UNIVERSIDAD POLITCNICA DE EL SALVADORFACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

Tema: "PROTECCIN DE GENERADORES

Asignatura: ANLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA.

18 PROTECCIN DE GENERADORES.18.1 INTRODUCCIN.La Maquinaria rotativa elctrica representa una clase de equipo que es muy complejo y, por tanto, sujeto a muchos tipos diferentes de fallas. Los bobinados de corriente alterna estn sujetos a los mismos tipos de fallas como transformadores, y la proteccin debe proporcionar de retirar las mquinas con falla para preservar la integridad del sistema, as como para limitar el dao al equipo. Las mquinas tambin estn sujetos a fallos en el aislamiento de laminacin magntico que pueden conducir al calentamiento haciendo un dao significativo. Las mquinas tambin estn sujetas a los problemas asociados con el sobrecalentamiento y la prdida de la vida de aislamiento que se acumula debido a un sobrecalentamiento. Por lo tanto, los medios de enfriamiento que controlan el calentamiento de los devanados portadores de corriente y los circuitos de acero magntico son posibles causas de fallo de la mquina que deben ser considerados.Las mquinas rotativas, como transformadores, tambin estn sujetos a un fallo debido a sobreflujo. Esto puede ser causado por sobretensin o bajo de frecuencia, exactamente como en transformadores. Las mquinas sncronas estn sujetos a las sobretensiones debido al auto de excitacin, que puede imponerse a la mquina debido a las condiciones de carga puramente externos.Las mquinas rotativas tambin se complican por el hecho de que partes importantes de la mquina estn en movimiento mecnico. Esto da lugar a problemas relacionados con la vibracin, insuficiencia cojinete, la resonancia mecnica, y otros modos de fallo puramente mecnicos que pueden, sin embargo, hacer que la mquina sea retirada de servicio. Por otra parte, las partes mecnicas estn sujetas al envejecimiento y desgaste que requieren seguimiento peridico con el fin de preservar la vida til de la mquina y mantenerla en buenas condiciones de trabajo.Los dispositivos de proteccin tambin se colocan en el lado elctrico de una unidad de turbina-generador para proporcionar proteccin puramente mecnica. Algunos ejemplos son de baja o alta frecuencia para la proteccin de perfilado de la turbina y la proteccin de sobrevelocidad debido a la prdida repentina de la carga. En algunos casos, la alteracin bsica es debida a algn evento o condicin en el sistema elctrico que puede ser fcilmente detectado mediante el control de magnitudes elctricas, que luego se pueden utilizar para eliminar la mquina antes de cualquier dao mecnico.Este captulo se centrar en la proteccin del generador sncrono. Esto reconoce que la mayora de los generadores son del tipo sncrono, aunque generadores de induccin estn tambin en uso, por lo general en tamaos ms pequeos. La proteccin de los generadores de induccin es similar a la proteccin de los motores de induccin, que se discute en el captulo siguiente.18.2 TIPOS DE PROTECCIN GENERADORHay muchos tipos diferentes de fallas que pueden experimentar los generadores sncronos y, por tanto, muchos tipos diferentes de protecciones. Todos los generadores no tendrn el mismo nivel de proteccin, sin embargo. Como regla general, los ms grandes, mquinas ms caras tendrn el mayor nmero de diferentes sistemas de proteccin, simplemente porque el dao grave de estas unidades es muy costoso, tanto en trminos de la reparacin y tambin el coste debido a la falta de disponibilidad de la unidad. Casi todos los generadores tendrn una proteccin bsica contra los cortos circuitos del estator, pero no todos los generadores tendrn todas las otras medidas de proteccin que se describen en este captulo. Por ejemplo, hay algunas diferencias en la proteccin proporcionada a las mquinas situadas en las estaciones atendidas y aquellos en lugares sin vigilancia. En general, esas mquinas en lugares sin vigilancia deben tener dispositivos de proteccin para apagar la unidad para las condiciones de precaucin cuando un operador podra ser capaz de mantener la unidad en la lnea al cambiar sus condiciones de funcionamiento.La tabla 18.1 ofrece una visin general de las protecciones del generador sncrono, como se discute en seis referencias diferentes. 1 Aunque no es una lista exhaustiva, se desprende de esta tabulacin que hay un nmero relativamente grande de las condiciones para que los generadores tengan una proteccin especial. Ninguna de las referencias citadas cubre todos los elementos, lo que refleja la preferencia del propietario del generador de la importancia de las diferentes asignaturas. Todava hay otros sistemas de proteccin que se utilizan ocasionalmente, pero no se muestran en absoluto en la Tabla 18.1, y stas sern discutidas brevemente al final de esta seccin.Todos los generadores sncronos deben tener proteccin del estator, y la mayora de las unidades tienen varios tipos de proteccin, cada una de las cuales protege contra diferentes tipos de problemas. Hay poco desacuerdo sobre la necesidad de una proteccin bsica para el cortocircuito del estator, y la mayora de los ingenieros de acuerdo en que esto se hace mejor uso de la proteccin diferencial. Ms all de esta proteccin bsica las opiniones varan en cuanto a la necesidad de una retransmisin especial. Algunos argumentan que demasiados sistemas de proteccin aumentan el mantenimiento y pruebas de tiempo preventivo, resultando en una reduccin de la fiabilidad de proteccin del sistema, y por lo tanto tienden a favorecer a sistemas ms simples y pruebas frecuentes. Otros prefieren los sistemas de proteccin ms elaborados en la teora de que los cortes de generadores son limitaciones muy costosos e incluso moderadas sobre la cantidad de dao ser ms que pagar por la retransmisin y pruebas adicionales. La decisin final se basa en el beneficio derivado de la complejidad aadida en trminos de mejora de la disponibilidad del generador. Esto no es fcil de medir con precisin ya que grandes apagones son eventos raros.Este captulo no discute la estructura fsica de las mquinas sncronas. Se remite al lector a uno de los muchos excelentes libros sobre la maquinaria elctrica de este tipo de informacin.18.3 PROTECCIN ESTATORHay muchos tipos diferentes de proteccin del estator. En primer lugar, se analiza la proteccin contra cortocircuitos en el estator, y luego considerar otros tipos de problemas del estator que se podran considerar para los dispositivos de proteccin especiales.18.3.1 PROTECCIN DE FALLA DE FASE.Las fallas de fase en los generadores son raras, pero pueden ocurrir y deben ser protegidas. Las fallas de fase pueden desarrollar en los giros finales sinuosas, donde los tres devanados de fase estn muy cerca, o en las ranuras si hay dos bobinas en la misma ranura. Las fallas de fase a menudo cambian a fallas a tierra, pero deben ser detectados en cualquiera de los casos.El mtodo estndar de proteccin contra fallos de fase es el rel diferencial, y por lo general el tipo de porcentaje diferencial de rel. La mayora de los fabricantes recomiendan este tipo de proteccin para todas las unidades ms grandes de alrededor de 1 MVA. Las conexiones CT para un generador conectado en estrella con un transformador elevador unidad se muestran en la figura 18.1. Si no hay ningn transformador elevador unidad, el transformador y el rel de transformador son simplemente borrados de la figura. Tenga en cuenta que los transformadores de corriente neutros se utilizan tanto por el generador y los pasos hasta rels de transformador.

