Proteccin de generadores

1. Introduccin Las principales unidades generadoras usan proteccin de alta velocidad

para detectar fallas severas en los devanados del estator y minimizar el dao.

El uso de mtodos de -excitacin puede ser justificable para disminuir las corrientes de falla. Un relevador diferencial de alta velocidad es normalmente usado para detectar fallas trifsicas, fase a fase, y doble fase a tierra. Fallas de una fase a tierra normalmente no son detectadas por los relevadores diferenciales a menos que el neutro este aterrizado slidamente o a travs de una baja impedancia.

Los generadores estn expuestos a nmero de posibles daos ocasionados por:

Fallas internas dentro de la zona de proteccin del generador Operacin anormal y/o condiciones anormales del sistema

Proteccin de generadores

Las Fallas internas Fallas de fase y/o de tierra en el estator y zona de proteccin asociada Fallas a tierra en el campo (del rotor)

Operacin anormal y/o condiciones anormales del sistema Prdida de excitacin (prdida del campo) o insuficiente excitacin. Sobrecarga Sobre voltaje Alta y baja frecuencia Corrientes desbalanceadas Prdida del primotor (motorizacin) Prdida de paso (prdida de sincronismo) Oscilacin subsncrona Sobre velocidad (hidroelctricas) Sobre temperatura

Proteccin del Estator

Las Fallas en el estator resultan del rompimiento del aislamiento que causa que se desarrolle un arco, ya sea de fase a fase o de un conductor de fase a la laminacin de acero aterrizada del estator. La causa del dao del aislamiento puede ser debido a:

Sobre voltajeondas transitorias (surges) producidas por rayos o maniobras

Sobre calentamientopuede ser debido a cargas desbalanceadas prolongadas o prdida de enfriamiento

Aterrizamiento del Generador

Proteccin de fallas a tierra del estator

Proteccin de fase de estator

Diferencial del generador- transformador 87G conexin estrella

Proteccin diferencial de porcentaje para un generador conectado en estrella

Diferencial del generador- transformador 87G conexin delta

Diferencial del generador- transformador

Proteccin diferencial 87GT

Proteccin diferencial 87GT

Proteccin de prdida de excitacin 40G

El relevador es del tipo Mho idntico al los relevadores de distancia. Se usa uno solo, ya que las condiciones de operacin de la unidad son balanceadas

Proteccin de prdida de excitacin 40G

El objeto del offset es evitar la operacin del relevador con cero excitacin Offset = Xd

Condicin de prdida de excitacin

Inicialmente al perder excitacin, el flujo de potencia reactiva en la mquina comienza a descender.

Al perderse la excitacin el generador opera como generador de induccin (debajo de la velocidad sncrona)

Se inducen corrientes en el rotor El rotor se mueve un ngulo mayor para dar los KW de salida, pero los KVAR disminuyen hasta ser negativos.

En forma general se tiene que:

Un turbogenerador por no contar con devanados amortiguadores solo puede operar por dos o tres minutos sinsufrir dao por calentamiento del rotor, si esta operando a

capacidad nominal el tiempo es menor. Los generadores de polos salientes por tener devanados amortiguadores, no estn sujetos a sobrecalentamiento.

Caractersticas del sistema y del relevador

Proteccin de prdida de excitacin usando dos relevadores

Caracterstica de prdida de excitacin

Oscilacin transitoria estable de un generador

Curva de Capabilidad de un generador

Limites de estabilidad y excitacin mnima de un generador

Proteccin contra corrientes asimtricas (46)

Las fallas asimtricas dan lugar a corrientes de secuencia negativa que inducen corrientes de doble frecuencia en el rotor

Estas corrientes tienden a circular en la superficie forjada del rotor, en las cuas y anillos de sujecin.

Las prdidas resultantes I22 , elevan rpidamente la temperatura, si la falla persiste puede daar la estructura del rotor.

La corrientes de asimtricas se pueden deber a: Fallas asimtricas en alta tensin Una fase abierta en algn circuito conectado al generador. Cargas desbalanceadas o monofsicas

Proteccin contra corrientes asimtricas (46)

De acuerdo con las normas ANSI el tiempo T que el generador puede soportar con corrientes desbalanceadas esta dado por la ecuacin:

I22 T = KI2 : es la corriente de secuencia negativa en pu y la constante K depende del tipo de generador, as:

Mquinas de polos salientes K = 40Mquinas convencionales de polos lisos K = 30Mquinas de polos lisos con enfriamiento a travs K = 10

de conductores huecos.

Corrientes desbalanceadas del estator

Corrientes inducidas en el rotor

Conexin de relevador 46

FILTRO DE SECUENCIA NEGATIVA

FILTRO DE SECUENCIA NEGATIVA

Curvas Tiempo- Corriente

Corrientes de secuencia negativa en el generador

FILTRO DE SECUENCIA NEGATIVA

Proteccin contra motorizacin 32 La proteccin contra motorizacin es para el primotor o sistema, y

no para el generador. Una turbina de vapor requiere proteccin contra sobrecalentamiento

cuando su alimentacin de vapor es cortado y su generador opera como motor.

