PROTECCIPROTECCIÓÓN DE GENERADORESN DE GENERADORES..Los generadores que son el nLos generadores que son el núúcleo de los sistemas de potencia se cleo de los sistemas de potencia se

comportan de distinta manera que los demcomportan de distinta manera que los demáás componentes s componentes estestááticos, que ante perturbaciones como variaciones de frecuencia ticos, que ante perturbaciones como variaciones de frecuencia o disturbios elo disturbios elééctricos, se encuentran sometidos a exigencias ctricos, se encuentran sometidos a exigencias ttéérmicas y a esfuerzos mecrmicas y a esfuerzos mecáánicos, para continuar funcionando nicos, para continuar funcionando hasta el lhasta el líímite de las tolerancias de disemite de las tolerancias de diseñño o condiciones o o condiciones permisibles de estabilidad del sistema.permisibles de estabilidad del sistema.

CONEXICONEXIÓÓN DE GENERADORES A UN N DE GENERADORES A UN SISTEMA DE POTENCIA.SISTEMA DE POTENCIA.

CONEXIÓN DIRECTA CONEXIÓN UNITARIA

Fallas mFallas máás frecuentes en los generadores s frecuentes en los generadores elelééctricos:ctricos:

Fallas externasFallas externas

-- Sobre y Sobre y subsub tensionestensiones-- SobrecorrientesSobrecorrientes-- InversiInversióón de potencian de potencia-- Disturbios en la red Disturbios en la red -- FenFenóómenos menos FlickerFlicker, arm, armóónicosnicos-- Cargas asimCargas asiméétricastricas

Fallas internasFallas internasMecMecáánicasnicas-- SobretemperaturasSobretemperaturas-- SobrevelocidadSobrevelocidad-- VibracionesVibraciones

ElElééctricasctricas-- F. en arrollamientos del estatorF. en arrollamientos del estator-- F. entre espirasF. entre espiras-- F. estator a tierraF. estator a tierra-- F. rotor a tierra F. rotor a tierra -- F. de excitaciF. de excitacióónn-- DesbalanceDesbalance de tenside tensióónn

PROTECCIPROTECCIÓÓN DIFERENCIALN DIFERENCIAL DEL GENERADOR.DEL GENERADOR.

Es la protecciEs la proteccióón cln cláásica destinada a actuar instantsica destinada a actuar instantááneamente ante neamente ante fallas de fase de los devanados del estator, no detecta fallas efallas de fase de los devanados del estator, no detecta fallas entre ntre espiras, por lo cual se debe utilizar una protecciespiras, por lo cual se debe utilizar una proteccióón separada para n separada para estas fallas.estas fallas.

Normalmente se usa un Normalmente se usa un relerele diferencial de alta rapidez para diferencial de alta rapidez para detectar fallas trifdetectar fallas trifáásicas, de fase a fase y de doble fase a tierra.sicas, de fase a fase y de doble fase a tierra.

Las fallas de una fase a tierra no son fLas fallas de una fase a tierra no son fáácilmente detectadas por cilmente detectadas por los los relesreles diferenciales de los generadores al menos que su neutro diferenciales de los generadores al menos que su neutro este puesto a tierra solidamente o con baja impedancia.este puesto a tierra solidamente o con baja impedancia.

Cuando el neutro esta puesto a tierra con alta impedancia, la Cuando el neutro esta puesto a tierra con alta impedancia, la corriente de falla es normalmente menor que la sensibilidad de ucorriente de falla es normalmente menor que la sensibilidad de un n relerele diferencial.diferencial.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA FALLAS ENTRE ESPIRASN CONTRA FALLAS ENTRE ESPIRAS

