea presiunii hidrogenului se realizeaz n dou trepte, mai nti prin reductoare amplasate n imediata apropiere a buteliilor i apoi n sala mainilor, prin ventile automate de reducere i reglare a presiunii.

Hidrogenul obinut n electrolizoarele din central se strnge n rezervoare tampon, ntre acestea i GS existnd ventile automate de reducere i reglare a presiunii.

Buteliile de CO2 sunt prevzute cu reductoare de presiune i se pstreaz n sala mainilor. Instalaia de CO2 este echipat cu dispozitiv de decongelare a CO2.

CO2 se folosete n centralele electrice i pentru stingerea unor eventuale incendii.2.2.3 Rcirea direct cu lichideCapacitatea de evacuare a cldurii este mult mai mare la lichide dect la hidrogen i de aceea utilizarea rcirii directe a nfurrilor generatoarelor cu lichide permite practic dublarea densitilor de curent n nfurri.

Drept mediu de rcire lichid se pot utiliza uleiul mineral i apa demineralizat. Se prefer apa, deoarece aceasta prezint urmtoarele avantaje: are o capacitate de evacuare a cldurii de 3 ori mai mare dect a uleiului;

prezint cost redus;

se micoreaz seciunea canalelor de rcire n nfurri de 2 ori, ceea ce are ca efect diminuarea gabaritului mainii i micorarea pierderilor provocate de circulaia agentului de rcire;

nu prezint pericol de incendiu;

nu murdrete maina etc.

Circulaia apei este asigurat de pompe. Apa de rcire, cu conductibilitate electric 5-20 (S/cm, poate fi ap distilat de cazan.Tabelul 2.3

Cele mai rspndite sisteme de rcire, n funcie de puterile GSSistem de rcireAgent de rcirePutere GS[MW]

StatorRotor

Rcirea indirect aeraer< 25

Rcirea indirecthidrogenhidrogen25 - 160

Rcirea indirect

combinat cu rcire directhidrogenhidrogen< 200

Rcirea directhidrogenhidrogen

Rcirea direct

combinat cu rcire directlichidehidrogen165 - 1000

Rcirea directlichidelichide> 1000

La grupurile de mare i foarte mare putere, rcirea direct a nfurrilor statorice i rotorice se asigur prin canale practicate n conductoarele (barele) nfurrilor. Aducerea apei la nfurarea statoric se face cu ajutorul unui colector inelar, care comunic cu capetele de bar prin conducte realizate din teflon. Aducerea apei la rotor prezint dificulti mai mari. Se poate realiza printr-un canal practicat n arborele mainii, de unde apa se aduce la bobinaj prin conducte flexibile.Rcirea cu ap se poate aplica i n raport cu miezul magnetic al statorului. n acest scop ntre pachetele de tole statorice se amplaseaz serpentine de rcire.

Cel mai mare dezavantaj n cazul rcirii cu ap al GS este costul ridicat al tuturor acestor instalaii, comparativ cu rcirea cu hidrogen.2.2.4 Rcirea prin evaporarePresiunile economice i reglementrile industriale, la scar global, din ultima decad, au adus i n industria energetic multe transformri care au influenat tiparele dezvoltrii. Factorul comun care conduce la aceste schimbri este efortul depus pentru scderea continu a preului de producie a energiei electrice, manifestat n principal prin: reducerea costului iniial al echipamentului, utilizarea unor materiale mai performante; eficien ridicat i/sau costuri de mentenan sczute.n decembrie 1999 a fost experimentat i acceptat de industria energetic, o nou tehnologie de rcire - rcirea prin evaporare - pentru nfurrile statorului unui hidrogenerator de 400 MW [18]. Tehnologia rcirii prin evaporare este bazat pe fenomenul conform cruia, atunci cnd lichidul se transform n gaz, este absorbit o mare cantitate de cldur. Volumul de agent de rcire evaporat este recirculat ntr-o bucl nchis i preia cldura de la componentele nclzite ca agent de rcire primar. Apoi se utilizeaz un condensator, apa natural fiind folosit ca agent de rcire secundar la schimbul de cldur de la agentul de rcire evaporat. Se obine o distribuie mai uniform a temperaturii, ca i n cazul rcirii directe cu ap a nfurrilor.