El mtodo estndar de proteccin contra fallas de fase es el rel diferencial. La mayora de los fabricantes recomiendan este tipo de proteccin para todas las unidades ms grandes de alrededor de 1 MVA. Las conexiones CT para un generador conectado en estrella con un transformador elevador unidad se muestran en la figura 18.1. Si no hay ningn transformador elevador, el transformador y el rel de transformador son simplemente borrados de la figura. Tenga en cuenta que los transformadores de corriente neutros se utilizan tanto por el generador y los pasos hasta rels de transformador.El TC del generador son a menudo compartidas por la retransmisin y por lo general la medicin centrada por lo que estos TC se han valorado en cerca de 25% ms de corriente a plena carga nominal, para obtener una flexibilidad en la medicin. Esto no suele ser posible si el transformador se conecta a una disposicin de doble interruptor, como la que se encuentra en un bus de anillo, interruptor y medio, o el arreglo del interruptor bus doble. En estos casos, el TC puede ser clasificado de acuerdo a la corriente normal a travs de los dos interruptores, que puede ser mayor que el generador de corriente nominal.El TC del generador est sujetas a errores debido a tolerancias de fabricacin y diferencias en la carga secundaria. Se recomienda utilizar unidades idnticas en el generador de retransmisin, si es posible, para minimizar los errores de relacin TI.La disposicin mostrada en la figura 18.1 es comn que los grandes generadores, donde el generador y el generador de step-up (GSU) el transformador opera como una unidad y estn protegidos como una unidad. El TC utilizado para la proteccin del transformador debe ser elegido mediante los mtodos descritos en el captulo 17. Se plantea la cuestin sobre el efecto de la corriente de entrada de magnetizacin en esta proteccin del transformador y la necesidad de restriccin armnica. En funcionamiento normal, el transformador se lleva de forma gradual hasta plena tensin. Por lo tanto, en el inicio, el transformador elevador generador Step-up nunca se encendi de repente.Existe la posibilidad de magnetizacin inrush en el transformador GSU, despus de un fallo del sistema cerca del generador que se elimina mediante la apertura y cierre de los interruptores de lnea. Esto se analiz considerando el equivalente de tres terminales del transformador, como se muestra en la Figura 18.2.

El voltaje V a travs de la rama de magnetizacin del transformador durante la falla se reduce solamente en un 20% o menos durante el fallo, por lo que la conmutacin que se produce no crea un gran transitorio en el transformador. Por otra parte, el flujo en el momento de la conmutacin est en la direccin correcta, no en la direccin opuesta, ya que normalmente asumimos para el peor caso de conmutacin del sistema. Otro factor importante es que la interrupcin de corriente se consigue en el cero de corriente, momento en el cual el voltaje es mximo y el flujo es cero, dando as no excitacin de corriente transitoria.Si hay transformadores grandes conectados al bus de alta tensin en la estacin de conmutacin del generador, el cambio de estos transformadores puede ser motivo de preocupacin. Tal cambio no debera afectar a la proteccin diferencial del generador, pero la proteccin asociada a la corriente transitoria puede saturar el generador de TC. Esto refuerza el concepto de que el TC debe ser de idntico diseo para que se sature juntos y de manera uniforme. Llegamos a la conclusin de que no se requiere la restriccin de armnicos en los transformadores de la GSU, pero algunos ingenieros todava proporcionamos esta caracterstica como una salvaguardia contra los disparos innecesarios del generador.18.3.2 PROTECCIN DE FALLA A TIERRALa mayor parte de las bobinas del estator del generador presentan fallas que son de fase a tierra. Esto es as porque los arrollamientos estn siempre en estrecho contacto con las ranuras de acero que son al potencial de tierra y, en algunos diseos, no se cierran a otros conductores de fase. Las fallas de fase a fase son menos graves, en un sentido, ya que el dao debido a estas fallas a veces puede ser reparado con cinta adhesiva colocada cuidadosamente en el aislamiento daado. Esto no es cierto para fallas a tierra, que a menudo se funden las lminas de acero y pueden causar daos en el acero, tanto que tendrn que ser reconstruido, lo que resulta en un tiempo muy largo de apagn.Tenga en cuenta que el generador en la Figura 18.1 est conectado a tierra a travs de una impedancia, que se instala para limitar la corriente de fallo de tierra. Es la prctica habitual para conectar a tierra el neutro, por lo que el generador y transformador en la bobina de baja tensin no estn simplemente flotando en la superficie. En muchos casos, la resistencia de puesta a tierra se consigue utilizando un transformador de distribucin, como se muestra en la Figura 18.3. Mientras el neutro ha de estar conectado a tierra, aadiendo impedancia (resistencia general), esto tiene la ventaja de limitar la corriente de falla de fase a tierra, y por lo tanto limitar el dao causado por estos fallos. Si la impedancia de neutro es lo suficientemente alta, la corriente de falla a tierra puede estar limitado a la corriente nominal del generador, o incluso menos. Si la impedancia es demasiado alta, la corriente de fallo es baja y la retransmisin fase carece de sensibilidad. Por ejemplo, una corriente inferior a la corriente nominal hace que sea difcil para los rels diferenciales poder operar por fallas a tierra, y sugiere que los rels de falla a tierra sean sensibles, adems de la proteccin diferencial.