Los cortocircuitos entre espiras son fallas de aislamiento entreLos cortocircuitos entre espiras son fallas de aislamiento entreespiras pertenecientes al mismo arrollamiento o a arrollamientosespiras pertenecientes al mismo arrollamiento o a arrollamientosparalelos de una misma fase.paralelos de una misma fase.La protecciLa proteccióón diferencial longitudinal puede no ser capaz de n diferencial longitudinal puede no ser capaz de detectar fallas entre espiras, excepto aquellas entre conductoredetectar fallas entre espiras, excepto aquellas entre conductores s de diferentes arrollamientos de fase alojados en la misma ranurade diferentes arrollamientos de fase alojados en la misma ranura. . Como no puede existir, al menos en un principio, en este caso, Como no puede existir, al menos en un principio, en este caso, contacto a tierra, tampoco serian sensibles a este tipo de fallacontacto a tierra, tampoco serian sensibles a este tipo de fallas las s las protecciones de tierra. Sin embargo densidades de corrientes protecciones de tierra. Sin embargo densidades de corrientes localizadas muy altas pueden provocar dalocalizadas muy altas pueden provocar dañños severos en los os severos en los aislamientos y en el naislamientos y en el núúcleo. Si esta falla produce, como cleo. Si esta falla produce, como subproducto, una ruptura del aislamiento contra el hierro del subproducto, una ruptura del aislamiento contra el hierro del estator, en ese caso pueden funcionar las protecciones de tierraestator, en ese caso pueden funcionar las protecciones de tierra. . Se usan segSe usan segúún dos tipos:n dos tipos:

Con esquema de una arrollamiento por faseCon esquema de una arrollamiento por faseCon esquema de fase partida.Con esquema de fase partida.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA FALLAS A TIERRA DEL N CONTRA FALLAS A TIERRA DEL ESTATORESTATOR

El mEl méétodo de puesta a tierra del estator usado en una todo de puesta a tierra del estator usado en una instalaciinstalacióón de generacin de generacióón determina el comportamiento de n determina el comportamiento de cada generador durante condiciones de falla a tierra.cada generador durante condiciones de falla a tierra.

Si el generador estSi el generador estáá ssóólidamente puesto a tierra, como casi lidamente puesto a tierra, como casi nunca sucede, aportarnunca sucede, aportaráá una corriente muy alta a una falla una corriente muy alta a una falla entre fase y tierra en bornes. Las altas magnitudes de entre fase y tierra en bornes. Las altas magnitudes de corriente resultantes son inaceptables debido al dacorriente resultantes son inaceptables debido al dañño que la o que la falla puede causar, por mfalla puede causar, por máás que sea despejada en un corto s que sea despejada en un corto lapso de tiempo. El flujo atrapado en el campo mantendrlapso de tiempo. El flujo atrapado en el campo mantendrááuna corriente de falla que disminuye lentamente despuuna corriente de falla que disminuye lentamente despuéés s que el generador ha sido disparado, lo que magnifica que el generador ha sido disparado, lo que magnifica sustancialmente el dasustancialmente el dañño.o.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA FALLAS A TIERRA DEL N CONTRA FALLAS A TIERRA DEL ESTATORESTATOR

Si el generador no tiene su centro de Si el generador no tiene su centro de estrella conectado a tierra de ninguna estrella conectado a tierra de ninguna forma (neutro aislado), lo cual tambiforma (neutro aislado), lo cual tambiéén es n es difdifíícil de encontrar, aportarcil de encontrar, aportaráá cero cero corriente de falla, pero habrcorriente de falla, pero habráá un notable un notable desplazamiento en la tensidesplazamiento en la tensióón de neutro, n de neutro, con la consecuencia de con la consecuencia de sobretensionessobretensiones en en las fases sanas y el consiguiente estrlas fases sanas y el consiguiente estréés s para el aislamiento de los para el aislamiento de los correspondientes devanados.correspondientes devanados.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA FALLAS A TIERRA EN N CONTRA FALLAS A TIERRA EN EL ROTOREL ROTOR

El sistema de CD que alimenta el rotor estEl sistema de CD que alimenta el rotor estáá aislado de tierra, que podraislado de tierra, que podríía cortocircuitar a cortocircuitar una parte del campo, produciendo vibraciones perjudiciales para una parte del campo, produciendo vibraciones perjudiciales para el generador por los el generador por los desequilibrios que se presentan en el flujo del entrehierro.desequilibrios que se presentan en el flujo del entrehierro.

