PROTECCION DE GENERADORES.pdf

PRINCIPIOS DE PROTECCIÓN DE GENERADORES Y

SISTEMAS AUXILIARES EN SISTEMAS AUXILIARES EN CENTRALES

TERMOELÉCTRICAS TERMOELÉCTRICAS

GRUPO ZENER, S.C. TEL. (833) 221 2322, 216 2863 e-mail: [email protected], [email protected]

PRINCIPIOS DE PROTECCIÓN DE GENERADORES Y SISTEMAS AUXILIARES

EN CENTRALES TERMOELÉCTRICASEN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

1.- PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA MÁQUINA SÍNCRONA.1.1.- DIFERENTES TIPOS DE MÁQUINAS SÍNCRONAS.1 2 COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN ESTADO ESTABLE1.2.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN ESTADO ESTABLE.1.3.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN CONDICIONES DE CORTO

CIRCUITO.1.4.- PRÁCTICAS DE ATERRIZAMIENTO DE GENERADORES.

2.- FALLAS EN GENERADORES.2.1.- FALLAS INTERNAS A TIERRA O ENTRE FASES.2.2.- CONDICIONES ANORMALES EN GENERADORES.2.3.- FALLAS EXTERNAS.2.4.- FALLAS DE ORIGEN MECÁNICO.

3.- PROTECCIONES PARA FALLAS INTERNAS ENTRE FASES 87G.3.1.- PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE PORCENTAJE.3.2.- PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA.


3.3.- PROTECCIÓN DIFERENCIAL AUTOBALANCEADA.3.4.- PROTECCIÓN DE RESPALDOS.


EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS4.- PROTECCIÓN DE FALLA A TIERRA EN EL ESTATOR.

4.1.- PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE DIRECCIONAL.Ó

EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

4.2.- PROTECCIÓN DE SOBREVOLTAJE EN NEUTRO (95%)3.3.- PROTECCIÓN PARA 100% DE DEVANADO DE ESTATOR.

5.- PROTECCIÓN CONDICIONES NORMALES.

5.1.- BAJA/ALTA FRECUENCIA 895.2.- SOBRE EXCITACIÓN Y SOBREVOLTAJE 59/81 Y 595.3.- PÉRDIDA DE EXCITACIÓN 405.4.- PÉRDIDA DE SINCRONISMO. 785.5.- DESBALANCE DE CORRIENTES. 465.6.- PROTECCIÓN.5.7.- FALLA A TIERRA EN EL ROTOR. 64F

6.- PROTECCIONES DE RESPALDO.

6 1 PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA DE INTERRUPTOR 50BF


6.1.- PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA DE INTERRUPTOR 50BF6.2.- PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA ENTRE FASES. 21/51V6.3.- PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA A TIERRA. 51NT


EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

7.- FALLAS DE ORIGEN MECÁNICO.

7.1.- CHUMACERAS.7.2.- VIBRACIÓN.7.3.- FALLAS MÁQUINA PRIMA.

8.- LÓGICA DE PROTECCIONES PARA DIFERENTES ARREGLOS DE GENERADORES.


1.- PRINCIPIOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS

SÍNCRONASSÍNCRONAS1.1.- DIFERENTES TIPOS DE MÁQUINAS SÍNCRONAS


MÁQUINA DE POLOS LISOS (ROTOR CILINDRICO)

CARACTERÍSTICAS:

• ALTAS VELOCIDADES 1800/3600 RPM.• ROTOR FABRICADO DE FORJAS DE ACERO SÓLIDO.• USADAS EN TURBINAS DE VAPOR Y GAS.


MÁQUINA DE POLOS SALIENTES

CARACTERÍSTICAS:

S OC S• BAJAS VELOCIDADES.• DEVANADOS CONCENTRADOS.• USADAS EN TURBINAS HIDRÁULICAS.


CONEXIÓN DIRECTA


CONEXIÓN UNITARIA


ESQUEMA ESTRUCTURALDEL GENERADOR


DIAGRAMA FASORIALDEL GENERADOR


CIRCUITO EQUIVALENTEDEL GENERADOR

Pg = E V

X sen fa t

r r

δ Q = E V

Xcos -

V

Xgfa t t

r r r

δ

2


Xsin

QX Xg

sin sin

1.2.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN ESTADO ESTABLE. FALLA

SIMÉTRICASIMÉTRICA

OSCILOGRAMA DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO TRIFÁSICO SIMÉTRICA DE

idt/Td'-eidid't/Td"-e)id' - (id" +−+= )( iac

OSCILOGRAMA DE LA CORRIENTE DE CORTO-CIRCUITO TRIFÁSICO SIMÉTRICA DE UNA MÁQUINA SÍNCRONA.Xd”Reactancia Subtransitoria determina la corriente de falla en los primeros ciclos (0-6 ciclos).Xd’ Reactancia transitoria determina la corriente de falla antes de llegar al estado estable (6-25Xd Reactancia transitoria determina la corriente de falla antes de llegar al estado estable (6 25

ciclos).Xd Reactancia síncrona determina la corriente de falla en estado estable.

id” = E”/Xd”id’ = E’/Xd’


id E /Xdid” = E/Xd

1.3.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN CONDICIONES DE CORTO-

CIRCUITOCIRCUITO.

