5.0 Protección de generadores síncronos - Tech...

1

5.0 Protecci5.0 Proteccin de generadores n de generadores ssncronosncronos

Por: Csar Chilet Len

[email protected]

371

Generador sncrono

IbGen

3-Salida

Elctrica

Fuente DC de campo

Ia

Ic

Primo Motor(Entrada Mecnica)

2

372

Tipos de generadores sncrono

Rotor cilndrico Rotor de polos salientes

373

Generador en conexin directa con el sistema de potencia

G

SISTEMA DE POTENCIA

BUS DE CARGA

CARGAAUXILIAR

CARGA CARGA

3

374

Generador en conexin unitaria con el sistema de potencia

GCARGA

AUXILIAR

SISTEMA DE POTENCIA

375

Aterrizamiento de baja impedancia

* RESISTORO

REACTOR

*

DEVANADOSDEL

GENERADOR

4

376

Aterrizamiento de alta impedancia HiZ

* RESISTOR*

DEVANADOSDEL

GENERADOR

377

Esquema de aterramiento hbrido

5

378

Esquema de aterramiento hbrido

Generator normally grounded by low impedance Provides ground source for system relays

Provides ground source to limit transient overvoltages

Uses 51N for system back up when operating normally (low-Z ground)

Uses 87GD to declare internal ground fault Ground switched from low to high impedance, limiting current to 10A

Helps save the generator from arcing damage

Uses 59N once high impedance-grounded All elements available in M-3425A

Not in competitors (87 and 87GD are mutually exclusive)

379

Corriente de cortocircuito del generador

6

380

Corriente de falla en terminales del generador

381

Caractersticas

Diferente de otros componentes de los SEP, requieren ser protegidos no slo contra los cortocircuitoscortocircuitos, sino contra condiciones condiciones anormales de operacianormales de operacinn.

7

382

Condiciones anormales

1. Sobreexcitacin,

2. Sobrevoltaje,

3. Prdida de campo,

4. Corrientes desequilibradas,

5. Potencia inversa, y

6. Frecuencia anormal.

Bajo estas condiciones, el generador puede sufrir dadaosos o una fallafalla completacompleta en pocos segundos,

Se requiere la deteccideteccinn y el disparodisparoautomtico.

383

Protecciones ms usuales

1.Proteccin diferencial del generador.2.Proteccin de sobrecorriente.3.Proteccin de sobrecorriente dependiente de la

tensin.4.Proteccin de mnima impedancia.5.Proteccin de mnima tensin.6.Proteccin de sobretensin.7.Proteccin de mnima frecuencia.8.Proteccin contra prdida de campo.9.Proteccin contra desbalance.

8

384

Protecciones ms usuales

10. Proteccin contra potencia inversa.11. Proteccin contra fallas a tierra.12. Proteccin de sobreexcitacin.13. Proteccin contra energizacin inadvertida.14. Proteccin trmica con resistencia

dependiente de la temperatura.15. Proteccin de deslizamiento de polo.16. Proteccin de fallo del interruptor.17. Proteccin de cortocircuito de interruptor.18. Proteccin de sobreintensidad bloqueada.

Proteccin diferencial (87)

9

386

Proteccin diferencial del generador (87)

Proporciona proteccin: contra defectos de fase.

Fallas a tierra en caso de aterrizamientos moderados.

Tcnicas: Diferencial porcentual.

Diferencial de HiZ.

387

Proteccin diferencial porcentual

El ajuste del umbral de corriente diferencial IS1puede ser tan bajo como 5%ING.

IS2 > ING tpicamente, digamos 120%.

El ajuste del porcentaje de polarizacin K2, tpicamente se ajusta al 150%.

10

388

Proteccin diferencial de HiZ

La impedancia el TI saturado es muy pequea en comparacin con la impedancia del circuito de la bobina rel, al que se le ha sumado una resistencia externa de estabilizacin.

