PROTECCIN DE ALTERNADORES
PROTECCIN DE ALTERNADORESTIPOS DE FALLAS
Fallas por defecto de aislamiento
Cortocircuitos entre fase.
Cortocircuito de fase a tierra.
Cortocircuito entre espiras de una misma fase.
Falla a tierra del rotor.
Cortocircuito entre espiras del devanado del rotor.
Cortocircuitos externos.
Condiciones anormales
Sobrecarga.
Sobretensin.
Desbalance de carga.
Prdida de fuerza motriz.
Sobre y sub-frecuencia.
Prdida de sincronismo.
Prdida de excitacin.PROTECCIONES UTILIZADAS
SOBRECORRIENTE INSTANTANEA (50).- Es una de las protecciones mas
simples de sistemas de potencia. El disparo se realiza de manera
inmediata. El momento del disparo no depende de la magnitud de la
corriente. Para su funcionamiento se usa la curva de tiempo
definido:
SOBRECORRIENTE TEMPORIZADA (51).- sta proteccin trabaja con la
curva de tiempo inverso; la cual nos dice que el tiempo de disparo
ser menor cuanto mas grande sea la corriente de falla que se
produzca.
Existen casos en que ambas protecciones, tanto la 50 y 51,
trabajan en combinacin; ste caso se da cuando se desea proteger al
sistema de sobrecorrientes y de cortocircuitos. En este tipo de
operacin se tiene que con corrientes bajas se utiliza la funcin 51
(dentro de la cual existe una variacin de tiempo con relacion a la
corriente9; y cuando se producen fallas de corrientes muy elevadas,
entra a funcionar la funcion 50; debido a que es necesario
aperturar el circuito con bastante rapidez.SECUENCIA NEGATIVA
(46).- sta proteccin trabaja frente a fallas que poseen s
componentes: de secuencia positiva y secuencia negativa; las cuales
producen en el generador problemas mecnicos (vibracin) y problemas
elctricos (el rotor empieza a calentar).Acta frente a: Cargas
asimtricas, prdidas de fase, fallas bifsicas.
Existen niveles de asimetra aceptables.
Tambin existe un tiempo mximo que el generador puede aceptar
asimetras elevadas.
SOBRETENSIONES (59).- Las sobretensiones se pueden generar
por:
Apertura o cierre de interruptores.
Descargas atmosfricas
Prdidas sbitas de carga
Energizacin de lneas de transmisin en antena.
Fallas en el AVR (regulador automatico de velocidad)
Malas maniobras en el AVR
Algunas de estas posibles causas a veces son normales; por lo
cual la proteccin debe tener cierta temporizacin. Trabaja con
curvas de tiempo inverso.
MINIMA TENSIN (27).- Las subtensiones difcilmente pueden
producirse en sistemas de potencia; por lo cual no son usados en
ellas; mas s en sistemas aislados o pqueos. En estos, las
subtensiones se pueden producir debido a : Aumento sbito de
cargas
Fallas en el AVR
Cortocircuitos (esto devela que esta proteccin debe trabajar
temporizada)
Trabaja con una curva de tiempo directo (a mayores valores de
tensin, menor el tiempo de disparo).
sta proteccin permite que no se escondan corrientes de corto
circuito de valores relativamente bajos.
CORTOCIRCUITOS ENTRE ESPIRAS.- stas fallas se deben
principalmente a defectos en el aislamiento de los devanados del
alternador; ello se puede producir por diversas causas; entre ellas
tenemos las sobretensiones producidas por descargas atmosfricas,
fatigas mecnicas, etc.
La definicin (conexin) de esta proteccin se basa en el tipo de
alternador que se tenga:
En generadores de un arrollamiento por fase.- Para sta proteccin
se necesita un uso de transformadores de medida dedicados; lo cual
encarece esta proteccin y adems devela su uso en solo alternadores
de gran tamao. Tambin se deben utilzar filtros, con la finalidad
que el rel no dispare frente a fallas a tierra.
