5.0 protección de generadores síncronos - tech...
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5.0 Protecci5.0 Proteccin de generadores n de generadores ssncronosncronos
Por: Csar Chilet Len
371
Generador sncrono
IbGen
3-Salida
Elctrica
Fuente DC de campo
Ia
Ic
Primo Motor(Entrada Mecnica)
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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
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Aterrizamiento de alta impedancia HiZ
* RESISTOR*
DEVANADOSDEL
GENERADOR
377
Esquema de aterramiento hbrido
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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)
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Corriente de cortocircuito del generador
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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.
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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.
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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)
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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.
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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%.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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En centrales hidrulicas
El caso ms desfavorable de sobretensin producto del rechazo de carga completa, podran experimentarlo los generadores hidrulicos.
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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%.
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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.
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Proteccin de mnima frecuencia 81U
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Proteccin de mnima frecuencia 81U
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.
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Proteccin de mnima frecuencia 81U
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.
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Proteccin de mnima frecuencia 81U
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.
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430
Proteccin de mnima frecuencia 81U
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.
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Proteccin de mnima frecuencia 81U
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).
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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 de mnima frecuencia 81U
Proteccin contra prdida de campo (40)
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Proteccin contra prdida de campo (40)
Curva de capacidad del generador visto sobre un pla no P-Q, esta debe ser convertido a un plano R-X
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Proteccin contra prdida de campo (40)
Increased Power Out
P-Q Plane
Increased Power Out
R-X Plane
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Proteccin contra prdida de campo (40)
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
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Proteccin contra prdida de campo (40)
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
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Proteccin contra prdida de campo (40)
Caracterstica de la impedancia de prdida de campo
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Proteccin contra prdida de campo (40)
Mtodo de proteccin N 1 Rel Mho de 2 zonas
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Proteccin contra prdida de campo (40)
Mtodo de proteccin N 2
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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
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37
Proteccin contra desbalance (46)
443
Proteccin contra desbalance (46)
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).
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444
Proteccin contra desbalance (46)
445
Proteccin contra desbalance (46)
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
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446
Proteccin contra desbalance (46)
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
Proteccin contra desbalance (46)
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
Proteccin contra desbalance (46)
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
Proteccin contra desbalance (46)
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
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41
450
Proteccin contra desbalance (46)
(Valores tomados de ANSI C50.13-1989)
451
Proteccin contra desbalance (46)
Caracterstica
Tiempo definido mximo y mnimo
Caracterstica de reposicin lineal
KtI =22
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42
Proteccin contra potencia inversa (32)
453
Proteccin contra potencia inversa (32)
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.
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43
454
Proteccin contra potencia inversa (32)
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
Proteccin contra potencia inversa (32)
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
Posibles daosPotencia de motorizacin
Motor primo
-
44
456
Proteccin contra potencia inversa (32)
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
Proteccin contra potencia inversa (32)
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
Posibles daosPotencia de motorizacin
Motor primo
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458
Proteccin contra potencia inversa (32)
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
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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).
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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
Sobreexcitacin V/Hz (24)
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
Sobreexcitacin V/Hz (24)
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
Sobreexcitacin V/Hz (24)
Curvas tpicas
Curva de limitacin para operacin de V/Hz para transformador
Curva de limitacin para operacin de V/Hz para generador
489
Sobreexcitacin V/Hz (24)
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
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61
490
Sobreexcitacin V/Hz (24)
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
Sobreexcitacin V/Hz (24)
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.
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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.
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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
Energizacin inadvertida (27/50)
Circuito equivalente.
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496
Energizacin inadvertida (27/50)
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
Energizacin inadvertida (27/50)
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.
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65
498
Energizacin inadvertida (27/50)
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
Energizacin inadvertida (27/50)
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66
500
Energizacin inadvertida (27/50)
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
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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
Proteccin con resistencia dependiente de la Temp.
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.
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504
Proteccin con resistencia dependiente de la Temp.
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
Proteccin con resistencia dependiente de la Temp.
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
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Proteccin de deslizamiento de polo (78)
507
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
Proteccin de deslizamiento de polo
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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Proteccin de deslizamiento de polo
Grfica de la trayectoria de la impedancia equivalente de dos generadores
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510
Proteccin de deslizamiento de polo
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.
511
Proteccin de deslizamiento de polo
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.
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Proteccin de fallo del interruptor (50BF)
513
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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514
Fallo del interruptor (50BF)
El diagrama funcional de un esquema tpico de falla del interruptor usado en un interruptor de lnea de transmisin.
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Fallo del interruptor (50BF)
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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516
Fallo del interruptor (50BF)
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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Fallo del interruptor (50BF)
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.