389

Proteccin diferencial de HiZ

Ajuste, Gen dif I s1, lo ms bajo posible. Normalmente, 5% ING.

La intensidad de funcionamiento de la proteccin primaria.

( ) ( )IenIdifGenTII SRATIOOP += 1

11

390

Estator multiespiras

Para bobinados de esttor multiespiras, existe la posibilidad de que se produzca un cortocircuito entre espiras del bobinado.

A menos que este falta se transforme en una falta a tierra del esttor, no se detectar a travs de las disposiciones de proteccin convencionales.

391

12

Protecciones de respaldo a la proteccin 87

393

Protecciones de respaldo al 87

Las protecciones de respaldo a la proteccin diferencial son: La proteccin de sobrecorriente.

Proteccin de mnima impedancia.

13

394

Proteccin de sobrecorriente 51/51V

Respaldo para fallas entre fases Pueden tomar dos formas .

Proteccin de sobrecorriente 51

puede ser proteccin principal para generadores pequeos, y como proteccin de respaldo para grandes unidades

Proteccin de sobrecorriente dependiente de la tensin 51V

donde la proteccin del 87 no es justificable, o donde existen problemas al aplicar 51.

395

Capacidad tpica de sobrecarga de corta duracin del estator

51: proporcionaproteccin contra sobrecargatrmica(I2t).

El rel usa I2t = Kpara calentamientode corta duracin.

Segn :ANSI C50.13-1977, ANSI C37.102-1987 226% IN, 10 s.

154% IN, 30 s.

130% IN, 60 s.

116% IN, 120 s.

14

396

Capacidad tpica de sobrecarga de corta duracin del estator

20 40 60 80 100 120

100

200

300

PO

RC

EN

TA

JE D

E L

A C

OR

RIE

NT

E D

E A

RM

AD

UR

A N

OM

INA

L

TIEMPO - SEGUNDOS

TYPICAL GENERATOR

SHORT-TIME THERMAL

CAPABILITY FOR

BALANCED 3-PHASE

LOAD

(from ANSI C50.13)

397

Proteccin 51/50

Constituida por un elemento de sobreintensidad no direccional de dos etapas (51/50).

Dificultad: el decrecimiento de la corriente de falla en el tiempo.

IEC Curvas

Current (Multiples of Is)

0.1

1

10

100

1000

1 10010

Operating Time (s)IEC SIIEC VIIEC EIIEC LTS

15

398

Unidad 51

Respaldo para fallos en el generador y el sistema.

El ajuste de corriente, debe estar coordinada con la proteccin aguas abajo.

399

Unidad 50

Proteccin, contra fallos internos del generador. Caracterstica de funcionamiento en tiempo

definido. El ajuste de intensidad, puede establecerse

como el 120% IMAX FALLA, normalmente 8 x ING. Funcionamiento instantneo. Es estable ante fallos externos. En el caso de

fallos internos, la intensidad de fallo estarsuministrada desde el sistema y ser superior al segundo ajuste.

16

400

Proteccin 51V

Proporciona respaldo para fallas entre fases en el sistema.

401

Proteccin 51V

Difcil de ajustar: Debe coordinarse con la proteccin de respaldo del sistema

Criterio de ajuste general coordinado: Tiempo de relevadores de respaldo.

Tiempo de falla de interruptor.

17

402

Proteccin 51V

A fin de superar la dificultad de discriminacin, con la tensin en terminales se puede modificar dinmicamente la caracterstica bsica tt--ii para faltas cercanas.

U >):UAJUSTE = 1,3 - 1,5 UNDisparo = instantneo

26

420

Proteccin 59

Esta funcin de proteccin responde a las seales de tensin lnea suministradas al rela travs de las entradas principales del TT.

421

Sobretensin

Generador sincronizado con otras fuentes a un sistema elctrico, se producira un sobretensin en caso de que el generador ligeramente

cargado y se le solicitara un alto intensidad de carga capacitiva.

