Sincronizzazione avvio alternatore centrale elettrica

[ragnol]

Salve, vengo a voi con un'altra domanda che mi gira in testa da un po'.

Supponiamo che domattina alle 8 vengano avviate le turbine Pelton della centrale vicino a casa mia.

Come si sincronizza l'alternatore alla rete elettrica nazionale (intendo in relazione alla frequenza dei 50Hz)? Avviene "automaticamente" nel senso che la rete elettrica gli "impone" di allinearsi alla frequenza generale (tradotto, l'alternatore non riesce a ruotare sfasato rispetto alla rete)?

Ho chiesto ad un tecnico della Trenta ma non mi saputo dare garanzie.

[fpalone]

Salve ragnol,
L'alternatore viene posto in rotazione grazie al motore primo: in questo caso la turbina Pelton.
L'alternatore viene fatto accelerare tenendo aperto l'interruttore di macchina che realizza il parallelo con la rete.
Mediante il regolatore di velocità si porta l'alternatore a ruotare ad una frequenza per quanto più possibile "simile" rispetto a quella di rete; si procede quindi ad alimentare l'avvoglimento di eccitazione dell'alternatore, in modo da ottenere una tensione ai morsetti di macchina per quanto più possibile simile a quella che si misura lato rete dell'interruttore di macchina.
A questo punto, ai due lati dell'interruttore di macchina (aperto) ci saranno due tensioni molto simili per fase ed ampiezza: la differenza tra queste due tensioni esibirà dei battimenti a bassa frequenza.
Quando l'errore di fase e di frequenza tra le due tensioni a monte ed a valle dell'interruttore di macchina è al di sotto di limiti prestabiliti (es. 0.5 Hz e 30°), allora si comanda la chiusura dell'interruttore, che mette in parallelo la macchina con la rete.
Una volta di faceva a mano, oggi ci sono apparati elettronici che gestiscono la chiusura (synchrocheck).

[EdmondDantes]

Messa in parallelo degli alternatori

[ragnol]

Grazie ad entrambi, gentilissimi.

Chiedo due chiarimenti ulteriori, se potete.

Se ho ben capito, al momento in cui viene chiuso l'interruttore di macchina ci può comunque essere qualche differenza?! 0,5Hz su 50Hz sono l'1%, non mi sembra poco. Questo quanto "danneggia" la rete nazionale, sia in termini qualitativi che quantitativi?

Lo chiedo perché lo stesso tecnico che citavo in apertura mi aveva detto che la rete tollera variazioni minime di frequenza, e quando ci sono cali anche minimi si interviene tempestivamente (lo ammetto, non mi ricordo come ha detto che si interviene; se aumentando le fonti di produzione o cosa).

Mi sembra anche che mi avesse detto che la frequenza cala quando ci avvicina ai black out...

[fpalone]

[...] 0,5Hz su 50Hz sono l'1%, non mi sembra poco. Questo quanto "danneggia" la rete nazionale, sia in termini qualitativi che quantitativi?

Certo, si riesce anche a fare di meglio, ma non troppo! Pensa solo alle difficoltà nel misurare in tempo reale una frequenza che varia nel tempo (quella dell'alternatore).
Ad ogni modo, nella gran parte dei casi la rete è "prevalente" rispetto alla macchina sincrona (ossia, la potenza di corto della rete è molto superiore rispetto a quella della macchina sincrona che sta entrando in parallelo), quindi il transitorio comporta un disturbo modesto per la rete elettrica, in termini di pendolazioni di potenza attiva e reattiva e quindi di frequenza e tensione.
In realtà è la macchina sincrona che esibisce delle pendolazioni dopo la chiusura in parallelo! Queste sono pendolazioni angolari, quindi di coppia. Sono queste che se il parallelo viene eseguito male (all'estremo, in controfase!) possono danneggiare alternatore e turbina.
Tipicamente i dispositivi di controllo del parallelo dei grandi gruppi di produzione utilizzano almeno 2, se non 4, canali ridondati di misura e controllo, proprio per evitare di chiudere male l'interruttore di macchina.
Ho ritrovato in un mio articolo di qualche anno fa su "l'energia elettrica" una registrazione delle tensioni di battimento durante una manovra di parallelo dei compensatori sincroni di Codrongianos (macchine 3000 rpm da 250 Mvar)
La tensione che vedi è la differenza di potenziale ai capi dell'interruttore che comanda il parallelo: come si nota, ha un andamento tipico di un battimento.
In questo parallelo, la differenza tra la velocità della macchina e la frequenza di rete era dello 0.5% circa: un bel risultato, ma c'è da dire che lì è montato uno degli ultimi modelli digitali per il controllo di parallelo.
Tra le cose più interessanti, nota che tra l'istante di invio del comando e la chiusura dell'interruttore, passano circa 50 ms, legati al tempo di manovra di quest'ultimo. Visto che in 50 ms con uno scorrimento dello 0.5% la fase è variata di circa 5 gradi, si tiene conto anche di questo tempo morto per decidere l'istante migliore di chiusura (che come vedi passa per il momento in cui la tensione di battimento tende naturalmente ad azzerarsi!)

si interviene tempestivamente (lo ammetto, non mi ricordo come ha detto che si interviene; se aumentando le fonti di produzione o cosa)

dai un'occhiata qui

[stefanopc]

Come gia descritto nell'articolo di EdmondDantes una volta specialmente sui gruppi piu piccoli usavano il sistema con tre lampade collegate in modo sapiente tra le fasi di macchina e le fasi di rete.
Osservando la sequenza di accensione l'operatore poteva, regolando il motore primo, allineare le fasi correttamente prima di procedere al parallelo.
Deve essere stato affascinante assistere a questa operazione senza automatismi magari in una centrale idroelettrica.
Questo è meno affascinante ma forse piu affidabile.
https://www.youtube.com/watch?v=FI_07YVS3tY
Ciao

[IsidoroKZ]

Deve essere stato affascinante assistere a questa operazione senza automatismi magari in una centrale idroelettrica.

Vista, e pure fatta :) Centralina da 200kW, se ben ricordo, si aumentava l'acqua, le tre lampade pulsavano sempre piu` adagio, quando erano quasi tutte spente si chiudeva l'interruttore. Poi c'era la presa di carico, in cui si aumentava gradualmente acqua ed eccitazione.

Il responsabile di centrale mi aveva anche fatto vedere cosa capitava quando si faceva il parallelo con fase un po' diversa da zero (ma non troppo). L'alternatore si lamentava!

[ragnol]

Tutto chiarissimo (per i miei limiti e con le dovute semplificazioni).

Il video che ha linkato stefanopc lo avevo visto ieri sera cercando "synchroscope" su youtube

Adesso mi leggo gli articoli che avete linkato.

Grazie a tutti, ho un'idea ben più chiara di come funzioni.

Intuitivamente, capisco anche che se turbina e alternatore si trovano a lavorare fuori fase con la rete ne possano "soffrire". Un po' come (per capirci, eh) se un motore a scoppio venisse collegat rigidamente ad un altro albero che tende a farlo accelerare o rallentare....