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7/23/2019 5.1 Esquemas de Proteccion Para Generadores
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TEMA 5.1ESQUEMA DE PROTECCIONES PARA
GENERADORES
UNIDAD 5PROTECCIONES ELECTRICAS
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INTRODUCCION
Los generadores necesitan proteccin contra un cierto
nmero de condiciones, algunas de las cuales requieren de
desconexin inmediata. Y algunas otras, se les puede permitir
continuar trabajando por un cierto tiempo.
En trminos generales, las fallas del generador estnrelacionadas
principalmente con fallas en los aislamientos y
estn requieren de desconexin rpida, en tanto, que las que
no lo requieren, se asocian a condiciones de operacin
anormales.
En la proteccin de los generadores elctricos, se debeconsiderar
que las fallas de aislamiento que requieren
desconexin rpida, pueden ocurrir en el estator o en el rotor
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Condiciones anormales que se puede presentar un generador.
La proteccin de un generador debe suponer condiciones
anormales en su funcionamiento los cuales son los
siguientes:
Falla en los devanados.
Perdida de excitacin
Sobrecarga
Sobrecalentamiento
Sobrevelocidad
Operacin desbalanceada Operacin fuera de sincronismo
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Muchas de estas condiciones pueden ser corregidas mientras
la unidad esta en servicio y deben ser detectadas y
sealizadas por alarmas. Al detectar la falla hace que ocurra
un disparo y con el resultado de la ruptura del aislamiento.
Los tipos de fallas que ocurren en los sistemas de
aislamiento
de los devanados de un generador son :
Cortocircuito entre fases
Cortocircuito entre espiras
Falla a tierra del estator Falla a tierra del rotor
Cortocircuito entre espiras en el rotor
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Protecciones del Generador de
acuerdo al origen de falla
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Protecciones del Generador de
acuerdo al origen de falla
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Protecciones del Generador de
acuerdo al origen de falla
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En la fig. 6.1 se muestra la ubicacin de cada uno de los
tipos
de falla en el interior del generador (sistema de
aislamiento)
Las fallas 1 y 2 resultan en una severa corriente dentro de la
maquina ypresentan graves daos. lo cual es detectado por un sistema
de proteccindiferencial, donde las corrientes a cada lado del
aparato protegido por cadafase son comparadas en un circuito
diferencial y cualquier diferencia entre lascorrientes entrante y
saliente har operar el relevador de sobrecorriente.
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Proteccin diferencial para
generadores
En la practica se debe recomendar proteccion
diferencial para proteger contra cortocircuito para
generadores de 1 MVA hasta 10 MVA, la proteccion
diferencial satisface:
Debe ser sensible para detectar daos del estator del
generador y no operaran para fallas externas a la
maquina.
Deber operar rapidamente para que el generador
sea desconectado y evitar una falla grave
Diseado para que los interruptores abran
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En la figura 6.2 se muestra el arreglo de los TC y de los
relevadoresdiferenciales de porcentaje para un generador conectado
enestrella,
En la figura 6.3 para un generador conectado en delta. Si
laconexin del neutro se hace dentro del generador y solo sale
alexterior el terminal del neutro y se aterriza mediante
unaimpedancia baja, solo puede proporcionarse la
proteccindiferencial de porcentaje para fallas a tierra, como
fig. 6.2 Proteccin diferencial de
porcentaje para un generadorconectado en estrella
fig. 6.3 Proteccin diferencial de
porcentaje para un generadorconectado en delta.
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En la figura 6.4. Las conexiones para el arreglo de la
unidad
generador-transformador se muestran
En la figura 6.5; ntese que los TC en el terminal del neutro
pueden usarse en comn por los equipos de proteccin
diferencial del generador y del transformador
Fig. 6.4 Proteccin diferencial de porcentaje para
un generador conectado en estrella con solo
cuatro terminales accesible en el exterior
Fig. 6.5 Proteccion diferencial de porcentaje unidad
generador- transformador Secuencia de faces a,b,c
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PROTECCIN CONTRA FALLAS ENTRE
ESPIRAS EN DEVANADOS DEL
ESTATOR. El mtodo convencional para proporcionar proteccin de
fallas entre
espiras es el relevador de fase partida como se ilustra en la
figura 6.6. Si
hay ms de dos circuitos por fase, estos estn divididos en dos
grupos
iguales de circuitos paralelos con un TC para cada grupo. El
relevador de
fase partida operar para cualquier tipo de cortocircuito en los
devanados
del generador.
Fig. 6.6 Proteccin de fase
partida para un generador
multicircuito.
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Puede proporcionarse proteccin ms rpida, ms sensible si
se usa un TC de doble primario y un solo secundario, como se
ve en la figura 6.7. El TC de doble primario elimina todos
los
desequilibrios transitorios excepto aquellos que existen en
las
propias corrientes primarias.
Fig. 6.7 Proteccin de fasepartida que usa TC de doble
primario
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Proteccin contra fallas a tierra en
el campoLa prctica ms segura es utilizar el equipo de proteccin
por relevadores para
disparar en forma inmediata los interruptores principal y del
campo del
generador cuando ocurre la primera falla a tierra.