OSCILOGRAMA DE UNA CORRIENTE DE CORTO-CIRCUITO ASIMÉTRICA.

Ta3 = X2/2πfRa

X2 = Reactancia de secuencia Negativa


X2 = Reactancia de secuencia NegativaRa = Resistencia de armadura.

f = Frecuencia.

COMPONENTE DE SECUENCIA POSITIVA


COMPONENTE DE SECUENCIA NEGATIVA


COMPONENTE DE SECUENCIA CERO


RELACION ENTRE COMPONENTES DE SECUENCIA Y SECUENCIA DE FASE


IMPEDANCIA DE SECUENCIA POSITIVA


IMPEDANCIA DE SECUENCIA NEGATIVA


IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO


FALLA TRIFÁSICA


FALLA ENTRE FASES


FALLA DE LÍNEA A TIERRA


FALLA DE DOBLE LÍNEA A TIERRA


1.4.- PRÁCTICAS DE ATERRIZAMIENTO DE GENERADORES

Xn

BAJA RESISTENCIA ALTA RESISTENCIA RESONANTE

R0≥ 2X00<R0/X1<10 R0/X1>100 Xn= XC0


PROTECCIONES DEL GENERADOR


2.- FALLAS EN GENERADORES


FALLAS INTERNAS ENTRE FASES


PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE PORCENTAJE

CARACTERÍSTICA DE OPERACIÓN RELEVADOR DIFERENCIAL DE PORCENTAJE CON

PENDIENTE DEL 10 %PENDIENTE DEL 10 %


CARACTERÍSTICAS DE LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE PORCENTAJE

IOPERACION = I1 + I2


OPERACION 1 2IRESTRICCION = |I1| + |I2|

PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA


PROTECCIÓN DIFERENCIAL AUTOBALANCEADA


FALLAS INTERNAS A TIERRA EN ESTATOR

PROTECCIÓN DIFERENCIAL FALLA A TIERRA UTILIZANDO RELÉ TIPO PRODUCTO (DIRECCIONAL)


PROTECCIÓN DIFERENCIAL FALLA A TIERRA UTILIZANDO RELÉ TIPO PRODUCTO (DIRECCIONAL)USADO EN GENERADORES CONECTADO DIRECTAMENTE A CARGAS

PROTECCIÓN FALLA A TIERRA PARA 95% DEVANADO EN GENERADORES ATERRIZADOS

CON ALTA RESISTENCIA (64G)( )


PROTECCIÓN FALLA A TIERRA DE 100% ESTATOR

iTÉCNICA BASADA EN EL VOLTAJE DE TERCERA ARMÓNICA.

iINYECCIÓN DE VOLTAJE RESIDUALCC Ó O J S U


VOLTAJES DE TERCERA ARMÓNICA PARA DIFERENTES CONDICIONES DE

OPERACIÓNOPERACIÓN


ESQUEMA DE BAJO VOLTAJE DE TERCERA ARMÓNICA


ESQUEMA DE VOLTAJE RESIDUAL DE TERCERA ARMÓNICA EN TERMINALES DE

GENERADORGENERADOR


COMPARADOR DE VOLTAJE DE TERCERA ARMÓNICA


ESQUEMA DE INYECCIÓN DE VOLTAJE SUBARMÓNICO


CURVA DE CAPABILIDAD DE UN GENERADOR


DIAGRAMA R-X DEL FENÓMENO DE PÉRDIDA DE EXCITACIÓN


CARACTERÍSTICA TIPO MHO


CARACTERÍSTICA TIPO MHO DEDOS ZONAS


PROTECCIÓN FALLA A TIERRA EN EL ROTOR USANDO UNA FUENTE DE

CORRIENTE DIRECTACORRIENTE DIRECTA


PROTECCIÓN DE FALLAS A TIERRA PARA MÁQUINAS CON EXCITACIÓN SIN

ESCOBILLASESCOBILLAS


CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA EN LA SUPERFICIE DEL ROTOR