Si la resistencia de neutro es demasiado alto, existe tambin el riesgo de crear un circuito de ferrorresonancia transitoria con la capacitancia a tierra de los devanados del estator y las lnea conectadas. La restriccin habitual es calcular una resistencia mxima neutral basado en la susceptancia capacitiva total de las tres fases del estator. Si dejamos que C sea la capacitor de cada fase, los cables y el pararrayos, como se describe a continuacin.Dado que C es pequeo, tal vez unas pocas dcimas de un microfaradio, la resistencia mxima ser tpicamente unos pocos miles de ohms. Esta resistencia se logra a menudo mediante la colocacin de una pequea resistencia en el secundario de un transformador de distribucin, que se refleja a su lado primario por el cuadrado de la relacin de vueltas. La potencia nominal de la resistencia y la calificacin de la necesidad comprobar el transformador para asegurarse de que ambos son adecuados.Para valores bajos de resistencia de puesta a tierra, la corriente de defecto ser alta y el dao debido a fallas a tierra puede ser grande. A medida que el valor de la resistencia de puesta a tierra disminuye, sin embargo, la sensibilidad de los rels de tierra disminuye, ya que menos de la tensin disponible aparecer a travs de la red de secuencia cero, como se muestra en la Figura 18.4. Los rels de tierra responden a la tensin en la resistencia de puesta a tierra, y esta tensin debe ser de un valor razonable para una buena sensibilidad del rel. Algunos ingenieros consideran que esto es una ventaja, en cierto modo, ya que los rels de tierra son menos propensos a operar por fallas en el lado de baja tensin del transformador GSU.

Conexiones de secuencia de red de una falla a tierra del estator. (a) Diagrama de una lnea.(b) las conexiones de secuencia de red.Basta con establecer el objetivo de limitar la corriente de falla a tierra de 15 amperios [2]. Si este criterio es usado, entonces el valor de la resistencia de puesta a tierra en el secundario del transformador de distribucin se da como

Donde VL es el generador de tensin nominal de lnea a lnea en voltios y n es el transformador de distribucin relacin de vueltas. Tambin es importante comprobar la calificacin de voltios-amperios del transformador de distribucin y de la resistencia. Estas calificaciones dependen del valor de la resistencia y la accin a ser tomada por el dispositivo de proteccin. Si la proteccin es slo para hacer sonar una alarma, las calificaciones deben serla calificacin continua de tanto el transformador y la resistencia. Si el generador es para ser disparado, entonces una calificacin de tiempo corto de ambos se puede utilizar [2]. Sin embargo, el transformador no debe ser demasiado desde pequeas unidades, muy pequeas tienen una mayor inductancia de fuga.El rel de sobretensin que se utiliza para fallas a tierra debe ser sensible a las corrientes de frecuencias fundamentales e insensible a la tercera corriente armnica y tensiones, que puede ser 15% o menos de la fundamental debido a la carga desequilibrada en el generador. Algunos rels que se utilizan para este tipo de proteccin de tierra tienen restriccin armnica, que filtra el tercer armnico y permite que el rel para responder nicamente a la fundamental [5].Ejemplo 1El clculo de la puesta a tierra de un generador por una resistencia ser ilustrar algunas de las consideraciones involucradas y proporcionar una idea aproximada en cuanto a la magnitud de las cantidades del sistema en una situacin tpica [4]. El generador y el transformador GSU tienen los siguientes parmetros fsicos:

Determinar el tamao y el valor de la resistencia de puesta a tierra y las especificaciones del transformador de distribucin.SolucinEn primer lugar, se calcula la capacidad total por fase, incluyendo el generador, el primario del transformador, y las conexiones.

La capacitancia de las conexiones depende en gran medida de si el cable se utiliza entre el terminales del generador y el transformador, y que cable tiene alta capacitancia por unidad de longitud. El total de capacitancia no se ve muy afectada, sin embargo. La reactancia capacitiva residual para las tres fases se calcula como:

Si la impedancia total de puesta a tierra se hace igual a la reactancia, entonces la corriente total resistiva para una falla en las terminales del generador ser:

y, puesto que la corriente capacitiva es igual a esta cantidad, la corriente de fallo total se calcula para ser

La tensin de saturacin primario del transformador de puesta a tierra debe ser inferior a 1,3 x 13,8 o 18 kV. La duracin de una falla en los terminales, el voltaje lnea a neutro es 7,97 kV, que puede ser incrementado por la va rpida campo forzar. Supongamos que la respuesta de campo aumenta la tensin de lnea a neutro en un 30%, o 10,36 kV. El transformador de distribucin debe tener por lo menos esta tensin nominal. Supongamos que el transformador tiene un voltaje estndar 12 kV.Bajo campo forzando, la corriente tambin se incrementar por este mismo 300% o

Entonces, la carga continua mxima del transformador se calcula como

A 30 segundos de trabajo mximo es ms que adecuado para el poco tiempo que la corriente de falla fluir, y cerca de seis veces la potencia del transformador puede fluir para este perodo ms corto y sin daos al transformador. La Puntuacin transformador, sin embargo, debera basarse en la corriente de salida mxima y la tensin mxima que el transformador puede producir. Uso de la tensin del punto de rodilla para este mximo, calculamos.

