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29/06/2012 1 MAESRA DE INGENIERA ELCRICA PROECCIN DE SISEMAS PROECCIN DE SISEMAS PROECCIN DE SISEMAS PROECCIN DE SISEMAS ELCRICOS DE POENCIA ELCRICOS DE POENCIA ELCRICOS DE POENCIA ELCRICOS DE POENCIA PROECCIN DE GENERADORES ERIN NARANJO ASDRBAL ARAJO E ꜳ ꝏ ꜳꝏ ꝏ ꝏꜳ ꜳ ꝏꝏ ꝏꜳ ꜳꝏꜳ ꜳꜳ ꜳ ꝏ ꜳ ꝏꝏ ꝏ ꜳ ꝏꜳ ꜳ. E ꝏꝏ ꝏ ꜳ ꜳ ꜳ ꝏꝏꝏꜳ ꜳ ꝏ.

CLASE PROTECCION GENERADORES.pdf

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    MAESTRA DE INGENIERA ELCTRICA

    PROTECCIN DE SISTEMAS PROTECCIN DE SISTEMAS PROTECCIN DE SISTEMAS PROTECCIN DE SISTEMAS

    ELCTRICOS DE POTENCIAELCTRICOS DE POTENCIAELCTRICOS DE POTENCIAELCTRICOS DE POTENCIA

    PROTECCIN DE GENERADORES

    ERVIN NARANJO ASDRUBAL ARAUJO

    En la proteccin de generadores

    sincrnicos se consideran las

    condiciones de operacin

    anormales ms dainas que en la

    proteccin de cualquier otro

    elemento del sistema de potencia

    se requiera.

    El contenido de este curso

    muestra la necesidad de

    proporcionar tal proteccin.

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    GENERADOR SINCRNICO BSICO

    Un generador sincrnico

    convierte energa

    termomecnica disponible

    en el eje de la mquina en

    energa elctrica.

    La potencia mecnica del

    impulsor gira el eje del

    generador en el cual el

    campo de Corriente

    Continua est instalado.

    CONEXIN DE LOS GENERADORES

    AL SISTEMA DE POTENCIA

    PRCTICAS DE PUESTA A TIERRA

    DE GENERADORES RECOMENDADAS

    Dos tipos de prcticas de puesta a tierra

    representan los principales mtodos usados

    en la industria para aterrizar los devanados

    del estator del generador.

    BAJA IMPEDANCIA.

    ALTA IMPEDANCIA.

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    PRCTICAS DE PUESTA A TIERRA

    DE GENERADORES RECOMENDADAS

    Antes de comenzar a realizar la

    seleccin y el ajuste del rel de

    proteccin se debe requerir de la

    siguiente informacin

    INFORMACIN REQUERIDA

    Normas o recomendaciones internacionales.

    Datos de la mquina de generacin.

    Factor de potencia, velocidad nominal,

    velocidad mxima.

    Voltaje y frecuencia nominal.

    Clase de aislamiento y temperatura

    incremental.

    Conexin del devanado.

    Mtodo de enfriamiento.

    Curva de dao. (trmica-V/f)

    INFORMACIN REQUERIDA

    Relacin de cortocircuito.

    Reactancias

    Reactancia eje directo subtransitoria (Xd) Reactancia eje directo transitoria (Xd) Reactancia sincrnica (Xd)

    Resistencias

    Estator y rotor equivalente. Constantes de tiempo

    Curva de capacidad o capabilidad

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    RECOMENDACIONES PRCTICAS

    ANSI/IEEE

    C37.102 C37.102 C37.102 C37.102

    Gua para la proteccin de generadores de

    Corriente Alterna.

    C37.101 C37.101 C37.101 C37.101

    Gua para la proteccin de tierra del generador.

    C37.106 C37.106 C37.106 C37.106

    Gua para la proteccin de frecuencias

    anormales para plantas de generacin.

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    TIPOS DE FALLA EN LOS

    GENERADORES

    Los generadores pueden presentar

    situaciones anormales por causas elctricas y

    mecnicas. Las principales condiciones

    anormales que se presentan en los

    generadores son las siguientes:

    TIPOS DE FALLA EN LOS

    GENERADORES

    Falla en los devanados.

    Entre espiras.

    A tierra.

    Sobrecargas y sobrecorrientes.

    Recalentamiento.

    Prdida de excitacin.

    Motorizacin.

    Sobrevelocidad.

    Desbalance.

    ESQUEMAS DE PROTECCION

    Considerando los tipos de falla que en un

    generador se pueden estar presentando, la

    literatura establece una serie de dispositivos

    de proteccin que permiten salvaguardar al

    generador ante situaciones anormales.

    Estos dispositivos se encuentran definidos

    por un cdigo ANSI representado por un

    nmero de la proteccin.