Despus de una separacin del sistema al que alimenta, El generador experimenta el rechazo de carga completa mientras

contina conectado a parte del sistema elctrico.

27

422

AVR

El equipo de regulacin automtica de la tensin debera responder rpidamente para corregir la condicin de sobretensin.

Es recomendable disponer de 59 para cubrir un posible fallo del AVR y corregir as la situacin o con el regulador en control manual.

423

En centrales hidrulicas

El caso ms desfavorable de sobretensin producto del rechazo de carga completa, podran experimentarlo los generadores hidrulicos.

28

424

En centrales hidrulicas

El tiempo de respuesta del equipo regulador de velocidad puede ser tan bajo, que se puede producir una sobreaceleracin transitoria del 200% de la velocidad nominal.

Incluso con la accin del regulador de tensin, de esta sobreaceleracin podra resultar una sobretensin transitoria del 150%.

425

Datos

Capacidad de un 5% de sobretensin de forma continua.

El fabricante del generador debera suministrar los tiempos soportados en las condiciones de las sobretensiones ms severas.

29

Proteccin de mnima frecuencia 81U

427


Causas: Prdida de generacin, provoca operacin a frecuencia reducida

durante un tiempo suficiente como para producir sobrecargas en las turbinas de gas o de vapor.

La operacin de una turbina a frecuencia baja es ms crtica que la operacin a frecuencia alta.

Se recomienda proteccin de baja frecuencia para turbinas de gas o vapor.

30

428


La turbina es ms restringida: Es la causa de resonancia mecnica en sus labes.

Las desviaciones de la fN pueden generar frecuencias cercanas a la frecuencia natural de los labes y por lo tanto incrementar los esfuerzos vibratorios.

Los incrementos en los esfuerzos vibratorios, pueden acumularse y agrietar algunas partes de los labes.

429


Los fabricantes de turbinas dan lmites de t para operaciones con fANORMAL.

Los efectos de operacin a frecuencia anormal son acumulativos.

Estas limitaciones de la capacidad de la turbina generalmente aplica para turbinas de vapor.

Las turbinas de gas generalmente tienen ms capacidad que las unidades de vapor para operar a baja frecuencia.

31

430


Sin embargo, las turbinas de gas estn frecuentemente limitadas por la inestabilidad en la combustin o la salida repentina de la turbina por la cada de frecuencia. El lmite de frecuencia debe ser dado por cada fabricante.

En general estas restricciones no aplican para generadores hidrulicos.

La mayora de los esquemas requieren usar un rel de baja frecuencia para cada banda de frecuencia.

431


El esquema de rel de baja frecuencia mltiple y temporizado no es usado en turbinas de gas. Los fabricantes de estos equipos dan proteccin de baja frecuencia que consiste en un disparo por baja frecuencia cuyo ajuste est dado por el fabricante.

Los rels 81U generalmente dan disparo. En los casos en que las consecuencias de una

prdida de la mquina sean catastrficas, slo se utiliza la proteccin como alarma (se acepta la posibilidad de daos en la turbina).

32

432

A Respuesta de

frecuencia del sistema

con recuperacin

mediante mnimo

rechazo de carga.

B Respuesta de

frecuencia del sistema

con desconexin del

generador.

C Caracterstica ptima

de proteccin 81U


Proteccin contra prdida de campo (40)

33

434


Curva de capacidad del generador visto sobre un pla no P-Q, esta debe ser convertido a un plano R-X

435


Increased Power Out

P-Q Plane

Increased Power Out

R-X Plane

34

436


Consecuencias en:Consecuencias en: Generador

El generador sncrono se convierte en generador de induccin

El deslizamiento induce corrientes de Eddy que calientan la superficie del rotor

Las altas corrientes reactivas manejadas por el generador sobrecargan al estator

Sistema de potencia Prdida de soporte de potencia reactiva

Crea un dren de reactivos

Puede iniciar un colapso de voltaje del sistema o del rea asociada al generador

437


CausasCausas Apertura del circuito de campoApertura del circuito de campoApertura del circuito de campoApertura del circuito de campo