Este valor se redondea al valor estndar ms cercano o 15 kVA.El transformador puede sostener una carga continua debido a la tercera corrientes armnicas que fluyen a travs del neutro, la mquina, y la capacitancia. La reactancia capacitiva es mucho menor por el tercer armnico corrientes. Otra fuente de carga continua es debido a las corrientes por debajo del umbral del rel de tierra. Suponer que estos factores se combinan para producir una corriente efectiva de 25% nominal (una suposicin muy pesimista), a continuacin, esto da una carga de

Este valor es muy pequeo en comparacin con la calificacin de transformador.Tambin hay una opcin de transformador de tensin nominal secundaria, que puede ser elegido para dar una corriente secundaria adecuada. El transformador de distribucin habitual tiene un valor de 240 voltios. Usando esto como una posibilidad, se calcula el tamao de la resistencia que se requerira en el circuito secundario para dar 3895 ohmios en el primario. La resistencia secundaria total debe ser

Este total se compone de la resistencia del devanado y la resistencia externa aadido. La resistencia del devanado puede ser calculado a partir de la prdida de cobre total de la 15 kVA, transformador de 12 kV, que se da como 2.3% o 345 W [71. Entonces, ya que la corriente secundaria nominal es 15000/240 o 62.5 A, tenemosY la resistencia externa aadida es la diferencia, o

Esta resistencia debe ser capaz de transportar una corriente de

Esto le da una resistencia de corto tiempo

El procedimiento anterior determina tanto el tamao resistencia y su valor.El mtodo descrito anteriormente para la proteccin de falla a tierra ha sido ampliamente utilizado para muchos aos. Sin embargo, este esquema tiene dos grandes desventajas. En primer lugar, no va a detectar fallas cercanas el neutro del generador y, segundo, no es auto-monitoreo. Un circuito abierto o cortocircuito en el rel o su transformador de corriente puede no ser detectada hasta que se produzca una falla a tierra. Otros esquemas tienen ha sugerido que son para ser instalado adems de el esquema bsico de la figura 18.3 y que son completamente independientes de dicho rgimen. Si se disean adecuadamente, el rgimen complementario no tendr las mismas desventajas, y tendr la capacidad de controlar de forma continua el sistema generador de tierra [8]. Un esquema suplementario se ha propuesto que inyecta baja frecuencia de 15 hertz corrientes en el neutro y luego compara la corriente inyectada con dejando que el estator, con cualquier diferencia significativa que indica un suelo en algn lugar de la devanado del estator. Otros esquemas de seguimiento de la tercera corriente armnica que circula por el neutro y compara la corriente observada en contra de la actual terminal de estator. Referencia 8 proporciona una discusin detallada de tres esquemas diferentes que han sido probados.

Corrientes de secuencia negativa alta. Esto provocar una alarma al operador de la condicin circuitos abiertos en un generador, y cualquier posible dao ocurrir lentamente. Por lo tanto, no hay necesidad para la desconexin inmediata de la unidad.PROTECCIN CONTRA SOBRECALENTAMIENTOSobrecalentamiento de un generador sncrono puede ocurrir debido a una de la siguiente causa. Sobrecarga fallo del sistema de enfriamiento de ventilacin o de hidrgeno laminaciones en cortocircuito en el hierro del estator insuficiencia ncleo aislante perno en el hierro del estatorSobrecarga excesiva no es probable, ya que la calificacin mquina motriz por lo general no es mucho mayor que la calificacin de generador. Existe la posibilidad de sobrecarga debido a la alta carga de potencia activa junto con la excitacin. Si el factor de potencia es de baja calificacin, esto le dar una alarma de alta excitacin. Fracaso del sistema de enfriamiento es tambin probable que sea detectado por el aperador de alarmas. Otro fracaso, que implica fallas fundamentales y calefaccin se desarrollar lentamente y debe ser detectado por mediciones Temperatura de algn tipo.Deteccin de la temperatura es a menudo usar termopares incrustados en las ranuras del estator bobinado, la colocacin de los termopares a travs de los arrollamientos en varios lugares. Otra tcnica de medicin es para grabar el medio de entrada y salida de enfriamiento para anotar cualquier marcado cambio en las lecturas. Generador proporciona una temperatura de tipo "rplica" estimado en el dispositivo que utiliza corriente del estator en una caja de almacenamiento de calor para estimar la temperatura de la mquina real.Todos estos dispositivos se utilizan para la alarma el operador de un posible problema grave. En la estacin de vigilancia, la salida del indicador de temperatura puede usarse para apagar la unidad.PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONESUn tipo de sobretensin en un generador es que debido a sobretensiones transitorias causadas por rayos o sobretensiones de conmutacin. Estos transitorios estn protegidos por la oleada de proteccin o dispositivos que estn diseados para este fin.Sobretensin de frecuencia de energa son posibles si los controles del generador son defectuosos o tienen inadecuada respuesta transitoria. Un regulador de voltaje defectuoso, por ejemplo, puede hacer que el excitador de rampa para su voltaje de techo. Si el control de la tensin se realiza manualmente, un cambio repentino en la carga dar lugar a un aumento de la tensin. La prdida de carga puede causar alta tensin en unidades que se localizan en el sistema. La prdida de carga puede causar alta tensin en las unidades que se encuentran de forma remota en el sistema. Esto es particularmente cierto en las unidades hidroelctricas remotas, ya que puede no ser posible para cerrar las puertas peatonales incorporadas de grandes unidades hidroelctricas con la suficiente rapidez para evitar una sobretensin. Este tipo de sobretensin no es probable en una unidad de vapor, ya que tienen un control ms estricto contra el exceso de velocidad y estn diseados para limitar el exceso de velocidad a valores bajos.

Unidades de generacin de vapor no siempre cuentan con el exceso de velocidad o de proteccin contra sobretensiones, pero este tipo de proteccin es a menudo recomendados para unidades hidrulicas o turbinas de combustin. En muchos casos, la proteccin deseada es proporcionada por el equipo de regulacin de tensin. Si no, puede ser proporcionado por rels de sobretensin o rels de frecuencia debe tener un tiempo de retraso y un repunte de alrededor de 110% del voltaje nominal. Una unidad instantnea es a veces previsto de una recoleccin de 130% - 150% del voltaje nominal. Algunos tipos son compensados para variar la frecuencia y deben ser suministrados a partir de un voltaje de trasformacin que es diferente del que suministra el regulador de tensin. Algunos de estos rels se utilizan para simplemente insertar una gran resistencia en el circuito de campo de excitacin.