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    DISPOSITIVOS DE PROTECCIN

    RECOMENDADOS

    NUMERO DESCRIPCION

    21 REL DE DISTANCIA (RESPALDO)

    24 VOLTIOS/HERZ PARA SOBRE-EXITACIN DEL GENERADOR

    27 BAJA TENSIN

    32 POTENCIA INVERSA

    40 PRDIDA DE CAMPO

    46 DESBALANCE

    49 TRMICA DEL ESTATOR

    50/27 ENERGIZACIN INADVERTIDA

    51GN FALLA A TIERRA (RESPALDO)

    51V SOBRECORRIENTE CONTROLADO RESTRINGIDO (RESPALDO)

    DISPOSITIVOS DE PROTECCIN

    RECOMENDADOS

    NUMERO DESCRIPCION

    52BF BREAKER FAIL (FALLA DE APERTURA)

    59 SOBRETENSIN

    60 PRDIDA DE POTENCIA EN TP

    63 PRESIN DEL TRANSFORMADOR

    64F FALLA A TIERRA DEL CAMPO

    78 PRDIDA DE SINCRONISMO

    81U/O BAJA O SOBREFRECUENCIA

    87G DIFERENCIAL DE FASE

    87GN DIFERENCIAL DE TIERRA

    ESQUEMAS DE PROTECCIN

    RECOMENDADOS

    A nivel industrial los esquemas de proteccin

    estn dados segn la capacidad de la mquina

    protegida.PEQUEOS GENERADORES

    DE 500kVA A 1MVA

    MEDIANOS GENERADORES

    DESDE 1MVA A 12,5MVA

    GRANDES GENERADORES

    12,5MVA A 50MVA

    ESQUEMAS DE PROTECCIN

    RECOMENDADOS

    Los dispositivos de proteccin recomendados

    para pequeos generadores:

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    ESQUEMAS DE PROTECCIN

    RECOMENDADOS

    Los dispositivos de

    proteccin

    recomendados para

    medianos

    generadores:

    ESQUEMAS DE PROTECCIN

    RECOMENDADOS

    Los dispositivos de

    proteccin

    recomendados para

    grandes

    generadores:

    Sobre que elementos del sistema

    de generacin deben actuar los

    dispositivos de proteccin?

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    ESQUEMA DE DISPARO

    RECOMENDADO

    DISPOSITIVO DISPARO DEL

    INTERRUPTOR

    DISPARO DEL

    SISTEMA DE

    EXCITACIN

    DISPARO DEL

    MOTOR PRIMO

    ALARMA

    24 X X X -

    32 X X X -

    40 X X X -

    46 X - - -

    49 - - - X

    50/27 X X X -

    51GN X X X -

    51V X - - -

    ESQUEMA DE DISPARO

    RECOMENDADO

    DISPOSITIVO DISPARO DEL

    INTERRUPTOR

    DISPARO DEL

    SISTEMA DE

    EXCITACIN

    DISPARO DEL

    MOTOR PRIMO

    ALARMA

    52BF - X X -

    59 - - - X

    59GN X X X -

    51G X X X -

    78 X - - -

    81 X - - -

    87G X X X -

    87GN X X X -

    De todos los dispositivos de proteccin, solo

    sern tratados los siguientes:

    24: Relacin V/Hz

    32: Potencia inversa

    40: Prdida de excitacin

    46: Desbalance

    50/27: Energizacin inadvertida

    51V: Sobrecorriente restringido/controlado

    59: Sobrevoltaje

    81U/O: Sobre y baja frecuencia

    87G/N: Diferencial de fase y tierra

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    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    Las normas ANSI/IEEE establecen que los

    generadores deben operar exitosamente a kVA

    nominales para niveles de tensin y frecuencia

    dentro de lmites especificados. Cuando estas

    relaciones de V/Hz son excedidas, puede ocurrir

    la saturacin del ncleo magntico del generador

    o transformador conectado, inducindose flujos de

    dispersin en componentes no laminados, los

    cuales no estn diseados para llevar flujo cuyo

    dao puede ocurrir en segundos.

    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    Las causas ms comunes que generan esta

    perturbacin son:

    Condiciones de sobrecarga.

    Mal funcionamiento del regular de voltaje.

    Manipulacin errnea de la excitatriz o

    fallas en la medicin de tensin.

    Operacin de Tap en transformadores

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    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    Los limites de operacin de los generadores y

    los transformadores son definidos por los

    fabricantes de los mismos. Estas muestran los

    rangos de operacin de los equipos en funcin

    del tiempo. La IEEE establece que para:

    Generadores:

    1,05pu (en base del generador). Transformador:

    1,05pu a carga nominal y fp 0,8 (en basedel secundario del transformador)

    1,1pu en vaco (en base del transformador)

    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    Existen tres esquemas bsicos de proteccin

    contra la sobre excitacin.

    Mtodo de tiempo definido.

    Mtodo de tiempo definido dual.

    Mtodo de tiempo inverso.