Formas de proteger el rotor por fallas a tierra:Formas de proteger el rotor por fallas a tierra:InyecciInyeccióón de corriente alterna por medio de un circuito adicional n de corriente alterna por medio de un circuito adicional aterrizado por un extremo, para que la corriente saterrizado por un extremo, para que la corriente sóólo pueda circular por lo pueda circular por este circuito cuando ocurra una falla a tierra, que a su vez, aceste circuito cuando ocurra una falla a tierra, que a su vez, activartivaríía el a el relreléé de proteccide proteccióón. No es conveniente en generadores grandes por la n. No es conveniente en generadores grandes por la capacitanciacapacitancia a tierra del rotor que puede hacer circular continuamente a tierra del rotor que puede hacer circular continuamente C.AC.A. por las chumaceras, ocasionando efecto galv. por las chumaceras, ocasionando efecto galváánico. nico.

Divisor de tensiDivisor de tensióón formado por dos resistencias lineales y una no lineal, n formado por dos resistencias lineales y una no lineal, cuyo valor resistivo varcuyo valor resistivo varíía con la tensia con la tensióón aplicada. Este mn aplicada. Este méétodo es que todo es que queda un punto ciego paralelo al punto central del divisor resisqueda un punto ciego paralelo al punto central del divisor resistivo, por lo tivo, por lo que a veces usan un pulsador manual que cortocircuita parte de que a veces usan un pulsador manual que cortocircuita parte de una de una de las resistencias y para detectar fallas en el punto ciego es neclas resistencias y para detectar fallas en el punto ciego es necesario esario presionar el pulsador peripresionar el pulsador perióódicamente.dicamente.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA LA PERDIDA DE N CONTRA LA PERDIDA DE EXCITACIEXCITACIÓÓNN

Cuando un generador sincrCuando un generador sincróónico pierde la excitacinico pierde la excitacióón, funciona como un n, funciona como un generador de induccigenerador de induccióón que gira por encima de la velocidad sincrn que gira por encima de la velocidad sincróónica, nica, ademademáás extrae potencia reactiva del sistema, aumentando hasta cuatro s extrae potencia reactiva del sistema, aumentando hasta cuatro veces la carga nominal del generador, esta carga reactiva demandveces la carga nominal del generador, esta carga reactiva demandada al ada al sistema puede causar reduccisistema puede causar reduccióón de la tensin de la tensióón y originar inestabilidad.n y originar inestabilidad.

La pLa péérdida de excitacirdida de excitacióón es ocasionada por la apertura del circuito de n es ocasionada por la apertura del circuito de campo, cortocircuito en el campo, deficiente contacto de las esccampo, cortocircuito en el campo, deficiente contacto de las escobillas, obillas, averaveríía del regulador de tensia del regulador de tensióón, pn, péérdida de la fuente de alimentacirdida de la fuente de alimentacióón de n de CA, y puede detectarse por los mCA, y puede detectarse por los méétodos mtodos máás comunes.s comunes.

DetecciDeteccióón de Mn de Míínima Corrientenima Corriente

Consiste en ubicar un Consiste en ubicar un relreléé de baja corriente en el campo o un de baja corriente en el campo o un relreléé de tipo de tipo direccional.direccional.