PROTECCIN DE CORRIENTE DESEQUILIBRADA

Carga desequilibrada de un generador sncrono provoca corrientes de secuencia negativa a fluir en los devanados del estator. Estas corrientes se reflejan en el rotor como corrientes dobles de frecuencia en el hierro del rotor, cosa que puede causar graves calentamiento del rotor y pueden suavizar o debilitar bordes tragamonedas y anillos de retencin. Estas condiciones nocivas pueden ser causados por.

1- una fase abierta de una lnea.2- un polo abierto de un corta circuito.3- un cierre en falla desequilibrada que no se aclar de inmediato.4- un fallo estator devanado.

Las tres primeras de estas causas son por fallas externas a la mquina. Fallas desbalanceadas cerca de un generador provocan un calentamiento ms intenso en mquina sincrnica de fallas equilibradas. Si el fallo persiste por mucho tiempo, el metal del rotor se derretir. Ya que el dao se realiza principalmente para el rotor, los criterios de soportar por lo general se expresan en trminos del rotor resistir el tiempo, que se determina a partir de la expresin.

Donde K es una constante. La magnitud relativa del parmetro K se ilustra para varios operativo diferente. Donde se les da la identificacin de las cinco condiciones de funcionamiento.Claramente, el valor de K puede variar en un intervalo bastante amplio, pero para sistemas ms prcticos un regulador de voltaje estar operativo y el sistema de conexin no ser infinito. Este sugiere valores de K ms cercano a 45, y de ser menor si el regulador de voltaje es inoperante. Normas ANSI

Establecer la magnitud permisible de K para "indirectamente enfriados" generadores de turbinas de vapor a 30, y el estndar para mquinas hidrulicas o generadores accionados por el motor a los 40 el lmite estndar para "directamente enfrar" mquinas de hasta 800 MVA se ha fijado en 10, y algunas mquinas muy grandes tienen un lmite de slo el 5. Las normas recomiendan la inspeccin temprano para mquinas sometidas a fallos por encima del lmite recomendado y hasta el doble de ese lmite. Dos veces por encima de los graves daos lmite estndar puede l esperaba.Caractersticas tpicas de rels de secuencia negativa que estn disponibles comercialmente. Dos valores de K son ilustrada. El conjunto superior de las curvas se trazan para K= 90 y justo bajo la lnea de constante K es la caracterstica del rel para que el factor K. tenga en cuenta que la caracterstica del rel es paralela a la lnea del factor K para todos los valores por encima de 1,0 por unidad. Las curvas son ms bajos en K = 30 y una caracterstica del rel similar. Los rels se le seleccionada para proteger un generador agitado valores K de cualquier lugar de 5 a 90 para los valores corrientes de secuencia negativa de 1 a 5 por unidad. Mquinas grandes por lo general requieren la proteccin de un menor valor de K este K se debe a la tendencia hacia un aumento en las calificaciones de la mquina, mientras que el tamao fsico se ha mantenido casi igual. Esto significa que las unidades ms grandes, ms nuevas tienen la capacidad de sobrecalentamiento ms rpidamente, ya que las corrientes ms grandes se inducen en los rotores de estas unidades.

PROTECCIN DE RESPALDO

Hay dos tipos de proteccin de copia de seguridad que pueden aplicarse a un generador: copia de seguridad de los rels de proteccin de la zona de proteccin del generador y de copia de seguridad de los rels de proteccin de las zonas externas. Algunos tipos de proteccin de copia de seguridad pueden ser clasificados para coordinar con los dos dispositivos de proteccin internos y externos,El rel de secuencia negativa se discuti en la seccin anterior podra ser considerado como uno de los de proteccin de copia de seguridad, ya que la mayora de los fallos deben ser aprobados por la proteccin diferencial del estator con el rel de secuencia negativa que acta como respaldo.Faltas equilibradas pueden causar daos considerables a un generador y la proteccin de copia de seguridad est garantizado. Un tipo de tal proteccin es proporcionar un rel de distancia que se suministra con corriente desde un CT en el neutro del generador y la tensin de los terminales del generador. Un rel de este tipo puede reconocer faltas equilibradas tanto internos como externos al generador. La conexin hace que el rel direccional de neutro. Pero le da alcance en ambas direcciones desde la ubicacin del transformador de tensin, sintiendo as tanto generador y fallas de transformadores GSU. Este tipo de rel tambin se puede ajustar para alcanzar a travs del transformador, por lo que es operable para fallos de fase en el lado de alta tensin del transformador. La coordinacin se logra a travs de retardo de tiempo.PROTECCIN ROTOR.

Hay varios tipos diferentes de proteccin del rotor, cada tipo guardando el rotor de un tipo particular de defectos. Desde este punto de vista, la proteccin contra carga desequilibrada. El uso de rels de secuencia negativa, se puede considerar un tipo de proteccin del rotor ya que es probable que resulte en dao del rotor el efecto de las corrientes de secuencia negativa. En esta seccin, consideramos algunos otros tipos de problemas del rotor y los sistemas de proteccin que se utilizan para evitar o limitar el dao del rotor.

CORTO CAMPO DE PROTECCIN WINDING

En corto se convierte en el devanado de campo del generador tiene el potencial para distorsionar el campo a travs del entrehierro. Como se ilustra en la figura 18.9. esto es debido a los giros de amperios de MMF en diferentes partes del devanado de campo. Si el flujo de entrehierro est muy distorsionada, no puede haber fuerzas muy distorsionadas que actan sobre el rotor, ya que las fuerzas varan con el cuadrado de la densidad de flujo. Una vez que hay fuerzas desiguales en los lados opuestos del rotor, hay tendencia a que el rotor se deforme. La fuerza desequilibrada puede ser muy grande, tanto como de 50 a 100 toneladas, que tiende a deformar el rotor. En algunos casos, el rotor puede ser desplazado lo suficiente para ponerse en contacto con el ncleo de hierro del estator.

Otro efecto de las fuerzas desequilibradas en el rotor es vibracin severa, que puede causar dao a los rodamientos. La mquina puede ser salvo de daos graves por los detectores de vibracin, que puede alarmar al operador o disparar la unidad.El mecanismo que causa el corto circuito es a menudo debido a la puesta a tierra del devanado en dos lugares diferentes.