En generadores con neutro aislado y varios devanados por fase.-
Con una falla entre espiras; se da un desvo del neutro 1 respecto a
su posicin normal; esto genera que entre el neutro 1 y el neutro 2
se produzca una diferencia de potencial, con la consecuente
generacin del flujo de una corriente del neutro 1 al neutro 2. sta
corriente se hace pasar por un TC.
En generadores con neutro a tierra y varios devanados por fase.-
Igualmente se conecta un TC entre los neutros; con la diferencia
que en este caso se utiliza un Tc con un bobinado secundario
partido. sta proteccin se caracteriza por ser selctiva; es decir de
no disparar cuando se produzca una falla a tierra. Cuando una falla
a tierra se produce; el flujo de corriente se da en distintas
drecciones de los conductores que se conectan al TC; y en el
secundario no se producen corrientes debido a que las corrientes de
sentido contrario producen flujos contrarios que se anulan. Frente
a fallas entre espiras se produce elflujo normal de coriente de
neutro a neutro y esta pasa por la totalidad del devanado primario
del Tc y en un solo sentido generando asi una corriente secundaria
y el disparo.
ESTATOR A TIERRA (64).- sta falla se produce por problemas de
aislamiento generados por humedad, ambientes salinos, etc. Puede
degenerar en CC entre espiras. Debe abrirse el interruptor general
y el de excitacin. Debe ser selectivo (ser insensible a fallas
externas). Como tarda cirto tiempo en actuar, se debe minimizar la
corriente de falla para q no degenere en CC entre espiras. Esto
mediante 2 mtodos:Mtodo Europeo.- Consiste en la puesta a tierra
del neutro mediante una baja impedancia. Debe existir una tensin
mnima de ajuste (pues en funcionamiento normal, siempre existe una
pequea corriente por el neutro). Durante la falla aumenta la
corriente y por tanto aumenta la tensin que cae en la impedancia; y
una vez sea sobrepasada la mnima tensin de ajuste, se produce el
disparo.
Mtodo Americano.- Este mtodo se basa en el aterramiento del
neutro mediante una impedancia alta. La impedancia conectada al
secundario del TP, se refleja en el primario. As tenemos caidas
elevadas de tensin en el primario y bajas caidas de tensin en el
secundario.
Para ambos casos, la proteccin 59 debe tener filtros de 3er
armnico, con la finalidad de evitar interferencia de fallas
externas.Tenemos que la proteccin 59 protege solo un porcentaje del
bobinado; si se desea proteger todo el bobinado; se agrega la
proteccin 27.POTENCIA INVERSA (32).- Esta proteccin entra en
fucnioamiento unavez queel generador se ha puesto en paralelo con
el sistema depotencia, mas no cuando funciona aisladamente. Actua
frente a casos en los cuales el sentido de potencia varia por
diversos motivos, y evita que el generador se motorice.
Dicha proteccin debe actuar temporizada; pues se pueden
presentar casos como:
1.- Oscilacin de potencia.- Se da cuando la potencia varia,
cuando en este caso se aperturaza proteccin, la oscilacin se
amplifica lo cual es muy perjudicial. En cambio con cirte
temporizacin, se consigue que la oscilacin decrezca.2.- Prdida de
carga.- la frecuencia cae, si es brusca la cada, 1 generador puede
motorizar a otro. Por ello se le da cierto tiempo al sistema para
que se estabilice.
Otras causas para la motorizacin, es la falla del regulador de
velocidad; con lo cual al frecuencia se altera. Con ello, lo que
pasa es que el rotor del generador caliente.
Otro motivo es por que la turbina o motor primo no es capaz de
superar las prdidas propias de la unidad. En este caso se presentan
problemas en la turbina. En turbinas de vaporse produce
calentamiento de los alabes; en turbinas hidrulicas se puede
producir cavitacin de alabes; en motores diesel, se producen
esfuerzos en eleje que pueden producir deformaciones permanentes;
ademas existe el riesgo de explosion del combustible no
quemado.
POTENCIA REACTIVA INVERSA (40).- La prdida de exitacin puede
ocurrir por diversas causas, un disparo accidental del interruptor
de campo, un corto circuito en el sistema de excitacin, pobres
contactos en las escobillas y otras fallas del sistema de
excitacin.
