Os interruptores de circuito de xerador son esencialmente adecuados para unha ampla gama de centrais eléctricas, incluíndo centrais térmicas, nucleares, de turbinas de gas, en ciclo combinado, hidroeléctricas e de almacenamento bombeado. Tamén son ideais para a renovación de centrais existentes que carezan de interruptores de circuito de xerador.
No pasado, os interruptores de circuito de xerador eran comúnmente utilizados en estacións multiunidade onde varios xeradores relativamente pequenos estaban ligados a un bus común. No entanto, co rápido crecemento do tamaño dos xeradores e a escalada dos niveis de corrente de fallo do sistema, as capacidades de interrupción deste tipo de equipamento de conmutación foron superadas rapidamente. Posteriormente, adotouse o concepto de unidade, onde cada xerador tiña un sistema auxiliar de fornecemento de vapor independente conectado directamente a un transformador de elevación e a un ou máis interruptores de alta tensión.
Comparado coa conexión por unidades, o uso de interruptores de circuito de xerador para conmutar xeradores na súa tensión terminal proporciona numerosas vantaxes:
Operación Simplificada: Simplifica os procedementos operativos, reducindo a complexidade e o potencial de erro humano durante as tarefas de conmutación relacionadas co xerador.
Protección Melorada: Ofrece unha protección mellorada para o xerador, así como para os transformadores principais e de unidade, salvaguardando estes componentes críticos de fallos eléctricos e sobrecargas.
Fiabilidade Aumentada: Reforça a seguridade do sistema de xeración de enerxía e aumenta significativamente a disponibilidade global da central eléctrica, minimizando os tempos de inactividade e maximizando a produción de enerxía.
Ganancias Económicas: Tamén trae vantaxes económicas, como custos de manutención reducidos e eficiencia operativa a longo prazo mellorada.
Os requisitos clave para a disposición eléctrica das centrais eléctricas poden resumirse do seguinte xeito:
Transferencia Eficiente de Enerxía: Transferir a enerxía eléctrica xerada polo xerador ao sistema de transmisión de alta tensión (AT), tendo en conta as necesidades operativas, así como factores relacionados coa disponibilidade, fiabilidade e viabilidade económica.
Fornecemento Auxiliar de Enerxía Eléctrica Fiable: Assegurar o fornecemento de enerxía eléctrica para sistemas auxiliares e de servizo da estación, que é crucial para manter a operación segura e fiable da central eléctrica.
A figura 1 ilustra exemplos de disposicións de centrais eléctricas que utilizan un interruptor de circuito de xerador para conectar o xerador ao transformador principal, demostrando como estes interruptores están integrados na configuración eléctrica global da central.
Os interruptores de circuito de xerador desempeñan un papel crucial e multifacético nos sistemas de enerxía, cumprindo unha variedade de deberes de operación esenciais:
Sincronización co Sistema de AT: Son responsables de sincronizar o xerador coa tensión do sistema a nivel de alta tensión (AT). Isto asegura unha conexión sinxela entre a saída do xerador e a rede, facilitando a transferencia eficiente de enerxía eléctrica.
Desconexión do Sistema de AT: Permiten a separación dos xeradores do sistema de AT, o cal é particularmente útil cando se apagan xeradores non cargados ou lixeramente cargados. Esta operación axuda a manter a estabilidade e a seguridade da rede eléctrica.
Interrupción de Correntes de Carga: Estes interruptores son capaces de interromper correntes de carga, con capacidade para manexar ata a corrente total de carga dos xeradores. Esta funcionalidade é vital para a operación normal e a xestión de carga dentro da central eléctrica.
Interrupción de Cortocircuitos Alimentados polo Sistema: Poden interromper cortocircuitos alimentados polo sistema, salvaguardando o xerador e outros compoñentes dos efectos potencialmente danosos dun fluxo excesivo de corrente debido a fallos no sistema.