CAMPO A TIERRA DISOLUCIN.

El devanado de campo de una mquina sincrnica es generalmente flotante con respecto a tierra. Un fallo de tierra, por lo tanto, no se establece ninguna corriente de defecto, aunque s el estrs del aislamiento en porciones de devanado. El verdadero peligro es una segunda planta, que puede configurar fuerzas significativas, como se mencion anteriormente. Motivos duales tambin pueden dibujar muy grandes corrientes y pueden causar grandes daos al conductor de campo y el acero del rotor. La mejor manera de evitar que esto ocurra es detectar la primera planta, evitando de este modo una cadena ms grave de los acontecimientos. Los generadores principales y de campo deben ser disparados sobre la aparicin de la primera planta. La excepcin es en las estaciones atendidas, donde el disparo de la unidad se puede retrasar hasta un momento ms conveniente para programar la reparacin. Durante este perodo, cualquier vibracin inusual debe disparar inmediatamente la unidad. Lo mejor es que no viaje la turbina despus de una falla a tierra del rotor y el disparo del generador y el campo. El rotor tiene una mejor refrigeracin cuando se ejecuta a la velocidad nominal, y el exceso de calor se deja llevar como el generador contina funcionando durante varios minutos a velocidad nominal. Permitir que la unidad a costa de bajar tambin introducen el peligro de vibracin agravado debido a las frecuencias modales naturales de vibracin, que puede ser peor debido a la distorsin del rotor.

Hay varios mtodos de deteccin de una tierra del circuito del rotor. Los mtodos, que se muestran en la figura 18.10, se resumen como

1. Mtodo del potencimetro2. Mtodo de inyeccin AC3. Mtodo de inyeccin de corriente contina.

El mtodo potencimetro mide el voltaje a tierra de una resistencia de derivacin central, conectado a travs de la tensin de salida del excitador. Si algn punto de la bobina sea conectado a tierra, habr un potencial entre ese punto y el punto al que est conectado el rel de tensin.

Funcionamiento del generador de induccinla baja operacin normal de un generador sncrono, del campo creado el devanado del rotor bloquean por la rotacin mmf de las bobinas del devanado del estator y el rotor se mueve con una velocidad sncrona, al menos hasta el estado de equilibrio. Cuando se pierde la excitacin, el campo del rotor de repente pierde mmf y el rotor inicia a mover de manera sncrona, teniendo perdidas fuertes de acoplamiento magntico con el estator mmf. Durante este tiempo, el gobernador aun esta puesto a dejar una cantidad dada de energa al generador, entonces el generador acelerara, induciendo grandes frecuencias deslizantes de corriente en el rotor con el fin de mantener las salidas de alimentacin como un generador de induccin. Actualmente la alimentacin requerida ser reducir como un incremento deslizante de manera debido alas caractersticas del gobernador, el incremento de corriente en el estator, y posiblemente la disminucin de los terminales de voltaje. Esto podra dejar colapsos en los voltajes si el sistema esta daado. El gran incremento en energa reactiva, disminuyendo la alimentacin del factor, estos crea grandes corrientes en el estator que deben buscar 2 a 4 veces la corriente nominal y los inicios del sobrecalentamiento en el rotor.Los grados de calefaccin del rotor dependen de muchos factores incluyendo la generacion inicial de carga, estas condiciones causan perdidas de excitacin, y la manera de generar es conectarse al sistema. En un rotor generador cilndrico, la corriente del rotor fluir a travs del cuerpo del rotor y a travs del campo de la bobina , si esta bobina ha estado en corto o conectada a travs de un campo resistor descargado, entonces fluir a travs de las bobinas del rotor. Estas corrientes oscilan como frecuencias deslizantes con magnitudes proporcionales a la energa del generador. Esa gran corriente en el rotor causara altas y posibles temperaturas de peligrosas en el rotor en un corto tiempo. En la mayora de casos, el tiempo requerido para esas corrientes causan grandes daos solo con unos cuantos segundos si el generador ha sufrido una completa perdida de la excitacin.Para las maquinas hidrulicas, casi siempre hay bobinados amortisadores que son diseados para llevar corrientes deslizantes, estos generadores pueden continuar para operar en modo de generador de induccin sin peligro. Un estimado de pequeas maquinas de rotor solidos, de 50 MVA o mas, pueden resistir una induccin en la operacin del generador por 3 a 5 minutos sin daos pero maquinas grandes de 500 MVA o mas deben ser disparadas en 20 segundos o menos. Esto significa que no hay tiempo para que un operador evalue el problema y determine la accin de su auto correccin. El sistema de proteccin debe ser rpido a manera de prevenir grandes daos.Tambin hay un potencial de gran consideracin para el sistema de alimentacin durante la transicin descrita antes. El generador que sufrio la perdida de excitacin causara esta excitacin del sistema de alimentacin como energa reactiva. Esto bajara el voltaje hasta las terminales del generador y posiblemente en la rea circundante si el sistema relativamente esta daado. Esto podra causar problemas a la carga del cliente y podra dejar colapsar el voltaje.Claramente, es esencial una gran turbina de vapor del generador que sufrira una perdida de excitacin que ser disparada automticamente y pronto despus de la perdida de la excitacin.Perdida en el campo de proteccinLa perdida del campo de proteccin es a menudo proveido usando un rele de distancia del tipo MHO. La razn para la eleccin de este dispositivo requiere explicacin. El generador operador es confinado a una regin en el P-Q plano, como se mostros en la figura 18.11.Cuatro curvas de quiebre son ilustradas en la figura, mostrando las capacidades del generador para operar como varios factores de operacin y para diferentes condiciones de enfriamiento, representadas por cuatro diferentes presiones de hidrogeno nombradas H1 a travs del H4. El factor de la alimentacin nominal es asumida para ser