RelReléé de Impedanciade Impedancia

MMáás utilizado, empleando un s utilizado, empleando un relreléé de impedancia de impedancia capacitivacapacitiva para detectar para detectar el cambio del punto de trabajo del generador, ajustel cambio del punto de trabajo del generador, ajustáándose bndose báásicamente sicamente los valores de la Reactancia Transitoria y Reactancia Sincrlos valores de la Reactancia Transitoria y Reactancia Sincróónica, de eje nica, de eje directodirecto

SOBRECARGA Y SOBRECORRIENTESOBRECARGA Y SOBRECORRIENTE

Los Los relrelééss de sobre carga y de sobre carga y sobrecorrientesobrecorriente no no deben de confundirse, puesto que llevan deben de confundirse, puesto que llevan funciones diferentes, el de funciones diferentes, el de sobrecorrientesobrecorrienteopera en un rango de 01 a 10 segundos, en opera en un rango de 01 a 10 segundos, en tanto que el de sobrecarga en rangos de tanto que el de sobrecarga en rangos de varios minutos, consisten en varios minutos, consisten en relrelééss TMDI y TMDI y se usan como proteccise usan como proteccióón de apoyo, el n de apoyo, el funcionamiento de este funcionamiento de este relreléé se complica por se complica por la reduccila reduccióón de corriente en el generador n de corriente en el generador debido a las condiciones de corto.debido a las condiciones de corto.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA FALLAS EXTERNASN CONTRA FALLAS EXTERNASEstas protecciones protegen al generador contra fallas en la red externa que ocasionan elevadas exigencias térmicas o dieléctricas y de cierta duración, en el caso de que el sistema primario de protecciones de la red no actúe, como ocurrió el 12/08/2006, donde por defectos de protección de una línea en 220 kV, salieron de servicio la C.H. Mantaro y otras centrales, dejando sin servicio a una tercera parte del país.

Protección contra sobretensionesProtección contra baja tensiónProtección contra motorización o potencia inversaProtección contra corrientes desbalanceadas del estatorProtección de respaldo contra fallas externas:

E.1) Protección de distanciaE.2) Protección de sobrecorriente con restricción de

tensión.E.3) Relé de baja frecuenciaE.4) Protección contra perdida de sincronismo

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA SOBRETENSIONES.N CONTRA SOBRETENSIONES.

En condiciones normales, los reguladores de tensiEn condiciones normales, los reguladores de tensióón asociados n asociados con los generadores evitan que se presenten con los generadores evitan que se presenten sobretensionessobretensiones. Por lo tanto, muy a menudo, esta . Por lo tanto, muy a menudo, esta protecciproteccióón se suministra junto con el equipo de regulacin se suministra junto con el equipo de regulacióón n de tenside tensióón. Si no es asn. Si no es asíí, se utiliza un , se utiliza un relreléé de de sobretensisobretensióónncon una unidad retardada que se ajusta al 110% con una unidad retardada que se ajusta al 110% VnVn con un con un retardo entre 1 s y 3 s, asretardo entre 1 s y 3 s, asíí como de una unidad instantcomo de una unidad instantáánea nea que se ajusta entre el 130% y el 150% de que se ajusta entre el 130% y el 150% de VnVn. Lo m. Lo máás s indicado es conectar dicho indicado es conectar dicho relreléé a un transformador de a un transformador de potencial diferente al de regulacipotencial diferente al de regulacióón de tensin de tensióón.n.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA BAJOS NIVELES DE TENSIN CONTRA BAJOS NIVELES DE TENSIÓÓNN..

El El relreléé de proteccide proteccióón de baja tensin de baja tensióón desconecta el n desconecta el generador para evitar que los servicios auxiliares generador para evitar que los servicios auxiliares sufran perturbaciones y antes que el nivel de sufran perturbaciones y antes que el nivel de tensitensióón, en el caso de excitacin, en el caso de excitacióón estn estáática, sea tica, sea insuficiente para la activaciinsuficiente para la activacióón de los n de los tiristorestiristores. La . La tensitensióón baja, normalmente no es un problema n baja, normalmente no es un problema para el generador en spara el generador en síí mismo, excepto si mismo, excepto si conlleva una conlleva una sobrecorrientesobrecorriente de falla del mismo.de falla del mismo.Este Este relreléé deberdeberáá dar disparo instantdar disparo instantááneo para neo para tensiones inferiores al 60% de la tensitensiones inferiores al 60% de la tensióón nominal n nominal y disparo retardado o y disparo retardado o úúnicamente alarma para nicamente alarma para tensiones entre el 60% y el 90% de la tensitensiones entre el 60% y el 90% de la tensióón n nominal.nominal.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA POTENCIA INVERSA O N CONTRA POTENCIA INVERSA O MOTORIZACIMOTORIZACIÓÓNN