Tabelul 2.4

Caracteristici tehnice ale unui hidrogenerator de 400 MW rcit prin evaporare [18]

Putere nominal [MVA]444Factor de putere0,9

Randament [%]98,69Turaie [rot/ min]125

Frecven [Hz]50Curent nominal [A]14,256

Tensiune nominal [kV]18Curent de excitaie [A]1699

Tensiune de excitaie [V]441ntrefier [mm]26

Temperatur nominal limit n rotor [K]67Temperatur nominal limit n stator [K]60

2.2.5 Generatoare superconductoareGeneratoarele superconductoare prezint, fa de cele convenionale, urmtoarele avantaje:

reducerea pierderilor de putere;

micorarea dimensiunilor i a masei;

mbuntirea stabilitii sistemului energetic;

creterea capacitii generatorului de a consuma/produce putere reactiv.

n Japonia au fost construite trei modele de generatoare superconductoare (trei tipuri diferite de rotoare i un model de stator) pentru clasa 70 MW cu un sistem de refrigerare de mare fiabilitate, cu heliu [1]. Durata de funcionare fr defecte a sistemului de rcire a fost de 14637 ore, depind specificaia de proiectare, conform creia erau garantate 10000 ore.

Rezultatele testrilor, care au verificat performanele de baz i de exploatare ale generatoarelor superconductoare, arat c sistemul criogenic este suficient de fiabil pentru a fi utilizat n practic la sistemele de rcire ale generatoarelor superconductoare. n raportul prezentat de cercettorii japonezi la CIGRE 2000 se arat c aceste rezultate au fost integrate n stabilirea tehnologiei de baz pentru clasa pilot de 200 MW i c ele deschid calea ctre introducerea generatoarelor superconductoare pentru producerea energiei electrice.

2.3 Scheme principiale folosite pentru excitaia GSUn rol nsemnat n exploatarea n condiii de siguran maxim a sistemelor energetice revine sistemului de excitaie al generatoarelor sincrone, care, n afara rolului de baz n crearea cmpului inductor n main, prezint un rol important n schemele de reglaj automat ale diferitelor mrimi.

Sistemul de excitaie al unui GS se adopt n funcie de mai muli factori care pot fi rezumai prin: economicitate, stabilitate i fiabilitate.

Prin economicitate se urmrete un efort investiional ct mai redus, costul sistemului de excitaie reprezentnd 5-12% din costul total al agregatului.

Condiia de stabilitate presupune ca generatorul s poat prelua creteri importante ale cuplului i s tolereze cderi mari de tensiune pe reea, fr pericolul de a iei din sincronism.

n proiectarea schemelor de excitaie se impune, ca una din condiiile eseniale pentru buna funcionare a GS, realizarea unei viteze de rspuns ct mai mare, adic asigurarea unei viteze de cretere a curentului n nfurarea de excitaie a generatorului ct mai mare, pentru ca, n cazul unor avarii, tensiunea la bornele GS s poat fi meninut constant.

La o scdere a tensiunii de alimentare pn la valoarea (0,7 0,8)Un, curentul de excitaie trebuie s creasc fa de curentul nominal n limitele (1,4 2)Ien, iar schema de excitaie trebuie s suporte n bune condiii aceast suprasarcin un timp determinat. Puterea sursei necesar excitaiei reprezint n general 1 5% din puterea mainii sincrone, iar tensiunea 50 300V.

Prin fiabilitate se urmrete sigurana n funcionare un timp ndelungat, n condiii de exploatare determinate.

Dup modul de antrenare, se disting dou scheme de excitaie: schema direct i schema indirect. Fiecare schem poate fi realizat pe dou ci, adic cu ajutorul mainilor electrice rotative sau cu ajutorul schemelor de redresare.