Corto circuito en el campoCorto circuito en el campoCorto circuito en el campoCorto circuito en el campo

Disparo accidental del interruptor de campoDisparo accidental del interruptor de campoDisparo accidental del interruptor de campoDisparo accidental del interruptor de campo

Falla del control del regulador de tensiFalla del control del regulador de tensiFalla del control del regulador de tensiFalla del control del regulador de tensinnnn

PPPPrdida del excitador principalrdida del excitador principalrdida del excitador principalrdida del excitador principal

35

438


Caracterstica de la impedancia de prdida de campo

439


Mtodo de proteccin N 1 Rel Mho de 2 zonas

36

440


Mtodo de proteccin N 2

441

Ejercicio

Valores mostrados de la hoja de datos del generador:

125 MVA Base Xdsat = 24.5% =

0.245 pu Xd = 206.8% =

2.068 pu

37

Proteccin contra desbalance (46)

443


Corrientes de fase desbalanceadas crean corriente de secuencia negativa en el estator del generador,

I2 = 1/3(IA + a2IB + aIC)Donde a = 1 120

a2 = 1 240IA, IB, IC = corrientes de fase.

La corriente de secuencia negativa interacta con la corriente de secuencia positiva normal para inducir una corriente de doble frecuencia (120 HZ).

38

444


445


La corriente de 120 Hz es inducida en el rotor causando el calentamiento de la superficie

El generador tiene un rango de tiempo corto establecido

Donde K = Factor del Fabricante (mientras mas grande

sea el generador menor es el valor de K)

KtI =22

39

446


Electromecnicos Sensibilidad restringida a cerca 0.6 pu I2 de la

capacidad del generador Generalmente insensible a cargas

desbalanceadas o conductores abiertos Proporciona respaldo por fallas desbalanceadas

solamente

Esttico/Digital Protege al generador dentro de su capacidad de

I2 continua

447


TIPO DEL GENERADOR

I2 PERMISIBLE

(PORCENTAJE DE LA CAPACIDAD DEL ESTATOR)

Polos Salientes

Con devanados de amortiguamiento Conectado

10

Con devanado de amortiguamiento No Conectado

5

Rotor Cilndrico

Enfriado indirectamente

Enfriado directamente a 960 MVA

961 a 1200 MVA

1201 a 1500 MVA

10

8

6

5

ANSI C50.13

40

448


ANSI C50.13.el generador deber ser capaz de soportar, sin daarse, los efectos de un desequilibrio de corriente continuo que corresponde a una corriente I2 de secuencia de fase negativa de los siguientes valores, en tanto que no se exceda el kVA nominal y que la corriente mxima no exceda el 105% de la corriente nominal en ninguna de las fases.

449


TIPO DE GENERADOR

K

tI2

2 permisible

Generador de Polo Saliente 40

Condensador Sncrono

Tiempo del generador de rotor cilndrico

Enfriado indirectamente

Enfriado directamente (0-800 MVA)

Enfriado directamente (801-1600 MVA......)

Ver curva de la figura siguiente

30

20

10

41

450


(Valores tomados de ANSI C50.13-1989)

451


Caracterstica

Tiempo definido mximo y mnimo

Caracterstica de reposicin lineal

KtI =22

42

Proteccin contra potencia inversa (32)

453


Previene que el generador se motorice por prdida del primo motor

La motorizacin resulta cuando la turbina no puede suministrar siquiera las prdidas propias de la unidad y esta deficiencia tiene que ser absorbida desde el sistema.

El generador no es afectado por potencia inversa: funciona como un motor sncrono.

Las consecuencias de la motorizacin depender del tipo de motor primo y del nivel de potencia recibida.

43

454


El nivel de motorizacin depende del ndice de compresin y del espesor del dimetro del cilindro. Para limitar la prdida de potencia y el riesgo de daos es necesaria una rpida desconexin.