Un generador se comporta como un motor cuando no recibe potenciaUn generador se comporta como un motor cuando no recibe potenciamecmecáánica suficiente del motor primo o turbina y absorbe potencia nica suficiente del motor primo o turbina y absorbe potencia elelééctrica del sistema, el dactrica del sistema, el dañño que puede ocurrir en condiciones de o que puede ocurrir en condiciones de motorizacimotorizacióón de los generadores afectan a la turbina y no al n de los generadores afectan a la turbina y no al generador o el sistema elgenerador o el sistema elééctrico; en las turbinas a vapor, la ctrico; en las turbinas a vapor, la reduccireduccióón del flujo de vapor reduce el efecto de refrigeracin del flujo de vapor reduce el efecto de refrigeracióón de n de los los áálabeslabes de la turbina, presentde la turbina, presentáándose sobrecalentamiento, en ndose sobrecalentamiento, en las turbinas hidrlas turbinas hidrááulicas, la motorizaciulicas, la motorizacióón del generador puede n del generador puede producir la producir la cavitacicavitacióónn de los de los áálabeslabes, especialmente en aquellas , especialmente en aquellas que trabajan sumergidas o por debajo del nivel de la descarga.que trabajan sumergidas o por debajo del nivel de la descarga.

El El relreléé de potencia inversa estde potencia inversa estáá orientado en direcciorientado en direccióón del n del generador, y normalmente tiene una unidad direccional generador, y normalmente tiene una unidad direccional instantinstantáánea que controla una unidad de tiempo inverso o tiempo nea que controla una unidad de tiempo inverso o tiempo definido. El ajuste del valor de arranque debe ser el recomendaddefinido. El ajuste del valor de arranque debe ser el recomendado o por el fabricante de la turbina lo mismo que la por el fabricante de la turbina lo mismo que la temporizacitemporizacióónn del del relreléé. Estos valores deben ajustarse de un modo tan sensible, que . Estos valores deben ajustarse de un modo tan sensible, que el el relreléé detecte cualquier condicidetecte cualquier condicióón de potencia inversa.n de potencia inversa.

PROTECCIPROTECCIÓÓN CONTRA CORRIENTES N CONTRA CORRIENTES DESBALANCEADAS EN EL ESTATOR.DESBALANCEADAS EN EL ESTATOR.

Las causas mas comunes son las asimetrLas causas mas comunes son las asimetríías del as del sistema (lsistema (lííneas no transpuestas), cargas neas no transpuestas), cargas desbalanceadasdesbalanceadas, fallas , fallas desbalanceadasdesbalanceadas en el en el sistema y fases abiertas en los circuitos, que sistema y fases abiertas en los circuitos, que producen componentes de secuencia negativa producen componentes de secuencia negativa de corriente, las cuales se reflejan ,en el rotor de corriente, las cuales se reflejan ,en el rotor del generador como corrientes de frecuencia del generador como corrientes de frecuencia doble (120 doble (120 HzHz) en las caras ) en las caras rotrotóóricasricas, en los , en los anillos de retencianillos de retencióón del devanado en los n del devanado en los bordes de las ranuras, en el devanado bordes de las ranuras, en el devanado amortiguador y en menor grado en el amortiguador y en menor grado en el devanado de la excitacidevanado de la excitacióón. n. La protecciLa proteccióón consiste en un n consiste en un relreléé de de sobrecorrientesobrecorriente que responde a las corrientes que responde a las corrientes de secuencia negativa, generalmente se de secuencia negativa, generalmente se utiliza utiliza relrelééss de de sobrecorrientesobrecorriente controlados por controlados por voltaje o voltaje o relrelééss de distancia. de distancia. ÉÉstos stos úúltimos ltimos cuando los cuando los relrelééss de de sobrecorrientesobrecorriente controlados controlados por voltaje no brindan suficiente seguridad, por voltaje no brindan suficiente seguridad, para el caso de generadores con excitacipara el caso de generadores con excitacióón n estestáática.tica.