Dac pentru furnizarea energiei de excitaie se folosesc mainile electrice rotative, maina de curent continuu care alimenteaz nfurarea de excitaie a GS se numete excitatoare. n cazul schemei directe, excitatoarea se cupleaz direct cu generatorul excitat (schema nu este influenat de variaiile de tensiune n timpul proceselor tranzitorii n reeaua de alimentare). n cazul schemei indirecte, excitatoarea este antrenat de un motor auxiliar.2.3.1 Sisteme cu excitatoare rotativ de curent continuuExcitatoarea rotativ de curent continuu este soluia clasic, care se menine i astzi la puteri mici i mijlocii, pn la 150 - 200 MW.Excitatoarea rotativ de curent continuu cuplat direct cu GS (figura 2.4) se folosete la turbogeneratoare de 3000 rot/min. Construcia colectorului, problemele legate de comutaie, captarea curentului cu perii pe colector etc., limiteaz puterea generatoarelor de curent continuu cu turaie ridicat la cel mult 100 MW. Costul acestei excitatoare este relativ redus, proprietile de funcionare sunt bune, dar din cauza necesitilor de ngrijire a colectorului i periilor, sunt rspndite doar la grupurile puse n funciune n trecut, iar utilizarea lor n instalaiile noi este limitat.

Pentru a menine excitatoarea rotativ de curent continuu i la puteri ale generatoarelor de peste 100 MW, se renun la cuplarea direct a excitatoarei cu GS i se utilizeaz excitatoarea (la turaie mai mic) antrenat prin motor Diesel, turbin sau motor asincron, alimentat fie la reeaua ce se racordeaz la GS, fie de la o reea independent.

Fig.2.4. Sistem de excitaie cu excitatoarea rotativ de curent continuu cuplat direct cu GS

Fig.2.5. Sistem de excitaie cu grup de excitaie independent

M motor asincron; V volant care asigur meninerea turaiei la scderea sau dispariia pe timp scurt a tensiunii la barele de servicii proprii; TSP transformator de servicii proprii; BSP bara de servicii proprii; AR alimentarea de rezerv, utilizat la scderea tensiunii sub 0,7 Un .

Grupul de excitaie independent (figura 2.5) prezint fa de excitatoarea rotativ de curent continuu cuplat direct cu GS, cteva avantaje, dintre care: poate fi realizat la puteri mai mari;

permite amplasarea oriunde n sala mainilor, ceea ce contribuie la reducerea cheltuielilor de investiii n central;

ngduie aplicarea tensiunii de excitaie la bornele nfurrii de excitaie a GS nc nainte de pornirea agregatului generator i astfel permite nclzirea barelor rotorice cnd rotorul nc st pe loc;

un grup de excitaie de rezerv poate nlocui oricare grup de excitaie de serviciu.

2.3.2 Sisteme cu excitatoare rotativ de curent alternativExcitatoarele rotative de curent alternativ reprezint, n prezent, principala direcie de dezvoltare a sistemelor de excitaie care se aplic la GS cu puteri de peste 100 150 MW, avnd n vedere c nu apar limitri n mrirea puterii lor. n scopul de a reduce gabaritul excitatoarei, de a-i mbunti performanele n regim tranzitoriu i de a reduce armonicele n tensiunea de excitaie a GS, excitatoarea de curent alternativ se execut la frecven mai mare, (100 500 Hz).Principial, excitatoarele rotative de curent alternativ se realizeaz n urmtoarele dou variante.

Excitatoarea are nfurarea de excitaie n rotor, iar nfurrile de curent alternativ n stator (figura 2.6); puntea redresoare este fix n spaiu. Excitatoarea are nfurarea de excitaie n stator, iar nfurrile de curent alternativ n rotor (figura 2.7); puntea redresoare se fixeaz de partea rotitoare a agregatului, iar alimentarea nfurrii de excitaie a GS se realizeaz fr inele i perii. Aceast soluie prezint avantaje eseniale, mai ales pentru mainile de mare putere, cci inelele de contact i periile sunt costisitoare i prezint n exploatare inconvenientul c sunt o surs permanent de murdrire a mainii, necesitnd o ntreinere corespunztoare.