LÍMITES DE OPERACIÓN EN BAJA FRECUENCIA TÍPICOS DE UNA TURBINA DE

VAPORVAPOR


SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN TURBOGENERADOR QUE MUESTRA LAS TRAYECTORIAS DE CAMPO MAGNÉTICO


CURVA DE LÍMITE VOLTS/HERTZ PARA UN GENERADOR


CURVA DE LÍMITE VOLTS/HERTZ PARA UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA


CURVAS COMBINADAS VOLTS/HERTZ PARA UN GRUPO GENERADOR TRANSFORMADOR


PROTECCIÓN ÓPTIMA DE UN GRUPO GENERADOR TRANSFORMADOR CONTRA

SOBREEXCITACIÓN UTILIZANDO DOS RELEVADORES VOLTS/HERTZRELEVADORES VOLTS/HERTZ


PROTECCIÓN CONTRA CONDICIONES ANORMALES

PROTECCIÓN CONTRA BAJA FRECUENCIA

CAUSAS DE BAJA FRECUENCIA

•SOBRECARGA EN EL SISTEMA•SOBRECARGA EN EL SISTEMA

•SOBRECARGA EN GENERADOR AISLADO

•FALLA EN EL SISTEMA DE CONTROL DEL GOBERNADOR

PROBLEMAS EN TURBINAS DE VAPOR

•RESONANCIA EN LOS ÁLABES DE LA TURBINA

•FATIGA DE LOS ÁLABES


•SOBREFLUJO EN EL ESTATOR

ESQUEMA DE PROTECCIÓN DE BAJA FRECUENCIA PARA UNA TURBINA DE

VAPORVAPOR


PROTECCIÓN CONTRA ALTA TEMPERATURA DEL ESTATOR (49G)


PROTECCIÓN DE VOLTAJE BALANCEADO (60).


PROTECCIÓN DE RESPALDO DE TIERRA (51NT).

Conexión básica del Esquema si se trata de un transformador trifásico


PROTECCIÓN DE RESPALDO DE TIERRA (51NT).( )

Conexión básica del Esquema cuando se usan TC´s tipo bushimg


PROTECCIÓN DE RESPALDO DE FASE (51V).

Conexión para los relevadores de sobrecorriente con control por bajo voltaje


PROTECCIÓN DE RESPALDO DE FASE (51V).

Conexión para los relevadores de distancia


PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL

Arreglos típicos de subestaciones generadoras:


PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELÉS DE VOLTAJE SUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTESUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTE

Lógica de voltaje supervisada por sobrecorriente


PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELEVADOR DE

SOBRECORRIENTE DIRECCIONALSOBRECORRIENTE DIRECCIONALLógica de sobrecorriente direccional


PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELEVADOR DE

DISTANCIADISTANCIALógica de relevador de impedancia


PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELÉ DE SOBRECORRIENTE

SUPERVISADO POR CONTACTOS AUXILIARESSUPERVISADO POR CONTACTOS AUXILIARESLógica de sobrecorriente supervisado por contactos auxiliares


PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELEVADOR FALLA

DE INTERRUPTORDE INTERRUPTORLógica de falla de interruptor


CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL


CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ARQUEO DE UN POLO DE INTERRUPTOR


DIAGRAMA DE SECUENCIA PARA EL ARQUEO DE UN INTERRUPTOR DE ALTA EN

UN GENERADOR UN GENERADOR


CIRCUITO SIMPLIFICADO PARA EL ARQUEO EN UN POLO DE UN INTERRUPTOR DE ALTA


ESQUEMA DE SOBRECORRIENTE SUPERVISADO POR VOLTAJE (50/27)


PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELÉS DE FRECUENCIA

SUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTESUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTE

LOGICA DE FRECUENCIA SUPERVISADA POR SOBRECORRIENTE


ESQUEMA DE FALLA DE INTERRUPTOR MODIFICADO


PÉRDIDA DE SINCRONISMO


ESQUEMAS DE PERSIANA


PROTECCIÓN FALLA DE INTERRUPTOR DE GENERADORES


LÓGICA DEL ESQUEMA DE FALLA DE INTERRUPTOR DE GENERADORES


TEMPORIZACIÓN EN EL ESQUEMA FALLA DE INTERRUPTOR


LÓGICA MODIFICADA DEL ESQUEMA DE FALLA DEL INTERRUPTOR


PROBLEMAS


FUNCIONES RELEVADORBECKWITT M-3420


FUNCIONES RELEVADORBECKWITT M-3430


PROTECCIÓN CONTRA PÉRDIDA DE CAMPO

CAUSAS QUE PROVOCAN LA PÉRDIDA DE EXCITACIÓN;