Riesgo de incendio o explosin de

combustible no consumido.

5% - 25%Motor Diesel

Posibles daosPotencia de motorizacin

Motor primo

455


La carga de compresin en motores de eje sencillo implica una potencia de motorizacin mayor que la de los motores de eje partido. Es necesaria una rpida desconexin para limitar la prdida de potencia o los daos.

En algunos conjuntos de engranajes, pueden

aparecer daos debido al par inverso en los

dientes del engranaje.

10% - 15%(eje partido)

>50%(simple eje)

Turbina de gas


Motor primo

44

456


La potencia es baja cuando las paletas estn por encima del nivel del canal de desage. Los dispositivos de deteccin de flujo hidrulico son a menudo los mejores medios para detectar una prdida de control. Se recomienda la desconexin automtica.

Puede producirse la cavitacin de paletas y ruedas

con un largo periodo de

motorizacin.

0,2 - >2%(paletas fuera del agua)

>2,0%(Paletas en el agua)

turbinas hidrulicas

Posibles daos

Potencia de motorizacin

Motor primo

457


Pueden producirse daos rpidamente en los conjuntos sin condensacin o si se pierde el vaco en conjuntos con condensacin. Se debe utilizar proteccin de potencia inversa como mtodo secundario de deteccin, debindose utilizar exclusivamente para producir una alarma.

Pueden aparecer daos por fatiga trmica en las paletas de turbinas de baja presin cuando el flujo de vapor no puede disipar las prdidas

por rozamiento.

0,5% - 3%(con condensacin)3% - 6%

(sin condensacin)

Turbinas de vapor


Motor primo

45

458


El ajuste del valor de arranque debe ser el recomendado por el fabricante de la turbina lo mismo que el retardo del rel.

Estos valores deben ajustarse de un modo tan sensible, que el rel detecte cualquier condicin de potencia inversa.

Proteccin contra fallas a tierra (64)

46

460

Detectar contactos a tierra en todo el devanado, inclusive en el centro de la estrella.

Liberar la falla desconectando el generador y su excitacin lo mas rpido posible

Limitar las corrientes de contacto a tierra, para que no produzcan daos en la chapa del estator.

Que sea insensible a perturbaciones y fallas a tierra en la red.

Objetivo

461

Antecedentes : Se tiene la ventaja de tener separada

galvnicamente a la maquina del resto de la red (las perturbaciones en ella no influyen directamente en la proteccin).

Sin embargo, siempre existe una cierta influencia a travs de la capacidad del transformador de bloque (de forma que una falla a tierra externa provoca una tensin entre el neutro y tierra).

Fallas a tierra en el estator

47

462

Zg

VR VR VT

rptU>

In

Generador

Puesta a tierra de un generador

Vo

Zg

Zg

Para cumplir con la premisa baja intensidad de paso a tierra, se aconseja trabajar con el neutro del generador aislado o puesto a tierra a travs de alta impedancia.

Puesta a tierra de alta impedancia

463

GENERADOR

x.Zg (1 - x) . Zg

VT

x.Vr

T

IN

Vo

In

Rpt

x.Zg

x.ZgVS

x.VR (1-x).VR

(1 - x) . Zg

(1 - x) . Zg

S

R

Generalmente se desprecia la resistencia de la porcin del devanado (xZg).

48

464

Zona protegida

0% 13% 100%

(0V) (825V) (11000 V)3

Rpt

In

Vo

Cuanto menor sea el ajuste del rel de tensin, mayor ser la zona protegida del arrollamiento.

465

Fallas a tierra en el estator

La proteccin diferencial no brinda proteccin de falla a tierra para todo el devanado de fase del estator, es una prctica comn utilizar, como complemento, una proteccin sensible para fallas a tierra.

49

466

Full Load

No LoadVN3

VP3sin fallaa tierra

Tensin de tercer armnico

467

Corriente de tercer armnico

Contenido de tercer armnico en las corrientes del generador.

