Sorgailu baten osagai nagusiak eta nola funtzionatzen duen zentral hidroelektriko batean
Zentral hidroelektrikoek (ZHPE) uraren energia potentziala eta zinetikoa erabiltzen dituzte elektrizitatea sortzeko. Sistema honetako gailu garrantzitsuenetako bat sorgailua da, turbina baten biraketatik datorren energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen duen makina, indukzio elektromagnetikoaren printzipioaren bidez. Energia-bihurketa eraginkorra bermatzeko, sorgailu hidroelektriko bat modu integratuan lan egiten duten hainbat osagai nagusiz osatuta dago. Artikulu honek osagai horiek aztertzen ditu eta sorgailu batek zentral hidroelektriko baten testuinguruan nola funtzionatzen duen azaltzen du.
Energia hidroelektrikoaren sistemaren ikuspegi laburra
Sorgailuaren zatian sakondu aurretik, garrantzitsua da zentral hidroelektriko bateko energia-fluxua ulertzea. Urtegi edo presa bateko ura hodi-konduktu batetik turbina batera isurtzen da. Uraren presioak eta emari-tasak turbina biratzea eragiten dute. Turbinaren biraketa sorgailura zuzenean konektatutako ardatz batera transmititzen da. Ondoren, sorgailuak elektrizitatea sortzen du, eta ondoren transformadore baten bidez tentsioa igotzen da eta transmisio-sarera banatzen da.
Artikulu honen ardatz nagusia energia mekanikotik elektrikora bihurtzeko etapa da, hain zuzen ere sorgailuan.
Sorgailuen oinarrizko printzipioak: Indukzio elektromagnetikoa
Sorgailuek Faradayren Legean oinarrituta funtzionatzen dute, eta lege horrek dio eroale bateko fluxu magnetikoaren aldaketak indar elektroeragilea (EMF) sortzen duela. Sorgailu batean, fluxu magnetikoaren aldaketa hau eremu magnetikoaren eta eroale-bobinen arteko mugimendu erlatiboak sortzen du. Errotorea biratzen den heinean, eremu magnetikoa estatore-bobinen aldean biratzen da, bobinen artean tentsio bat sortuz. Tentsio horrek korronte elektrikoa sortzen du karga edo sare-sistema batera konektatzean.
Zentral hidroelektrikoetan, ohikoa den sorgailua hiru faseko sorgailu sinkronoa da, potentzia handi, egonkor eta eraginkortasun handikoetarako egokia delako.
Zentral hidroelektrikoetako sorgailuen osagai nagusiak
1. Estatorea (zati geldikorra)
Estatorea sorgailuaren biraketarik gabeko zatia da. Hemen sortzen da tentsio induzitu nagusia. Estatorea honako hauek osatzen dute:
– Estator-markoa: barneko osagaiak eusten dituen egitura mekanikoa.
– Estatorearen nukleoa: siliziozko altzairuzko xaflez osatuta dago korronte zurrunbilotsuen galerak murrizteko. Xaflek korronte zurrunbilotsuen bidea hausteko pilatutako xafla meheak dira.
– Estatorearen harilkatzea: estatorearen nukleoaren zirrikituetan jartzen den eroale-harizko bobina bat (normalean kobrezkoa). Bobina hau normalean hiru faseko irteera sortzeko diseinatuta dago.
Estatoreak energia elektrikoa irteteko “leku” gisa jokatzen du, tentsio induzitua bere bobinan agertzen baita.
2. Errotorea (biratzen ari den zatia)
Errotorea turbinaren ardatzarekin biratzen den sorgailuaren zatia da. Sorgailu hidroelektriko sinkrono batean, errotoreak sortzen du eremu magnetiko nagusia. Bi errotore mota ohikoenak daude:
– Polo irteneko errotorea: ohikoa da zentral hidroelektrikoetan, turbina hidroelektrikoek abiadura nahiko txikian biratzen baitute normalean. Errotore mota honek polo magnetiko irtenak ditu, polo anitzetarako egokiak, nahi den maiztasuna abiadura txikietan lortzea ahalbidetuz.
– Errotore zilindrikoa (ez-irtengarria): ohikoagoa da abiadura handiko sorgailu termikoetan, baina baldintza jakin batzuetan ere erabil daiteke.
Errotoreak eremu magnetiko bat sortzeko korronte zuzenaz hornitutako eremu-harilketa bat ere badu.
3. Kitzikapen sistema
Errotoreak eremu magnetiko bat sortzeko, sorgailuak errotorearen bobinei korronte zuzena ematen dien kitzikapen-sistema bat behar du. Kitzikapen-sistema funtsezkoa da, zeren eta zehazten baitu:
– sorgailuaren irteerako tentsioaren tamaina,
– sorgailuak potentzia erreaktiboa (VAR) hornitzeko edo xurgatzeko duen gaitasuna,
– funtzionamendu-egonkortasuna karga aldatzen denean.
Kitzikapen mota ohikoenak:
– Eskuilarik gabeko kitzikatzailea: fidagarriagoa, mantentze-lan gutxikoa, zentral hidroelektriko modernoetan oso erabilia.
– Eskuiladun kitzikatzailea (eskuila/eraztun irristakorra): sinpleagoa da, baina mantentze-lanak behar ditu, kontaktu-osagaiak igurzten baitira.
Gainera, kitzikapena AVR (Tentsio Erregulatzaile Automatiko) batek kontrolatzen du normalean tentsioa egonkor mantentzeko.
