3.0 3.0 Proteccin de generadores Proteccin de ... 3.0 3.0 Proteccin de generadores Proteccin de generadores sncronos Por: Csar Chilet len Introduccin • Los generadores se deben

  • View
    232

  • Download
    9

Embed Size (px)

Text of 3.0 3.0 Proteccin de generadores Proteccin de ... 3.0 3.0 Proteccin de generadores Proteccin de...

  • 1

    3.0 3.0 Proteccin de generadores Proteccin de generadores sncronossncronos

    Por: Csar Chilet len

    Introduccin

    Los generadores se deben proteger especialmente puesto que es necesario evitar ausencias prolongadas del suministro de energa elctrica.

    114

    Por lo tanto, se requieren dispositivos de proteccin especialmente completos.

  • 2

    Introduccin

    Los dispositivos de proteccin tienen la tarea de reconocerreconocer la naturaleza y ubicacinubicacin de los fallos internos causados por daos del aislamiento del devanado de la mquina, y que podran tratarse, por ejemplo, de falla a tierra, cortocircuito y similares, o de fallos externos como, por ejemplo, sobrecarga, aumento de la tensin, carga desequilibrada, etc., que se puedan deber a una exigencia excesiva.

    115

    Introduccin

    La finalidad de la deteccin consiste en emitir una sealseal de aviso e, inmediatamente, tomar las medidas adecuadas para la eliminacineliminacin del fallo correspondiente.

    Esto puede conducir a la desconexin del generador de la red, con lo que se pueden evitar mayores daos.

    116

  • 3

    Introduccin

    No obstante, no es suficiente no es suficiente el interruptor de potencia, tambin se debe reducir la tensin en el menor tiempo posible, para que el fallo no afecte al generador generador.

    La tareatarea del dispositivo de desexcitacinconsiste en disminuir el campo magntico del generador.

    117

    Introduccin

    Para ello, la energa almacenada en el campo magntico se debe disipar convirtindose en otra forma de energa; por ejemplo, en calor.

    Esto se consigue conectando resistencias conectando resistencias activas en el circuito de excitacin del generador.

    118

  • 4

    119

    Generador en conexin directa con el sistema de potencia

    G

    SISTEMA DE POTENCIA

    BUS DE CARGA

    CARGAAUXILIAR

    CARGA CARGA

    120

    Generador en conexin unitaria con el sistema de potencia

    GCARGA

    AUXILIAR

    SISTEMA DE POTENCIA

  • 5

    Aterramiento del generador

    El punto neutro del generador es usualmente aterrizado: Para facilitar la proteccin del arrollamiento del estator y del sistema asociado.

    Para proteger de daos debido a sobretensiones transitorias en el caso de una falla a tierra o ferrorresonancia.

    En generadores de AT la impedancia de aterramiento usualmente es para limitar la falla a tierra.

    121

    Clasificacin de los sistemas de aterramiento

    Clase de aterramiento

    Relacin entre los

    parmetros de secuencia

    Xo/X1 Ro/X1 Ro/Xo

    AterrizadoEfectivamente 0-3 0-1 >0,60 2slidamente 0-1 0-0,1 >0,95

  • 6

    123

    Aterrizamiento de baja impedancia

    * RESISTORO

    REACTOR

    *

    DEVANADOSDEL

    GENERADOR

    124

    Aterrizamiento de alta impedancia HiZ

    * RESISTOR*

    DEVANADOSDEL

    GENERADOR

  • 7

    Resistencia de aterramiento del neutro con transformador

    125

    126

    Esquema de aterramiento hbrido

  • 8

    127

    Corriente de cortocircuito del generador

    128

    Corriente de falla en terminales del generador

  • 9

    129

    Caractersticas

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

    130

    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 daosdaos o una fallafalla completacompleta en pocos segundos,

    Se requiere la deteccindeteccin y el disparodisparoautomtico.

  • 10

    131

    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.

    132

    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.

  • 11

    PROTECCION DE GENERADOR Tipos de fallas

    Fallas internas del generador

    Fallas debidas a la carga

    Fallas debidasa mquinaimpulsora

    Fallas debidas al control del generador

    Tipos de fallas

    Fallas internas del generador

  • 12

    Fallas internas del generador Falla a tierra del estator

    Causas :

    Prdida de aislacin del estator Efectos (dependiendo del sistema de tierra)

    :

    Riesgo de dao del circuitomagntico

    Calentamiento local del estator

    Soluciones :

    Funciones de proteccin : 51G, 64REF, 51G, 64REF, 51G, 64REF, 51G, 64REF,

    59N+27TN 100% 59N+27TN 100% 59N+27TN 100% 59N+27TN 100% fallafallafallafalla a a a a tierratierratierratierra estatorestatorestatorestator (64G)(64G)(64G)(64G)

    59N+Diff U3TN 100% 59N+Diff U3TN 100% 59N+Diff U3TN 100% 59N+Diff U3TN 100% fallafallafallafalla a a a a tierratierratierratierra estatorestatorestatorestator (64G)(64G)(64G)(64G)

    67N (67N (67N (67N (variosvariosvariosvarios puntospuntospuntospuntos a a a a tierratierratierratierra).).).).

    51G64REFG

    Proteccin contra fallas a tierra (64)

  • 13

    Introduccin

    La falla ms frecuente falla ms frecuente de un generador es la

    ruptura del aislamiento de un devanado que se

    dirige hacia el ncleo de chapas conectadas a

    tierra.

    Aunque las corrientes de falla que fluyen aqu

    son pequeas en comparacin con la corriente

    nominal, incluso en un tiempo breve, pueden pueden

    producir serios daos en el paquete de hierroproducir serios daos en el paquete de hierro.

    137

    Introduccin

    Se incrementa el riesgo de una 2da falla riesgo de una 2da falla a tierra del estator, ya que la tensin de los conductores no afectados, se eleva en relacin a tierra.

    ConsecuenciaConsecuencia: aparecen cortocircuitos con contacto a tierra de repercusiones considerables.

    Por esto, una falla a tierra del estator del generador se debe detectar y desconectar detectar y desconectar rpidamenterpidamente

    138

  • 14

    139

    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

    140

    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

  • 15

    Caractersticas

    Valor de falla a tierra depende del tipo de aterramiento. Vara desde cero hasta el valor de cc 3F (o mayor para sistemas slidamente aterrizados).

    Proteccin de fase pueden no ser suficientemente sensibles.

    141

    142

    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

  • 16

    143

    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).

    144

    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.

  • 17

    145

    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.

    Porcentaje de devanado de estator no protegido por 87 para falla 1Ft

    Fuentes: IEEE Std 242-2001 IEEE Std C37.102-

    2006

    146

  • 18

    147

    Full Load

    No LoadVN3

    VP3sin fallaa tierra

    Tensin de tercer armnico

    148

    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.

  • 19

    149

    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.

  • 21

    153

    Proteccin de fallas a tierra

    Todos los sistemas adolecen del mismo defecto. si la falta es prximo al neutro, es muy posible que