Esta corriente pasa por el neutro y podra operar el rel si este no incorpora algn filtro.

50

468

A.T.

B.T.

Vr

Vs

Vt

3Vo

Esquema diferencial de neutro

A este tipo de esquema se le conoce como diferencial de neutro o de falta tierra restringida. No se ve afectado por la 3ra Armnico.

52

472

Proteccin de fallas a tierra

Todos los sistemas adolecen del mismo defecto. si la falta es prximo al neutro, es muy posible que la proteccin no la detecte.

Si se quiere proteger el 100% del estator hasta buscar rels y montajes mas complejos.

Un sistema, trabaja con el 3er armnico. cuando se produzca un contacto a tierra del estator, la corriente de 3er armnico ser tanto menor cuando la falla sea prximo al neutro.

473

~

U >

Esquema basadoen el tercerarmnico

~

~~

vv

v

53

474

Proteccin al 100% del estator

Uno de los mtodos es usar un rel de subtensin de tercera armnica (27TN).

Los componentes de voltaje de tercera armnica estn presentes, en diverso grado, en el neutro de casi todas las mquinas; ellos surgen y varan debido a diferencias en el diseo, la fabricacin, y la carga de la mquina.

Este voltaje, de estar presente en suficiente magnitud, puede usarse para detectar fallas a tierra cerca del neutro.

475

59 Rel Supervisor de Sobrevoltaje Instantneo59N Rel de Sobrevoltaje Sintonizado a la Frecuencia Fundamental (60 Hz)27TN Rel de Bajo Voltaje Sintonizado a la Frecuencia de 3TH (180 Hz)2-1, 2-2 Temporizadores

Esquema de proteccin 59N/27TN

54

476

477

55

478

Generador sin falla a tierra

Full Load

No LoadVN3

VP3sin fallaa tierra

479

NoLoad

VP3

Con fallaa tierra

VN3

Generador con falla a tierra

56

480

59N

V3d

0% 100%

Proteccin 64 al 100% del estator

481

789 MW, 25 kV Unit VP3_FL = 8 V VN3_FL = 8 V VP3_NL = 2.7 V VN3_NL = 2.5 V

Ejemplo de Elemento 64 G

57

482

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Full Load Line

No Load Line

Tensin de tercer armnico

483

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

Lower 64G2 Upper 64G264G127N3

Lmites del elemento Vs. la carga

58

Proteccin de sobreexcitacin V/Hz (24)

485

Sobreexcitacin V/Hz (24)

Lmites del generador (ANSI C50.13)

Plena carga V/Hz = 1.05 pu

Sin carga V/Hz = 1.05 pu

Lmites del transformador (terminales de HV)

Plena carga V/Hz = 1.05 pu

Sin carga V/Hz = 1.10 pu

59

486


Causas de problemas de V/Hz Problemas en el regulador de voltaje.

Error de operacin durante la operacin del regulador manual fuera de lnea.

Falla de control. Prdida del TP que suministra voltaje al regulador. Sobre-excitacin cuando el generador esta en lnea.

Problemas en el sistema Rechazo de carga de la unidad: rechazo a plena carga o con carga

parcial. Formacin de islas en el sistema de potencia durante disturbios

mayores.

487


Seales fsicas Como el voltaje se eleva

arriba del nominal el flujo de dispersin se incrementa

El flujo de dispersin induce corrientes en la estructura de soporte del transformador causando un calentamiento rpido localizado.

Flujo de Dispersin

Flujo en el Ncleo

Vp Vs

60

488


Curvas tpicas

Curva de limitacin para operacin de V/Hz para transformador

Curva de limitacin para operacin de V/Hz para generador

489


La funcin 24 V/Hz debe ser ajustada de acuerdo a la norma C37.102, si no existe una curva de ajuste V/Hz vs t, para el transformador elevador del generador.

