Els interruptors de circuit del generador són essencialment adequats per a una àmplia gamma de centrals d'energia, incloent-hi les centrals térmiques, nucleares, de turbinas de gas, cicle combinat, hidràuliques i de bombament. També són ideals per a la modernització de centrals existents que no disposen d'interruptors de circuit del generador.
En el passat, els interruptors de circuit del generador es van utilitzar comunament en estacions amb múltiples unitats on diversos generadors relativament petits estaven connectats a un bus comú. No obstant això, amb el ràpid creixement de la mida dels generadors i l'increment del nivell de corrents de fallada del sistema, les capacitats d'interrupció d'aquest tipus d'equips d'interruptor s'han superat aviat. Posteriorment, es va adoptar el concepte d'unitat, on cada generador tenia un sistema auxiliar d'aprovisionament de vapor independent connectat directament a un transformador d'elevació i a un o més interruptors de banda alta.
En comparació amb la connexió d'unitat, utilitzar interruptors de circuit del generador per commutar els generadors a la seva tensió terminal ofereix molts avantatges:
Operacions simplificades: Simplifica els procediments operatius, reduint la complexitat i el potencial d'errors humans durant les tasques de commutació relacionades amb el generador.
Protecció millorada: Ofereix una millor protecció pel generador, així com pels transformadors principals i d'unitat, salvaguardant aquests components crítics contra falles i sobretensions elèctriques.
Fiabilitat incrementada: Potencia la seguretat del sistema de generació d'energia i augmenta considerablement la disponibilitat global de la central, minimitzant el temps d'aturada i maximitzant la producció d'energia.
Avenços econòmics: També comporta avantatges econòmics, com ara la reducció dels costos de manteniment i l'eficiència operativa a llarg termini millorada.
Els requisits clau per a la disposició elèctrica de les centrals d'energia es poden resumir com segueix:
Transferència eficient d'energia: Transferir l'energia elèctrica generada des del generador al sistema de transmissió de tensió alta (HT), tenint en compte les necessitats operatives, així com factors relacionats amb la disponibilitat, fiabilitat i viabilitat econòmica.
Subministrament fiable d'energia auxiliar: Assegurar el subministrament d'energia elèctrica per als sistemes auxiliars i de servei de la central, que és crucial per mantenir una operació segura i fiable de la central d'energia.
La Figura 1 il·lustra exemples de disposicions de centrals d'energia que utilitzen un interruptor de circuit del generador per connectar el generador al transformador principal, demostrant com aquests interruptors s'integren en la configuració elèctrica general de la central d'energia.
Els interruptors de circuit del generador juguen un paper crucial i multifacet en els sistemes d'energia, assumint una varietat d'essencials deures d'operació:
Sincronització amb el sistema HT: Són responsables de sincronitzar el generador amb la tensió del sistema a nivell de tensió alta (HT). Això assegura una connexió fluida entre la sortida del generador i la xarxa, facilitant la transferència eficient d'energia elèctrica.
Desconnexió del sistema HT: Permeten la separació dels generadors del sistema HT, que és particularment útil quan es desconnecten generadors sense càrrega o lleugerament carregats. Aquesta operació ajuda a mantenir la stabilitat i la seguretat de la xarxa elèctrica.
Interrupció de la corrent de càrrega: Aquests interruptors són capaços d'interrumpir les corrents de càrrega, amb la capacitat de gestionar fins a la corrent total de càrrega dels generadors. Aquesta funcionalitat és vital per a l'operació normal i la gestió de la càrrega dins de la central d'energia.
Interrupció de circuits tancats alimentats pel sistema: Poden interrompre circuits tancats alimentats pel sistema, protegint el generador i altres components dels efectes potencialment danosos d'un flux excessiu de corrent causat per falles en el sistema.
Interrupció de circuits tancats alimentats pel generador: De manera similar, estan dissenyats per interrompre circuits tancats alimentats pel generador, protegint el propi generador de falles internes i assegurant la seva operació segura continuada.
Interrupció de corrent fora de fase: Els interruptors de circuit del generador poden gestionar la interrupció de corrent en condicions fora de fase, amb la capacitat de gestionar fins a un angle fora de fase de 180°. Aquesta característica és crucial per mantenir la estabilitat del sistema en condicions d'operació anormal.
Sincronització en centrals d'energia de bombament (mode motor): En les centrals d'energia de bombament, quan el generador-motor es posa en marxa en mode motor, l'interruptor de circuit s'utilitza per sincronitzar la màquina amb el sistema HT. Hi ha diferents mètodes de sincronització disponibles, com ara l'ús d'un convertidor de freqüència estàtic (SFC) o el mètode de inici back-to-back.
Gestió de la corrent d'inici en centrals d'energia de bombament (mode motor): Quan el generador-motor es posa en marxa en mode motor amb inici asincrònic en centrals d'energia de bombament, l'interruptor de circuit tanca i interromp la corrent d'inici, assegurant un procés d'inici suau i controlat.
Interrupció de corrent de circuit tancat a baixa freqüència: En centrals d'energia de turbines de gas, cicle combinat i bombament, depenent de l'aprovisionament d'inici, l'interruptor de circuit pot interrompre les corrents de circuit tancat alimentades pel generador a freqüències inferiors a 50/60 Hz, adaptant-se als requisits específics d'aquests sistemes de generació d'energia.
Hi ha múltiples aproximacions a la sincronització en centrals d'energia de bombament.
Eschema d'inici amb convertidor de freqüència estàtic (SFC): Aquest esquema consta principalment d'un convertidor de tiristors connectat a un transformador d'unitat al costat HT i un inversor connectat al generador. L'inversor inicia l'operació del generador a una freqüència de potència baixa i gradualment l'augmenta fins a la freqüència de potència nominal. Un cop el generador està excitat per produir energia, hi pot haver una diferència d'angle de fase entre la seva sortida i la de la xarxa. Al moment en què la diferència de fase entre el generador i la xarxa HT es minimitza, el generador es sincronitza amb la xarxa HT utilitzant un interruptor de circuit del generador o un interruptor de circuit HT.
Eschema d'inici back-to-back: En una central d'energia amb diversos generadors, es pot utilitzar un esquema d'inici back-to-back. La potència generada per un generador que opera en condicions nominals s'utilitza per iniciar un generador aturat fins a la freqüència de potència nominal. Posteriorment, el generador es sincronitza amb la xarxa HT utilitzant un interruptor de circuit del generador o un interruptor de circuit HT.
Segons la norma IEC/IEEE 62271-37-13, el cicle de treball de curtcircuït nominal d'un interruptor de circuit del generador es especifica com consistint en dues unitats d'operacions, amb un interval de 30 minuts entre cada operació. El cicle de treball es representa com "CO – 30 minuts – CO", el que significa dues interrupcions completes de curtcircuït, amb un interval de 30 minuts entre cada event de tancament de curtcircuït.Aquest disseny està específicament destinat a protegir les centrals d'energia i els generadors. Realitzar dos tancaments i obertures consecutius durant un curtcircuït complet podria potencialment causar daños al generador i als transformadors d'elevació.
Aquests tipus de curtcircuïts són molt improbable que ocorrin, i també és molt poc probable que un encarregat de la central intenti tancar el circuit novament només 30 minuts després d'un event de curtcircuït complet.
L'interval de 30 minuts entre dues operacions és essencial per restaurar les condicions inicials de l'interruptor de circuit i prevenir el sobrecalorament excesiu dels seus components. Cal notar que aquest interval de temps pot variar depenent del tipus específic d'operació i les característiques de l'interruptor de circuit del generador.