0.90 de revestimiento, y la curva de salidas al punto B representan esta condicin nominal. El arcoseno de la B a la C corresponde al volt-amp nominal las condiciones para el factor de energa cercanas a la unidad y para diferentes presiones de hidrogeno. El limite de condicin en la regin B-C es la corriente del estator del generador.Como el factor de energa cae entre los valores nominales en la direccin de revestimiento, la maquina genera energa reactiva en exceso de este valor, requiere un gran campo de corriente. Esto corresponde a la regin etiquetada A-B, y al limite de condicin en esta regin de sobrecalentamiento del campo debido a altas corrientes en el campo. La principal regin del factor de energa, representada como la la regin etiquetada C-D, del limite de condicin es sobre calentada hasta el fin de la armadura acorazada y el final de la estructura del estator de la ,maquina. Este calentamiento es debido a las correintes de remolino que son ajustadas por la armadura que reacciona al flujo de fuga, la cual rota como velocidad sncrona. La regin principal del factor de energa debe tambin estar limitado por la inestabilidad, desde el enganche del rotor y el campo del estator que esta dbil cuando el campo de excitacin esta bajo. Los limites que aqu a veces son mostrados como una lnea derecha que rara vez circula por el arco mostrado en la figura 18.11Las corrientes fasoriales del generador dan un voltaje que puede ser expresado en trminos reales y energa reactiva.

Figura 18.16 Generador de Unidad y Proteccin de transformador.A travs del uso de un transformador de distribucin y la resistencia de la tierra se escoge para limitar la actual corriente primaria 10 amperios o menos.Figura 18.16 presenta un tpico plan protector para un generador. Hay muchas tipos de protecciones de generador, algunas de las cuales estn documentadas en la literatura (12-16).Tabla 18.3 da lista de todas las protecciones ilustradas, dando un tipo de rel y la accin que realiza cada dispositivo. Los rels tipo 21 de la distancia estn instalados como proteccin de refuerzo para las lneas transmisoras. Los sobreactales (tipos 51 y 151) dispositivos son tambin usados como proteccin de refuerzo. La mayora de dispositivos en figura 18.16 estn etiquetados por sus funciones. La Tabla 18.3 da, en mayor cantidad la funcin de rel, el dispositivo que es controlado por el/los breaker(s) cortados por cada rel. Esto se explica en mayor detalle ms adelante.

TABLA 18.3 DESCRIPCION DE PROTECCIONES DEL GENERADORDISPOSITIVOFUNCIONRELE CONTROLADOR DE CIRCUITO DE DISPARO

21Distancia del rel21X

21XDispositivo auxiliar86G

40Rel de campo94G1

46Corriente de desbalance94G1

49Rel trmicoAlarma

51Rel con tiempo de sobrecorriente86G

51/GNSobrecorriente de generador86G

51/TNSobrecorriente de transformador86G

51TN/SSTransformador DC estacin de servicio86G

51VSobrecorriente sistema de espera86G

59Rel de sobre voltaje94G1

59V/HzRel de voltaje y frecuencia94G1

60Rel de balanceo de voltajeAlarma

61Fase de distribucin (Hidrogeneracion)86G,87X

63Rel de presin86G

64FRel de campo de tierra86G

64GRel de tierra del generador86G, 87X

71Rel detector de gasAlarma

78Rel de perdida de sincronizacin94G2

81Rel de frecuencia94G2

86BRel bloqueador de busD,E,F,G

86GRel bloqueador del generadorA,B,D,H,BF

86T/SUTransformador de bloqueo de arranqueB,E

87BRel de bus diferencial86B

87GRel diferencial del generador86G,87X

87TTransformador de unidad diferencial86G

87T/SSTransformador diferencial de servicio estacionario86G

87T/SUTransformador diferencial de arranque86T/SU

87XMaquina diferencial de aire frioCO2

94G1Rel de disparo por zona del generadorA,C,A,BF

94G2Rel de disparo por zona del generadorA,BF1

151Estacin de espera auxiliar DC86T/SU

151TNEspera de arranque de transformador de tierra86T/SU

151TN/SUTransformador de arranque de tierra86T/SU

86GRel de disparo- reset manual

94G1Rel de disparo- reset automtico

94G2Rel de disparo- reset auxiliar automtico

18.7.2 Transformador generador de unidades modo de disparo.A modo de entender completamente la desconexin accin que toma lugar por cada uno de las protecciones generadoras de sistema, es necesario saber la configuracin de las circuitos de disparo.Los rels de proteccin en los sistemas generadores usualmente no energizan las bobinas circuito breaker de disparo directamente, pero recogen un dispositivo desconexin. Para los sistemas descritos aqu, hay tres tipos de rels usados (7):La razn para tener tres diferentes modos de disparo es que este provee un grado de flexibilidad que no sera posible de otra forma. Cada modo diferente est diseado para llevar diferentes tipos de operaciones desconexiones. En algunos casos, por ejemplo, la primera propuesta no est disparada, dando al operador tiempo para revisar la molestia y re sincronizar el generador, por ello prevenir largos e innecesarios fuera de linea.El dispositivo 86G dispara el principal y los interruptores de campo, la turbina, y la bobina. Este modo de disparo es usado por todos defectos de generador o transformador y por todas las operaciones reforzadas. Este modo de disparo requiere intervencin humana para reiniciar manualmente el rel . Los auxiliares estacionales son transferidos al recurso suplente de poder.El rel de disparo 94G2 es un rel auxiliar de reinicio automtico que inicia desconexin de solo los principales interruptores de los generadores. Este modo de disparo es usado en deteccin de fallas que podran permitir reconexin rpida al sistema, por eso los auxiliares estacionales son dejados conectados a las terminales generadoras. Un ejemplo de este tipo de desconexion es una prdida de sincrona o baja frecuencia de sistema debido a las fallas del sistema. Por tales fallas, el generador y sus auxiliares no son encontrados con defecto y estn listos para ser reconectados luego de un corto retraso. Para este tipo de condicin, no es recomendable cambiar los auxiliares de planta al recurso suplente, el cual puede estar fuera de fase con el generador o puede no estar disponible para nada. En este modo de disparo el generador lleva sus propios auxiliares mientras los operadores atentan con restaurar el sistema a una condicin donde la reconexin es posible.Los antes mencionados son todas protecciones elctricas para el generador y el transformador de unidad de paso. Hay otros sistemas protectores para la turbina y bobina que son a menudo usados para cruce de disparo el generador. Los sistemas protectores de turbina a menudo proveen para disparo secuencial. En este caso, las vlvulas de turbina son disparadas primero y un set de contactos auxiliares en estas vlvulas que son usados para iniciar disparo del generador principal y de interruptor de campo. Este es reforzado por rels de poder inverso que sienten el principio de vibracin para iniciar disparo del 94G1. El disparo secuencial es el mtodo normal para desconectar una unidad cuando no hay emergencia detectada.Otro modo de disparo que algunas veces es usado es un disparo simultaneo de las vlvulas de la turbina y el generador principal con interruptor de campo, algunas veces con un tiempo de retraso en el comando interruptor de disparo.18.7.3 Proteccin en fallo de interruptor del Generador.Fabricantes de Generadores usualmente recomiendan el uso de proteccin en fallo de interruptores como una parte integral de la proteccin total del generador (7). Una forma simplificada de la proteccin en fallo de interruptores es mostrada en figura 18.17.