Interrupción de Cortocircuitos Alimentados polo Xerador: De maneira semellante, están deseñados para interromper cortocircuitos alimentados polo xerador, protexendo o propio xerador de fallos internos e asegurando a súa operación segura continuada.
Interrupción de Correntes Desfasadas: Os interruptores de circuito de xerador poden manexar a interrupción de corrente en condicións desfasadas, con capacidade para xestionar ata un ángulo desfasado de 180°. Esta característica é crucial para manter a estabilidade do sistema durante condicións de operación anormais.
Sincronización en Centrais Eléctricas de Almacenamento Bombeado (Modo Motor): Nas centrais eléctricas de almacenamento bombeado, cando o xerador-motor se inicia no modo motor, o interruptor de circuito úsase para sincronizar a máquina co sistema de AT. Existen diferentes métodos de sincronización dispoñibles, como o uso dun convertidor de frecuencia estático (SFC) para arranque ou arranque cara a cara.
Manexo de Corrente de Arranque en Centrais Eléctricas de Almacenamento Bombeado (Modo Motor): Cando o xerador-motor se inicia no modo motor con arranque asincrónico nas centrais eléctricas de almacenamento bombeado, o interruptor de circuito pecha e interrumpe a corrente de arranque, asegurando un proceso de arranque suave e controlado.
Interrupción de Corrente de Cortocircuito de Baixa Frecuencia: En centrais térmicas, de ciclo combinado e de almacenamento bombeado, dependendo do fornecemento de arranque, o interruptor de circuito pode interromper correntes de cortocircuito alimentadas polo xerador a frecuencias inferiores a 50/60 Hz, adaptándose aos requisitos específicos destes sistemas de xeración de enerxía.
Existen múltiples abordaxes de sincronización en centrais eléctricas de almacenamento bombeado.
Esquema de Arranque con Convertidor de Frecuencia Estático (SFC): Este esquema consiste principalmente nun convertidor de tiristores conectado a un transformador de unidade no lado de alta tensión e un inversor ligado ao xerador. O inversor inicia a operación do xerador desde unha frecuencia de potencia baixa e gradualmente a aumenta ata a frecuencia de potencia nominal. Unha vez que o xerador está excitado para producir potencia, pode haber unha diferenza de ángulo de fase entre a súa saída e a da rede. No momento en que a diferenza de fase entre o xerador e a rede de alta tensión é mínima, o xerador sincronízase coa rede de alta tensión usando un interruptor de circuito de xerador ou un interruptor de alta tensión.
Esquema de Arranque Cara a Cara: Numa central eléctrica con múltiples xeradores, pódese empregar un esquema de arranque cara a cara. A potencia xerada por un xerador que opera en condicións nominais utilízase para iniciar un xerador detido ata a frecuencia de potencia nominal. Posteriormente, o xerador sincronízase coa rede de alta tensión usando un interruptor de circuito de xerador ou un interruptor de alta tensión.
Segundo a norma IEC/IEEE 62271-37-13, o ciclo de deber de cortocircuito nominal dun interruptor de circuito de xerador especifica que consta de dúas unidades de operacións, con un intervalo de 30 minutos entre cada operación. O ciclo de deber represéntase como "CO – 30 minutos – CO", o que significa dúas interrupcións completas de cortocircuito, con un intervalo de 30 minutos entre cada evento de peche de cortocircuito.Este deseño está específicamente destinado a proteger as centrais eléctricas e os xeradores. Realizar dúas operacións consecutivas de peche-abertura durante un cortocircuito completo podería causar danos ao xerador e aos transformadores de elevación.
Este tipo de cortocircuitos son moi improbables, e tamén é moi pouco probable que un xefe de planta intente pechar o circuito de novo só 30 minutos despois dun evento de cortocircuito completo.
O intervalo de 30 minutos entre dúas operacións é esencial para restabelecer as condicións iniciais do interruptor de circuito e evitar o sobreaquecemento dos seus compoñentes. Debe notarse que este intervalo de tempo pode variar dependendo do tipo específico de operación e as características do interruptor de circuito de xerador.