Sistemele de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ se asociaz cu elemente semiconductoare comandate (tiristoare) i necomandate (diode). Reglajul excitaiei generatorului principal se poate realiza:

prin reglarea excitaiei excitatoarei de curent alternativ, dac puntea de redresare se realizeaz cu diode (excitatoarea se execut la 200 400 Hz); prin modificarea deschiderii tiristoarelor, dac puntea de redresare se realizeaz cu tiristoare (excitatoarea se realizeaz la 150 - 200 Hz). n acest caz exist i un regulator automat de excitaie (RAE) care acioneaz n circuitul de excitaie al excitatoarei de curent alternativ. Excitatatoarea este ntotdeauna puternic excitat (lucreaz la un factor de putere de aproximativ 0,3 i cu coninut de armonice foarte ridicat). Comanda tiristoarelor se face prin intermediul unor sisteme de inducie.

Fig.2.6. Sistem de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ,

care are nfurarea de excitaie n rotor, iar nfurrile de curent alternativ n statorFig.2.7. Sistem de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ,care are nfurarea de excitaie n stator iar nfurrile de curent alternativ n rotor

Sistemele de excitaie cu excitatoare rotativ de curent alternativ se pot realiza i sub form de grupuri independente de excitaie.

2.3.3 Sisteme de excitaie fr excitatoare rotativePrin utilizarea elementelor semiconductoare comandate se poate face ca indusul mainii sincrone s fie folosit ca surs de tensiune pentru nfurarea de excitaie, realizndu-se astfel un GS autoexcitat.

Sistemul de excitaie prezentat n figura 2.8 este simplu, ieftin, cu comportare dinamic foarte bun. Are ns dezavantajul c la tensiune sczut la bornele GS nu poate asigura forarea excitaiei. Pentru a se asigura buna lui funcionare ntr-un domeniu mai larg al tensiunilor sczute la bornele GS, acest sistem de excitaie se supradimensioneaz (astfel funcioneaz la un factor de putere sczut i cu coninut ridicat de armonice).

Fig. 2.8. Sistem de excitaie fr excitatoare rotative, la care puterea de excitaie este dat de un transformator T

2.3.4 Procese limit la modificarea excitaiei GSSistemul de excitaie asigur creterea n timp a tensiunii de excitaie. Desfurarea proceselor tranzitorii de modificare a excitaiei unui GS depinde de parametrii generatorului, de caracteristicile sistemului de excitaie, a RAE i a celorlalte elemente auxiliare care intervin n procesul de modificare a excitaiei. Procesele limit de modificare a excitaiei sunt forarea excitaiei i dezexcitarea rapid.

Forarea excitaiei GSn timpul proceselor tranzitorii care sunt nsoite de variaii ale tensiunii, n scopul asigurrii unui surplus de energie reactiv sistemului alimentat de generatoarele sincrone, acestea sunt prevzute cu dispozitive pentru forarea excitaiei. Procedeul de forare a excitaiei depinde de structura sistemului de excitaie i de RAE aplicat. n general, forarea excitaiei se realizeaz cu elemente independente de RAE sau prin RAE.

Forarea excitaiei GS nseamn modificarea tensiunii de excitaie de la o valoare iniial la valoarea ei plafon. n acest scop, n circuitul excitaiei la funcionarea normal se nseriaz o rezisten auxiliar R care printr-o schem simpl cu relee poate fi scurtcircuitat, atunci cnd tensiunea la bornele generatorului scade sub o anumit valoare. untarea acestei rezistene este echivalent cu aplicarea unei tensiuni sporite la bornele circuitului de excitaie, ceea ce va determina o cretere a curentului de excitaie i a puterii reactive debitate n reea. n figura 2.9, elementul 2 reprezint releul minimal de tensiune, iar elementul 1 este un releu intermediar.Schema funcioneaz astfel: la o scdere a tensiunii la borne sub o anumit valoare, releul minimal de tensiune acioneaz releul intermediar care prin nchiderea contactului su (normal deschis) unteaz rezistena R.Fig.2.9. Schem pentru