FALLA EN EL DEVANADO DE CAMPOFALLA EN EL REGULADOR DE VOLTAJEFALLA EN EL REGULADOR DE VOLTAJEPROBLEMAS EN ANILLOS DESLIZANTES O EN ESCOBILLASDISPARO ACCIDENTAL DE INTERRUPTOR DE CAMPO

CONSECUENCIAS DE LA PÉRDIDA DE EXCITACIÓN:

ABSORCIÓN GRANDE DE POTENCIA REACTIVADISMINUCIÓN DE VOLTAJE EN LAS TERMINALES DEL GENERADORDISMINUCIÓN DE VOLTAJE EN LAS TERMINALES DEL GENERADORPÉRDIDA DE SINCRONISMOCALENTAMIENTO EN EL ESTATOR


PROTECCION CONTRA CORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA

CAUSAS QUE GENERAN CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA:

IMPEDANCIAS ASIMÉTRICAS EN TRANSFORMADORES DE POTENCIALÍNEAS NO TRANSPUESTASCARGAS DESBALANCEADASFALLAS DESBALANCEADAS EN EL SISTEMACIRCUITOS ABIERTOSCARGAS CON ALTO CONTENIDO DE ARMÓNICAS

CONSECUENCIAS:

CORRIENTES DE DOBLE FRECUENCIA EN LA SUPERFICIE DEL ROTOR QUE O OC S S S C O OPROVOCAN ALTAS TEMPERATURAS EN LA SUPERFICIE DEL ROTOR.

ALTAS CORRIENTES EN LOS ANILLOS DE RETENCIÓN, CUÑAS DE SUJECIÓN DEBIDO A LAS CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA.


DEBIDO A LAS CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA.

CAPACIDAD DE GENERADORES A LA CORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA

TIPO DE GENERADOR CORRIENTE PERMISIBLE I2 EN FORMA CONTINUA

POLOS SALIENTES

CON DEVANADOS AMORTIGUADORES 10 %SIN DEVANADOS 5 %

ROTOR CILÍNDRICOROTOR CILÍNDRICO

ENFRIADO INDIRECTAMENTE 10 %DIRECTAMENTE ENVIADO HASTA 960 MVAS 8 %DE 961 A 1200 MVAS 6 %DE 961 A 1200 MVAS 6 %DE 1201 A 1500 MVAS 5 %


CAPACIDAD DE CORRIENTE DE SECUENCIANEGATIVA DE TIEMPO CORTO

I2t = K

TIPO DE GENERADOR KGENERADOR DE POLOS SALIENTES K40CONDENSADOR SÍNCRONO 30

GENERADOR DE ROTOR CILÍNDRICOINDIRECTAMENTE ENFRIADO 20DIRECTAMENTE ENFRIADO DE 0 A 800 MVAS 10


CAPACIDAD DE CORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA DE TIEMPO CORTO PARA

GENERADORES DIRECTAMENTE ENFRIADOSGENERADORES DIRECTAMENTE ENFRIADOS


ESQUEMA DE RELEVADORDE SECUENCIA NEGATIVA


CURVA DE RELEVADOR DE SECUENCIA NEGATIVA ELECTROMECÁNICO


CURVA DE RELEVADOR ESTÁTICO DIGITAL


PROTECCIÓN CONTRA FALLA A TIERRA EN EL ROTOR

CAUSAS.

UNA PRIMERA FALLA A TIERRA GENERALMENTE NO AFECTA LA OPERACIÓNG ODEL GENERADOR.

ESTAS FALLAS SE DEBEN A PROBLEMAS DE AISLAMIENTO EN ELDEVANADO DEL ROTOR, HUMEDAD, POLVO EN CIRCUITOS DEL ROTORINCLUYE ESCOBILLAS ANILLOS DESLIZANTES ETCINCLUYE ESCOBILLAS, ANILLOS DESLIZANTES, ETC.

CONSECUENCIAS:

UNA SEGUNDA FALLA PROVOCA FLUJOS MAGNÉTICOS DESBALANCEADOSUNA SEGUNDA FALLA PROVOCA FLUJOS MAGNÉTICOS DESBALANCEADOS,PROVOCANDO VIBRACIÓN Y DAÑOS EN EL ROTOR.


PROTECCIÓN CONTRA FALLA A TIERRA EN EL ROTOR USANDO UN DIVISOR DE VOLTAJE


PROTECCIÓN DE FALLAS A TIERRA USANDO ESCOBILLAS PILOTO


PROTECCIÓN CONTRA FALLAS A TIERRA PARA MÁQUINAS CON EXCITACIÓN SIN

ESCOBILLASESCOBILLAS


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