Proteccin contra fallas a tierra en el campo
del generador.
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Proteccin contra sobrecalentamiento del
rotor debido a corrientes trifsicas
desequilibradas del estator.
Las corrientes trifsicas desequilibradas del estator originan
corrientes de doble
frecuencia que se inducen en el hierro del rotor.
El tipo de equipo de proteccin recomendado es un relevador de
sobrecorriente de
tiempo inverso conectado a la salida de un filtro de corriente
de secuencia negativa
alimentado de los TC del generador.
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Proteccin contra prdidas de
sincronismo.
No es posible que un generador pierda el sincronismo con otros
generadores de la
misma central a menos que pierda la excitacin, para la que por
lo general se
provee la proteccin. Si una central tiene uno o ms generadores,
y si esta pierde
el sincronismo con otra central, el disparo necesario para
separar los generadores
que estn fuera de sincronismo se hace por lo general en el
sistema de transmisin
que las interconecta.
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Fallas por prdida de fuerza
impulsoraCuando el fluido que acciona la turbina se suprime sin
desconectar el generador del
sistema, el generador quedar actuando como motor sncrono dando
suficiente
potencia para mover la turbina impulsora, produciendo
calentamiento inadmisible de
la mquina motriz.
La proteccin recomendada es un relevador de potencia inversa
(relevador
direccional de potencia tipo vatimtrico) con un temporizador de
tiempo definidopara evitar que para oscilaciones de potencia opere
el relevador. El relevador de
potencia inversa se usa para desconectar el generador cuando
marcha a plena
velocidad como un motor.
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Proteccin de sobrevelocidad.
El elemento de sobrevelocidad puede proporcionarse como parte
del primomotor, o
de su gobernador de velocidad, o en cuanto est provisto otro
medio de paso, para
el primomotor. Disparar tambin el interruptor del generador;
esto con el objeto
de impedir el funcionamiento de sobrefrecuencia de las cargas
conectadas al
sistema alimentado por el generador.
En ciertos casos, puede ser apropiado un relevador de
sobrefrecuencia para
proporcionar ambas formas de proteccin.
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Proteccin de respaldo contra fallas
externas.
Los generadores deben tener dispositivos contra el suministro
continuo de la
corriente de cortocircuito a una falla en un elemento adyacente
del sistema debido a
una falla de la proteccin primaria.
Una sencilla proteccin de sobrecorriente de tiempo inverso es
suficiente para fallas
monofsicas a tierra.
Para fallas de fase, se prefiere un relevador de sobrecorriente
de tiempo inverso de
tensin o retencin (o restriccin) o tensin controlada, o un
relevador de distancia
de un solo escaln con accin retardada definida.
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Proteccin de sobrecalentamiento
de cojinetes.
El sobrecalentamiento del cojinete puede detectarse por un
relevador accionado
por un bulbo tipo termmetro insertado en un agujero del
cojinete, o por un
relevador detector de temperatura de resistencia.
O bien, puede controlarse la temperatura del aceite, donde se
hace circular el
aceite de lubricacin a presin a travs del Zcojinete a condicin
de que el
sistema tenga un dispositivo para dar la alarma si el aceite
deja de fluir.
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Esquemas de proteccin del
generador.
La proteccin del
generador debe tener en
cuenta la importancia del
generador y sus
caractersticas tcnicastales como potencia,
voltaje, sistema de puesta
a tierra y consideraciones
econmicas. Un esquema
completo de proteccin
debe garantizar que el
generador este protegido
contra todas las fallas que
puedan ocurrir. Fig. 6.22 Ubicacin de los
mecanismos de proteccin dentrodel sistema de generacin
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La figura 6.23 muestra a manera de resumen, las diferentes
funciones de proteccin, su localizacin en la mquina y las
fallas
cubiertas por las diferentes protecciones del generador
Fig. 6.22 Las funcin de proteccin y
fallas que se cubre en un generador
E d t i
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Esquema de proteccin para
pequeos generadores.
Para pequeos
generadores, tpicamente
hasta 5 MVA, se considera
necesario tener:
Proteccin contra fallas
internas. Proteccin de respaldo
para fallas externas
usando relevadores de
sobrecorriente con
restriccin de
voltaje. Proteccin de potencia
inversa.
Proteccin contra
sobrecargas por medio de
relevadores trmicos.
Fig. 6.24 Esquema de proteccin para
generadores hasta 5 MVA
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Esquemas de proteccin para
generadores grandes.
Para grandes generadores, por encima de los 5 MVA: Proteccin
diferencial para cubrir fallas internas.
Proteccin de falla a tierra usando relevadores de alta
impedancia. Proteccin de respaldo por medio de proteccin de
distancia o de sobrecorriente con restriccin de voltaje.
Proteccin de potencia inversa.
Proteccin contra prdida de excitacin.
Proteccin contra sobrecarga usando relevadores
trmicos.
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Fig. 6.25 Esquema de proteccin para
generadores por encima de 5 MVA
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Gracias por su
atencin