Resumen de ajustes Setpoint #1 = 106%, 10s

Setpoint #2 = 110%, 5s

Curva INV=Deshabilitada

61

490


Relevador V/Hz de tiempo inverso Un relevador V/Hz con una caracterstica inversa puede

ser aplicado para proteger un G y/o T, de un nivel excesivo de V/Hz.

491


Un nivel de operacin mnimo de V/Hz y de

retardo de tiempo pueden normalmente ser

ajustados para igualar la caracterstica V/Hz

combinada del generador-transformador.

Si se puede, se deben obtener las limitaciones

V/Hz del fabricante y usarlas para determinar las

caractersticas combinadas.

62

Proteccin contra energizacin inadvertida (27/50)

493

Proteccin contra energizacin inadvertida (27/50)

Cmo ocurre? Errores de operacin. Flameo (flashover) de los contactos del

interruptor. Mal funcionamiento de los circuitos de control. Alguna combinacin de los anteriores.

63

494

Energizacin inadvertida (27/50)

Respuesta del generador y daos. El generador se comporta como un motor de induccin.

El flujo rotatorio se induce dentro del rotor del generador.

La corriente resultante en el rotor es forzada dentro de la trayectoria de secuencia negativa en el cuerpo del rotor.

La impedancia de la mquina durante la energizacin inicial es equivalente a su impedancia de secuencia negativa.

Ocurre un rpido calentamiento del rotor. KtI =22

495


Circuito equivalente.

64

496


Muchas veces la proteccin convencional es deshabilitada cuando la unidad estfuera de lnea Se remueven los fusibles o cuchillas de los transformadores de potencial.

Se remueve la alimentacin de DC para el control.

El contacto auxiliar (52a) del interruptor o cuchillas pueden deshabilitar el disparo.

497


Esquemas de proteccin empleados . Esquemas de sobrecorriente supervisados con frecuencia.

Esquemas de sobrecorriente supervisados con voltaje.

Esquema de sobrecorriente direccional.

Esquema de relevadores de impedancia.

Esquema de sobrecorriente habilitado con contacto auxiliar.

65

498


Respuesta de la proteccin convencional. Algunos relevadores podran detectar la

energizacin inadvertida del generador pero pueden: Ser marginales en su habilidad para detectar la condicin.

Operar tan lentos que no puedan prevenir el dao.

499


66

500


ConclusionesConclusiones La energizacin inadvertida es un serio

problema. Daos ocurren en segundos.

La proteccin convencional del generador. Marginal en la deteccin del evento.

Deshabilitada cuando la mquina es energizada inadvertidamente.

Opera muy lento para prevenir dao.

Se necesita instalar un esquema de proteccin dedicada.

Proteccin trmica con resistencia dependiente de la temperatura

67

502

Proteccin con resistencia dependiente de la Temp.

Causas: Sobrecarga prolongada. El desgaste o la falta de lubricacin de los

rodamientos puede provocar tambin calentamientos localizados en el interior de la carcasa de rodamiento.

Efectos: envejecimiento prematuro de su aislamiento o,

en casos extremos, un fallo de este.

503


Sensores trmicos. Para proteger contra cualquier calentamiento

localizado o generalizado, los rels tienen la capacidad de admitir entradas de hasta 10 dispositivos de deteccin de resistencia de temperatura.

Las resistencias detectoras de temperatura (RTD) o termopares se colocan en diferentes partes del arrollamiento para detectar los cambios de temperatura.

68

504


Las resistencias detectoras de temperatura pueden ser: de cobre (valor 10 W a 25),

platino (valor 100 W a 0)

nquel (valor 120 W a 0).

El ajuste depender de la capacidad trmica del aislamiento del generador.

505


140C+ durante emergencias.

98C para una edad normal del aislamiento. Se debera dar una sobrecarga cclica.

Temperatura del foco caliente del devanado

Se asume normalmente del aceite un gradiente de temperatura a partir de la temperatura del

devanado de tal modo que los RTD del aceite superior pueden

proporcionar proteccin al devanado

80C (50-60C por encima de la ambiental).