Este esquema requiere el uso de detectores de fallas (50BF) y temporizadores (62BF). Detectores de fallas y temporizadores separados deben ser usados por cada interruptor, tales como los interruptores 2 y 3 en figura 18.17. Los primordiales y sistemas protectores de refuerzo, en detectar un desperfecto, atentarn a disparar los cortacircuitos y, al mismo tiempo, empezarn los temporizadores de falla en interruptores (62BF2 y 62BF3). Si el interruptor no limpia la falla antes que el temporizador complete su ciclo, el temporizador disparara los otros interruptores que son requeridos para aislar la falla. As, si el interruptor de falla, todos los interruptores en el bus N deben ser disparados. Si el interruptor 2 falla, el interruptor 1 y el final remoto de la lnea A debe ser disparado. La lnea debera ser disparada por una seal de transferencia de desconexin desde que los rels de final remoto pueden no detectar la falla del generador interno.El esquema mostrado en figura 18.17 es inusual desde que este usa los contactos auxiliares de los interruptores a en el circuito de disparo para controlar el temporizador de refuerzo en caso que el desperfecto de nivel de corriente est bajo el alcance de los rels detectores de fallas (50BF/2 y 50BF/3), el cual podra ser el caso para una baja falla del nivel del transformador o bajo nivel desbalancear las corrientes. Esto es un poco inusual desde que los contactos del interruptor a pueden haber sido parcialmente la causa de la falla del interruptor. En este caso son requeridos para fallas de bajo nivel.Los esquemas mostrados en figura 18.16 y 18.17 implican el uso de solo un locaut (86G) rel. Algunos ingenieros prefieren dividir la proteccin de zona el generador en grupos con un separado locaut rel por cada grupo. Por ejemplo, los rels primarios podran ser un grupo y los rels de refuerzo otro. Esto eliminara los fallos de proteccin debido al mal funcionamiento del rel.Si llegan a haber dos rels, el sistema dual es operado como uno de dos energizadores para disparo lgico. Cualquier sistema de disparo que requiera la apertura de los interruptores del generador uno de los rels bloqueados. El cual en cambio disparara la unidad de rels de disparo y tambin la turbina de disparo lgica. Un posible conjunto defunciones de generador bloqueado del rel de disparo podra ser especificado como las siguientes:Rele 86G1 Entradas de cierre del generador

1. Rele de disparo para cierre del transformador.2. Perdida voltaje del generador.3. Disparo regulador del voltaje de generador.4. Rele de disparo de secuencia negativa del generador.5. Energizacin accidental del generador.6. Detector de potencia inversa y vlvulas cerradas de la turbina.7. Deteccin de potencia inversa para 30 segundos.

Rele 86G2 Entradas de cierre del generador1. Rele de disparo diferencial del estator del generador.2. Rele de disparo neutro tierra del generador.3. Rele de disparo de distancia.4. Voltaje de prdida del generador.5. Rele con sistema de excitacin del generador.6. Rele de disparo subsincronizado.7. Detector de potencia inversa y cierre de vlvulas de la turbina.8. Detector de potencia inversa para 30 segundos.

Obviamente, otros esquemas para dividir las funciones de rels entre dos o ms rels de cierre son posibles. Note que ciertas funciones crticas estn incluidas en ambos de los sistemas de arriba.Los generadores de paso con rele de cierre de transformador podra tener las siguientes funciones como entradas:RELE DE CIERRE DE GENERADOR CON TRANSFORMADOR DE PASO1. Transformador de disparo diferencial.2. Transformador de falla interna o detector de gas.3. Transformador primario con neutro flotante.4. Transformador detector de fuego.5. Transformador de disparo de voltaje y frecuencia.6. Bus de disparo diferencial de sobrevoltaje.7. Interruptor de falla de sobrevoltaje.8. Falla de tierra de bajo voltaje.9. Interruptor de falla de bajo voltaje.10. Servicio de Transformador primario con fase de sobrecorriente.11. Servicio de transformador de disparo diferencial.12. Servicio de transformador de tierra diferencial.13. Servicio de transformador de tierra de sobrecorriente.14. Servicio de transformador detector de fuego.15. Servicio de transformador de falla interna o detector de gas.

Hay otros sistemas protectores en una planta de poder complejo que puede causar el trip del generador. En una moderna planta de poder a vapor, el sistema de proteccin se extiende a la caldera. Auxiliares de caldera, y sistemas de control de turbina. Perdida de componentes importantes que deshabilitan la planta tambin enviarn una entrada a uno de los generator lockout rels.REFERENCIAS1.Horowitz, S. H Ed., Protective Relaying for Power Systems, IEEE Press Book, New York, 19802. Mason. C.R., The Art and Science of protctive Relaying, John Wiley & Sons , New York, 19563. Warrington, A. R. van C., Protective Relays: Their Theory and Practice, Volume One, Jhon Eiley & Sons, Inc. New York, 19624. GEC Measurements, protective Relays Application Guide, General electric Company p.l.c of England. 19755. Blackburn, J.L,.. Ed., Applied Protective Relaying. Westinghouse Electric Corporation, 1976.