El sobrecalentamiento ocurre porque insuficiente vapor pasa a travs de la turbina para arrastrar el calor que es producido por la friccin del viento (windage).

La proteccin empleada es un relevador direccional de potencia que opera cuando la potencia fluye hacia el generador .

El relevador puede operar con el 0.5% de la potencia nominal en watts, y con suficiente tiempo de retardo para evitar disparos indeseables en inversin de potencia transitoria tal como ocurre en sincronizacin o disturbios en el sistema

Proteccin contra motorizacin 32

Proteccin de sobre voltaje 59G

La proteccin de sobre voltaje se recomienda para generadores de centrales hidroelctricas o turbinas de gas que estn sujetas a sobre velocidades al perderse la carga y no tener una buena respuesta del gobernador o regulador de voltaje. No se requiere en generadores de turbinas de gas.

El relevador es una unidad con retardo de tiempo con un pick up de 110% del voltaje nominal y una unidad instantanea con ajuste de 130% a 150% del voltaje nominal.

El relevador debe disparar el interruptor principal del generador y el interruptor del campo.

Proteccin contra sobreexcitacin 59T Volts/Hz

Bsicamente es una proteccin de transformador de unidad, detecta sobre voltajes en el generador mientras esta rodando a velocidades menores de la nominal.

Cuando el sobre voltaje se presenta a una frecuencia baja, se tiene una corriente de excitacin muy grande en los trasformadores.

E= kf En unidades grandes se recomienda dos relevadores con diferentes

ajustes que pueden ser: V/f = 1.05 (voltaje max. de operacin)/60 Hz. V/f = 1.12 (voltaje max. de operacin)/60 Hz.

Curva caracterstica del relevador Volt/Hz.

Proteccin contra fallas a tierra en el campo 64f

Como los circuitos del campo operan sin tierra, una sola tierra no afecta la operacin del generador.

Si ocurre una segunda tierra, parte del devanado del campo ser puenteado lo que ocasiona:

Aumento el la corriente de campo Desbalance en el flujo en el entrehierro lo que ocasiona fuerzas

magnticas desbalanceadas en lados opuestos de rotor, lo cual ocasiona: Desplazamiento del rotor Vibraciones que pueden daar la fecha y chumaceras

Con la primera falla solo se activa una alarma

Diagrama de conexin del 64f

Proteccin contra sobre temperatura del estator 49G

Sobre calentamiento de un generador sncrono puede ocurrir debido a las siguientes causas:- Sobre carga (alta potencia activa de carga y alta excitacin)- Falla en el sistema de ventilacin o enfriamiento del hidrogeno- Laminacin en corto circuito en el hierro del estator- Falla en el aislamiento en los tornillos en el hierro del estator

En la deteccin de temperatura es comn emplear termopares incrustados en las ranuras del devanado del estator. Distribuidos en el devanado en varias localizaciones.

Generalmente el relevador es un puente de wheatstone. La variacin de resistencia con la temperatura desbalancea el puente y acta sobre el 49

El relevador opera sobre una alarma.

Conexin del relevador sobre temperatura 49G

Nmero de diapositiva 1Nmero de diapositiva 2Proteccin de generadoresProteccin de generadores Proteccin del EstatorAterrizamiento del GeneradorProteccin de fallas a tierra del estatorProteccin de fase de estatorDiferencial del generador- transformador 87G conexin estrellaProteccin diferencial de porcentaje para un generador conectado en estrellaDiferencial del generador- transformador 87G conexin deltaDiferencial del generador- transformadorProteccin diferencial 87GTProteccin diferencial 87GTProteccin de prdida de excitacin 40GProteccin de prdida de excitacin 40GCondicin de prdida de excitacin Caractersticas del sistema y del relevador Proteccin de prdida de excitacin usando dos relevadoresCaracterstica de prdida de excitacinOscilacin transitoria estable de un generadorCurva de Capabilidad de un generadorLimites de estabilidad y excitacin mnima de un generadorProteccin contra corrientes asimtricas (46)Proteccin contra corrientes asimtricas (46)Corrientes desbalanceadas del estatorCorrientes inducidas en el rotorConexin de relevador 46Curvas Tiempo- CorrienteCorrientes de secuencia negativa en el generadorProteccin contra motorizacin 32 Proteccin contra motorizacin 32 Proteccin de sobre voltaje 59G Proteccin contra sobreexcitacin 59TVolts/Hz Curva caracterstica del relevador Volt/Hz.Proteccin contra fallas a tierra en el campo64fDiagrama de conexin del 64fProteccin contra sobre temperatura del estator 49GConexin del relevador sobre temperatura 49GNmero de diapositiva 40