Temperatura superior de los

transformadores

60-80C+60-80C, dependiendo

del tipo de rodamiento

Temperatura de rodamientos de

generadores

Sobrecarga a corto plazoTemperatura tpica de servicio en carga totalParmetro

69

Proteccin de deslizamiento de polo (78)

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Proteccin de deslizamiento de polo

Proporciona disparo del generador cuando este pierde sincronismo con el sistema de potencia, esto es el generador se desliza un polo

Esto ocurre cuando los corto circuitos en el sistema no son librados con la suficiente rapidez

Sistema

De

PotenciaT G X

Corto CircuitoEg g

ES S

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508


La ecuacin de transferencia de potencia

P=(EGES/X) sen(S - G)

Flujos de potencia real pequeos hacia el sistema durante una falla trifsica

El ngulo de fase del voltaje interno se adelanta durante un corto circuito

Si la falla permanece en el sistema mucho tiempo el generador pierde sincronismo aunque la falla se libre despus

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Grfica de la trayectoria de la impedancia equivalente de dos generadores

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510


Cundo es necesario OSP? Cuando un tiempo de Switcheo crtico del

generador es lo suficientemente corto para garantizar la accin.

Cuando la trayectoria de la oscilacin pasa a travs del generador o su transformador elevador.

Cuando la trayectoria de la oscilacin pasa a travs de las lneas de transmisin cercanas a la planta pero los relevadores de las lneas no pueden detectar el evento.

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Aplicacin: Para generadores relativamente pequeos que

funcionan en paralelo con fuertes suministros pblicos.

Podra ser el de un cogenerador en paralelo con el sistema de distribucin de una utilidad pblica, en la que no se proporciona proteccin de alta velocidad para fallos del sistema.

El retardo en la reparacin de los fallos del sistema puede suponer una amenaza para la estabilidad de la central del cogenerador.

72

Proteccin de fallo del interruptor (50BF)

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Fallo del interruptor (50BF)

Cuando el sistema de rels de proteccin opera para disparar el interruptor automtico del generador pero el interruptor no funciona, es preciso activar un esquema de falla del interruptor.

Dadas las sensibilidades requeridas, hay importantes diferencias entre la manera de aplicar un esquema de falla local del interruptor en un interruptor de generador y en un interruptor de lnea de transmisin.

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El diagrama funcional de un esquema tpico de falla del interruptor usado en un interruptor de lnea de transmisin.

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Cuando los rels de proteccin detectan una falla, van a intentar disparar el interruptor primario de la lnea de transmisin e iniciar a la vez una falla del interruptor.

Si el interruptor de lnea no despeja la falla durante un intervalo de tiempo especificado, el temporizador va a disparar los interruptores de respaldo necesarios para sacar de servicio al interruptor automtico que ha fallado.

El disparo exitoso del interruptor primario estdeterminado por el desaccionamiento de su detector de corriente, que detiene el temporizador de falla del interruptor (62).

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Sin embargo, cuando el esquema de falla del interruptor se aplica a un interruptor de generador, su disparo puede no ser iniciado por un corto circuito sino por una condicin anormal de operacin en la que puede haber muy poca, o no haber, corriente de corto circuito. Las condiciones anormales de operacin como el sobrevoltaje, la sobreexcitacin, la baja frecuencia excesiva, la potencia inversa y las fallas a tierra del estator, no producirn suficiente corriente para operar los detectores de corriente.

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El conmutador del interruptor 52a deber usarse en paralelo con los detectores de falla para dar indicaciones adicionales en un esquema de falla del interruptor para interruptores de generador.

52a - Contactos Auxiliares del Interruptor AutomticoCD - Detector de Corriente62- Temporizador de falla del interruptor con retardos ajustables de enganche y cero desenganche.

5.0 Protección de generadores síncronos - Tech...

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