Con entrada constante de la turbina, la mquina acelera operando
por encima de su velocidad sincrnica como un generador de induccin,
tomando reactivos del sistema. Bajo estas circunstancias el
generador sufrir recalentamiento.
El voltaje del sistema se disminuye y la estabilidad del sistema
se afecta, debido a que en condiciones de sub excitacin el
generador desarrolla una carga de 2 a 4 veces la nominal.PROTECCIN
DE SOBRE Y BAJA FRECUANCIA (81O y 81U)
Operacin a frecuencias diferentes de la nominal son causadas por
condiciones del sistema conectado.
Operacin en condiciones de baja frecuencia es compensada con
rechazo de carga.
Operacin en condiciones de sobrefrecuencia es ocasionada por una
perdida sbita de carga.
En la figura se pueden observar la existencia de tiempos mximos
de operacin en baja y elevada frecuencia.ENERGIZACION INADVERTIDA
(50/27)Un generador en reposo puede ser energizado sbitamente,
causando que grandes corrientes fluyan para acelerar la mquina,
similar a el arranque de un motor de induccin. Estas corrientes
causarn rpidamente daos trmicos al generador.
La proteccin esta activada cuando la frecuencia y la corriente
estn por debajo del punto de ajuste. Si una corriente con
frecuencia y magnitud por encima del ajuste es vista por el
sistema, la proteccin enviar una seal de disparo
Se origina debido a Errores de operacin, fallas en el circuito
de control, fallas en el automatismo.Las elevadas corrientes se
producen porque el generador puede comportarse como un motor jaula
de ardilla. Esto produce fallas mecnicas en bujes o
rodamientos.
La falla puede darse cuando el generador est completamente para
y cuando el generador trabaja en virador (esta parando poco a
poco). El dao es mas severo cuando el generador esta parado.
PERDIDA DEL FUSIBLE DE LOS TPs (60)Varias de las funciones de
proteccin de los reles de proteccin, dependen de las entradas de
voltaje para medir las condiciones del sistema. Si alguno de los
fusibles de los secundarios de los transformadores de Voltaje se
funde, se pueden producir disparos indeseados.La tcnica era poner
en paralelo otro TP y entre ambos colocar la proteccin y observar
que exista equilibrio de tensiones; de no existir tal, es una clara
seal de falla en TPs; dicha proteccin no produce disparo, mas si
una alarma.La idea de la tcnica moderna de los reles multifuncin,
es comparar la existencia de una corriente de falla con la
existencia de seal de tensin. Cuando una ausencia sbita de voltaje
ocurre en ausencia de corriente de falla es una clara indicacin de
falla en el circuito secundario de los TVs.
En este caso, las funciones dependientes del voltaje se bloquean
y la correspondiente alarma lgica se activa.ROTOR A TIERRA
Inyeccin de corriente continua.PROTECCION DIFERENCIAL (87)Es una
proteccin utilizada en elementos que trabajan a partir de 1 MVA. Es
costoso por necesitar 6 TCs.La polaridad de los TCS deben estar
invertidas
Es una proteccin altamente selectiva; solo reencarga de detectar
fallas en su zona de operacin.
Esta proteccin no se coordina con las dems.
Los TCs utilizados debe ser de las mismas carctersticas; peroa
pesar de ser iguales, no siempre seran exactos.
Los Tcs se encargan de producir una crriente diferencial cuando
se produce una falla; la causa de esta corriente pueden ser:
Defectos de aislamiento (fugas por aisladores o devanados del
generador)
Error de relacin de los TCS
Error de lectura de los rels.
Empleo de TCs diferentes
Transitorios.
Estos reles detectan:
Fallas bifsicas
Fallas trifsicas
Fallas bifsicas a tierra
Fallas monofsicas a tierra
No detecta
Fallas entre una misma fase
Falla cercana al neutro
Debe existir una zona de inhibicin, a partir de la cual recien
actue el rele. sta zona esta dada por el ajuste fundamental g.