4. Ardatza eta enbragea
Ardatza turbinaren eta sorgailuaren errotorearen arteko lotura mekanikoa da. Zentral hidroelektriko handietan, ardatzak honako hauek izan behar ditu:
– torsioaren aurkako erresistentzia handia,
– bibrazioarekiko erresistentzia,
– lerrokatze-zehaztasun ona gehiegizko higadura saihesteko.
Akoplamenduak (erabiltzen bada) turbina eta sorgailua konektatzen laguntzen du, eta bibrazioen edo deslerrokatze txikien ondorioak murrizten ditu.
5. Errodamenduak
Errotorearen biraketa-abiadura handiak errodamendu-sistema bat behar du ardatzaren egonkortasuna mantentzeko eta marruskadura minimizatzeko. Bi errodamendu mota nagusi daude:
– Gida-errodamendua: ardatzaren posizioa zuzen mantentzen du eta ez da albo batera mugitzen.
– Bultzada-kojinetea: uraren indarrak turbinan eta errotorearen pisuak sortzen duen ardatz-indarrari (bultzada) eusten dio.
Errodamenduen lubrifikazio (olio-lubrikazioa) eta hozte-sistemak normalean integratuta egoten dira gehiegi berotzea saihesteko.
6. Sorgailuaren hozte-sistema
Sorgailu hidroelektrikoek potentzia handiko irteerarekin funtzionatzen dute, galera elektriko eta mekanikoetatik beroa sortuz. Serpentina isolamendua mantentzeko eta eraginkortasun handia mantentzeko, hoztea beharrezkoa da, adibidez:
– barneko haizagailuarekin airez hoztea,
– bero-trukagailuan uraren bidezko hoztea,
– unitate batzuetan, edukieraren arabera hozte-sistema konplexuagoa erabil daiteke.
Hozte onak estatorearen eta errotorearen isolamenduaren bizitza luzatzen du.
7. Isolamendu eta Babes Sistema
Estatore eta errotore bobinek isolamendu sistema sendoa izan behar dute, tentsio, tenperatura eta hezetasun altuak jasan ditzakeena. Gainera, sorgailuak babes neurriak ditu kalteak saihesteko, hala nola:
– zirkuitulaburreko eta gainkorrontearen aurkako babesa,
– bobinaren tenperaturaren babesa,
– bibrazioen aurkako babesa,
– lur-hutsegiteen aurkako babesa,
– kitzikapen-babesaren galera.
Sistema hauek, oro har, kontrol-paneletara eta SCADA sistemetara konektatuta daude.
8. Irteera-terminalak eta igogailu-transformadorea (erlazionatutako atala)
Sorgailuaren irteera normalean tentsio ertainekoa da (adibidez, 6-20 kV, diseinuaren arabera). Ondoren, elektrizitatea transformadore batera bidaltzen da transmisio-tentsio batera igotzeko (adibidez, 70 kV, 150 kV, 275 kV edo handiagoa), transmisio-galerak minimizatzeko.
Transformadorea sorgailuaren barne osagaia ez den arren, energia hidroelektrikoaren banaketa-katearen zati garrantzitsua da.
Nola funtzionatzen duten sorgailuek zentral hidroelektrikoetan: prozesu-segida
1. Presiopeko urak turbina biratzen du
Uraren energia energia mekaniko bihurtzen da turbinaren ardatzaren biraketa moduan.
2. Turbina-ardatzak sorgailuaren errotorea biratzen du.
Eremu magnetikoa duen errotoreak abiadura jakin batean biratzen du. Abiadura hori sistemaren maiztasunarekin bat etortzeko kontrolatzen da (50 Hz Indonesian).
3. Errotorearen eremu magnetikoak estatorearen bobinak “mozten” ditu
Errotorea biratzen den heinean, fluxu magnetikoa aldatu egiten da estatoreko bobinen posizioarekiko. Hemen agertzen da tentsio induzitua estatoreko harilketan.
4. Hiru faseko tentsioa agertzen da estatorearen terminaletan.
Estadore-bobina hiru faseko gisa diseinatuta dagoenez, 120 graduko aldaketa elektrikoarekin, sorgailuaren irteera hiru faseko korronte alternoko sistema egonkorra da karga handietarako.
5. AVR-k kitzikapena erregulatzen du tentsioa mantentzeko
Karga gorabehera egiten duen heinean, AVR-ak errotorearen kitzikapen-korrontea aldatzen du irteerako tentsioa sistemaren estandarraren barruan mantentzeko.
6. Energia elektrikoa transformadoreari eta sarera banatzen da
Sorgailuaren irteera transformadore batera sartzen da, eta ondoren transmisio eta banaketa sarearen bidez bidaltzen da kontsumitzaileetara.
Itxiera
Sorgailu hidroelektriko bat turbinatik datorren energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen duen gailu gakoa da, indukzio elektromagnetikoaren bidez. Bere osagai nagusien artean daude estatorea, errotorea, kitzikapen sistema, ardatza, errodamenduak, hozte, isolamendu eta babes gailuak. Osagai horiek guztiek elkarrekin lan egiten dute sare elektrikora transmititzeko hiru faseko elektrizitate egonkorra, eraginkorra eta segurua sortzeko. Sorgailu hidroelektriko baten osagaiak eta funtzionamendua ulertuz, ikus dezakegu zentral hidroelektriko baten funtzionamendu arrakastatsua ez dela soilik uraren erabilgarritasunaren menpekoa, baita sorgailuaren barruko sistema elektromekaniko konplexuaren fidagarritasunaren menpekoa ere.