forarea excitaiei GS

Comportarea sistemelor de excitaie n regim tranzitoriu se apreciaz prin plafonul tensiunii de excitaie i viteza de rspuns. Tensiunea maxim ce se obine la borne dup scurcircuitarea rezistenei R se numete plafonul tensiunii de excitaie (la mersul n gol). Viteza de rspuns a unei excitatoare se definete ca raportul dintre creterea tensiunii la borne (care se nregistreaz n decurs de o jumtate de secund cnd se scurtcircuiteaz rezistena R ) i tensiunea nominal a excitatoarei respective. untarea rezistenei R poate fi efectuat la mersul n gol al GS sau la mersul n sarcin. Deosebit de important pentru funcionarea GS este viteza de rspuns n sarcin.

n cazul unui scurtcircuit n reeaua din apropierea GS, meninerea n sincronism a GS nu se poate realiza dect prin forarea excitaiei.

Raportul dintre plafonul tensiunii de excitaie i tensiunea normal de funcionare la excitatoarele GS variaz ntre 2 - 5, iar viteza relativ nominal de rspuns la excitatoarele mainilor moderne are valori cuprinse n intervalul 0,5 3. Dezexcitarea rapid a GSDezexcitarea rapid a GS este procedeul de stingere (anulare) a cmpului magnetic din interiorul GS i de deconectare a acestuia de la reea ca urmare a unui scurtcircuit n interiorul sau la bornele GS.De exemplu, n cazul unui scurtcircuit intern, dezexcitarea rapid a GS este singura soluie ca GS s nu debiteze pe defect.

Dezexcitarea nu se poate realiza prin simpla ntrerupere a circuitului de excitaie, deoarece aceasta ar duce la apariia unor supratensiuni periculoase pentru izolaia nfurrilor. Sunt numeroase procedee de dezexcitare rapid a GS, toate avnd la baz intercalarea unei rezistene n circuitul de excitaie al GS (figura 2.10) i/sau aplicarea unei tensiuni inverse la bornele acestei nfurri.

Fig.2.10. Dezexcitarea

rapid a GS

Dezexcitarea trebuie conceput astfel nct s decurg ct mai rapid, iar tensiunea ce apare n timpul dezexcitrii la bornele nfurrii de excitaie s nu pericliteze izolaia nfurrilor.2.4 Conectarea la sistem a GS din centrale2.4.1 Definiii i condiii de sincronizareSincronizarea este o manevr complex i vital pentru exploatarea sistemelor energetice; se realizeaz cu ocazia fiecrei cuplri a unui GS n paralel cu celelalte GS care funcioneaz n sistem. Acest proces se continu i dup cuplare, n tot timpul funcionrii unui sistem energetic desfurndu-se un proces permanent de sincronizare reciproc a mainilor sale sincrone care funcioneaz n paralel. n principiu, printr-o sincronizare se realizeaz: punerea n concordan a dou sisteme de tensiune;

cuplarea n paralel a celor dou sisteme de tensiuni prin conectarea unui ntreruptor.Cu ocazia cuplrii fiecrui GS n paralel cu sistemul prin manevra de sincronizare, trebuie luate toate msurile astfel nct conectarea s se realizeze cu un oc de curent i cu solicitri mecanice la arbore nepericuloase sau pe ct posibil mai mici.Principalele condiii pentru sincronizarea GS:

Concordana sensurilor de rotaie se verific o singur dat (dup terminarea lucrrilor de montaj), la punerea n funciune. Dac se constat un sens de rotaie contrar, n instalaiile trifazate trebuie inversate legturile a dou faze.

Aceeai vitez de rotaie trebuie realizat cu ocazia fiecrei cuplri n paralel i apoi meninut n tot timpul funcionrii. Ea se realizeaz prin intermediul cuplului mecanic aplicat la arborele mainii sincrone. De exemplu, n cazul pornirii GS, n acest sens se acioneaz asupra admisiei la motorul primar.