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

Cuando un Sistema ElCuando un Sistema Elééctrico opera en situacictrico opera en situacióón normal a n normal a frecuencia nominal, la potencia mecfrecuencia nominal, la potencia mecáánica total de las turbinas nica total de las turbinas en los generadores, es igual a la suma de todas las cargas en los generadores, es igual a la suma de todas las cargas conectadas, mas las pconectadas, mas las péérdidas de potencia en el Sistema. rdidas de potencia en el Sistema. Cualquier variaciCualquier variacióón tanto en carga como en generacin tanto en carga como en generacióón, n, ocasiona un cambio en la frecuencia. Las enormes masas de ocasiona un cambio en la frecuencia. Las enormes masas de los equipos de generacilos equipos de generacióón son los depositarios de toda la n son los depositarios de toda la energenergíía cina cinéética, de tal modo que cuando no hay suficiente tica, de tal modo que cuando no hay suficiente potencia mecpotencia mecáánica de generacinica de generacióón, los rotores giran mas n, los rotores giran mas despacio intentando entregar la potencia faltante, del mismo despacio intentando entregar la potencia faltante, del mismo modo, cuando hay exceso de energmodo, cuando hay exceso de energíía meca mecáánica, los rotores se nica, los rotores se aceleran para absorber el exceso de energaceleran para absorber el exceso de energíía. Cualquier cambio a. Cualquier cambio en la velocidad de giro de los rotores en los generadores, en la velocidad de giro de los rotores en los generadores, ocasiona una variaciocasiona una variacióón proporcional de la frecuencia.n proporcional de la frecuencia.

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

Aunque todas estas variaciones pueden ser Aunque todas estas variaciones pueden ser compensadas por los equipos de regulacicompensadas por los equipos de regulacióón n instalados en los generadores, existen instalados en los generadores, existen circunstancias en las cuales el dcircunstancias en las cuales el dééficit o exceso de ficit o exceso de generacigeneracióón no puede ser compensado por los n no puede ser compensado por los equipos por la magnitud de la variaciequipos por la magnitud de la variacióón de las n de las cargas. En estos casos se produce una rcargas. En estos casos se produce una ráápida y pida y pronunciada variacipronunciada variacióón de la frecuencia que de n de la frecuencia que de mantenerse, puede ocasionar un colapso en el mantenerse, puede ocasionar un colapso en el Sistema ElSistema Elééctrico.ctrico.Por tanto, en estas circunstancias, se hace evidente Por tanto, en estas circunstancias, se hace evidente la necesidad de realizar un adecuado y rla necesidad de realizar un adecuado y ráápido pido manejo de las cargas instaladas (deslastre o manejo de las cargas instaladas (deslastre o reposicireposicióón) para asn) para asíí mantener la integridad del mantener la integridad del resto del Sistema.resto del Sistema.

CAUSAS DE LA DISMINUCICAUSAS DE LA DISMINUCIÓÓN DE FRECUENCIAN DE FRECUENCIA

Desconexión de unidades generadoras

Debido a:• Fallas en el propio generador.• Oscilaciones de potencia.• Fallas sostenidas en componentes externos.

Desconexión de líneas de interconexión entre sistemas.Debido a:

• Fallas en la propia línea de transmisión.• Fallas en componentes externos.

Conexión de cargas.Debido a:

• Adelanto de la hora punta.• Conexión de grandes cargas en un determinado sistema.