Concordana modulelor tensiunilor se obine prin reglarea curentului de excitaie al generatorului. Concordana fazelor se realizeaz prin modificarea fin a vitezei de rotaie.Dup cum main sincron se cupleaz dup sau nainte de a fi excitat, n practic se folosesc dou moduri de sincronizare diferite:

sincronizare fin sau precis, dac maina se cupleaz dup ce a fost excitat; sincronizare grosier (dac excitarea mainii se face abia dup cuplare), care dup cuplare se desvrete printr-o autosincronizare.

2.4.2 Reglarea ncrcrii GSncrcarea unui generator sincron se caracterizeaz prin dou componente: putere activ P i putere reactiv Q. ncrcarea activ poate fi variat acionnd asupra admisiei la motorul primar, iar ncrcarea reactiv poate fi variat acionnd asupra curentului de excitaie. Prin variaia admisiei la motorul primar se poate modifica:

turaia i ncrcarea activ a grupului, atunci cnd acesta debiteaz singur pe o reea;

numai ncrcarea activ a grupului, atunci cnd el este conectat n paralel la un sistem de mare putere.

n acest din urm caz, sistemul menine constant turaia tuturor grupurilor i respectiv frecvena n toate punctele sale. Orice variaie a ncrcrii unui grup de ctre personalul de exploatare, precum i variaiile aleatorii ale cererilor consumatorilor sunt preluate de ctre grupurile din sistem, care sunt prevzute cu regulatoare automate pentru meninerea constant a frecvenei sistemului.Pentru a se asigura o funcionare stabil n sincronism a generatorului, odat cu ncrcarea activ trebuie mrit n mod corespunztor i ncrcarea reactiv.2.4.3 Pornirea i oprirea grupurilorn centrale, aceste manevre se fac direct de la tabloul de comand sau din sala mainilor.Manevrele care se fac la pornire depind de specificul motorului primar.

Pentru oprirea mainilor primare care antreneaz generatoarele sincrone se recomand urmtoarea succesiune de operaii:

se reduc ncrcrile activ i reactiv;

se deconecteaz grupul de la bare;

se reduce turaia mainii;

se ntrerupe alimentarea circuitului de excitaie al generatorului sincron;

se ntrerupe alimentarea mainii primare.

n cazul turbogeneratoarelor, agregatul se mai rotete lent cu ajutorul unui motor electric numit viror un interval de timp suficient pentru ca n timpul rcirii, datorit greutii rotorului, s nu se ajung la o deformare remanent a arborelui.

EMBED Excel.Sheet.8

EMBED Excel.Sheet.8

PAGE 5/14

_1048409219.xlsChart1

21221839

20181448

17201449

37281520

Pierderi dependente de curentul prin rotor

Pierderi dependente de curentul prin stator [%]

Pierderi in miezul magnetic

Pierderi prin ventilatie, frictiune

Putere nominala [MVA]

Sheet1

Pierderi dependente de curentul prin rotorPierderi dependente de curentul prin stator [%]Pierderi in miezul magneticPierderi prin ventilatie, frictiune

21021221839

30020181448

48017201449

50037281520

Sheet1

Pierderi dependente de curentul prin rotor

Pierderi dependente de curentul prin stator [%]

Pierderi in miezul magnetic

Pierderi prin ventilatie, frictiune

Putere nominala [MVA]

Sheet2

Sheet3

_1048411603.unknown

_1048408966.xlsChart1

48

50

90

120

150

180

220

300

480

500

Puteri nominale [MVA]

Anul

Puteri nominale ale grupurilor [MVA]

Sheet1

Puteri nominale [MVA]

196048

196550

197090

1975120

1980150

1985180

1990220

1995300

1998480

2000500

Sheet1

Puteri nominale [MVA]

Anul

Puteri nominale ale grupurilor [MVA]

Sheet2

Sheet3