    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    Mtodo de tiempo definido Dual:

    Cuando no se tiene la informacin del limite

    de operacin V/Hz del generador y

    transformador, se recomienda:

    TIEMPO DEFINIDO 1 TIEMPO DEFINIDO 2

    V/Fpu TD V/Fpu TD

    1,18pu 2-6segundos 1,10pu 45-60segundos

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    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    Mtodo de tiempo inverso:

    Para este caso las curvas son llevadas a la

    misma base y se ajusta el setpoint para

    garantizar la proteccin del sistema.

    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.

    100

    105

    110

    115

    120

    125

    130

    0,01 0,1 1 10 100

    V

    /

    H

    z

    (

    %

    )

    MINUTOS

    CURVAS LIMITES DE OPERACION V/HZ

    CURVA LIMITE TRANSFORMADOR CURVA LIMITE GENERADOR

    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    En este caso el transformador se encuentra

    sobre-excitado en:

    % 24

    22,8 1,05

    Debido a esto la curva del transformador

    debe ser llevada a la misma base del

    generador al ser dividida entre dicho factor

    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    100

    105

    110

    115

    120

    125

    130

    0,01 0,1 1 10 100

    V

    /

    H

    z

    (

    %

    )

    MINUTOS

    CURVAS LIMITES DE OPERACION V/HZ

    CURVA LIMITE TRANSFORMADORCURVA LIMITE GENERADORCURVA LIMITE TRANSFORMADOR DESPLAZADA

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    24: PROTECCIN VOLTIOS/HERZ

    Ejemplo para cuando no se tenga informacin

    32: POTENCIA INVERSA

    La motorizacin ocurre cuando se pierde la

    potencia mecnica del generador. Una

    indicacin de esta prdida es el flujo de

    potencia activa. Aunque el generador no

    presentara problema, la mquina prima se

    ver afectada. Si es una turbina de vapor o

    hidrulica podra sobrecalentarse por la

    prdida del sistema de enfriamiento, mientras

    que si es de diesel o gas el est podra

    incendiarse incluso explotar.

    32: POTENCIA INVERSA

    Generalmente los fabricantes facilitan la

    potencia mxima de motorizacin de los

    generadores. Cuando no se tiene dicho dato

    la ANSI/IEEE 242.1986 establece valores

    referenciales segn sea el tipo de turbina.

    TIPO DE TURBINA % POTENCIA MAXIMA (FT)

    Turbina de vapor 3%

    Unidad Hidro 0,2%-2%

    Turbina de gas 50%

    Turbina de diesel 25%

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    32: POTENCIA INVERSA

    Consideraciones:

    El ajuste de la potencia mnima se hace entre

    el 50% y 70% (k) de la potencia mxima de

    motorizacin.

    Se consideran dos elementos de potencia

    inversa (32-1 y 32-2) cada uno con sus

    tiempo de retardo requerido.

    Para 32-1 se recomiendan retardos de 10-

    30segundos.

    Para 32-2 es un disparo secuencial del 32-1

    y se recomienda un retardo de 3 segundos.

    32: POTENCIA INVERSA

    EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.

    Se tiene una turbina de diesel con las siguientes

    caractersticas

    32: POTENCIA INVERSA

    La potencia pickup ser del 25% (diesel) de la

    potencia nominal del generador. Para estimar la

    potencia mnima se hace uso de la potencia

    monofsica que ver la unidad 32 mediante la

    ecuacin siguiente:

    3

    Si consideramos que la potencia mnima ser del

    50% de la potencia mxima de motorizacin

    entonces:

    0,5 0,25 22,5

    3 800 24000 120 69,3 0,085

    32: POTENCIA INVERSA

    La proteccin bsicamente es una

    proteccin direccional por lo que se debe

    establecer el ngulo de operacin

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    32: POTENCIA INVERSA

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    La prdida del campo de un generador es

    perjudicial tanto al generador como al sistema de

    potencia al cual est conectado. Una condicin

    de prdida de campo no detectada puede tener

    tambin un impacto devastador sobre el sistema

    de potencia, causndole una prdida del soporte

    de potencia reactiva y creando una toma

    sustancial de potencia reactiva. Adems, el

    generador puede tomar hasta 2pu veces la

    corriente del estator induciendo altas corrientes

    en el rotor.

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    Las causas ms comunes que generan esta

    perturbacin son:

    Apertura del circuito de campo.

    Cortocircuito en el circuito de campo.

    Disparo accidental del interruptor del

    circuito de campo.

    Perdida de alimentacin CA del circuito de

    campo.

    Falla del sistema de control del regulador.

  • 29/06/2012

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    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    El mtodo ms ampliamente aplicado para

    detectar una prdida de campo del generador es

    el uso de rels de distancia para monitorear la

    variacin de la impedancia vista desde las

    terminales del generador. Ha sido demostrado

    que cuando un generador pierde su excitacin

    mientras opera a varios niveles de carga, la

    variacin de la impedancia, como se ve desde las

    terminales de la mquina, tendr las

    caractersticas de un diagrama R-X

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    40. PRDIDA DE EXCITACIN 40. PRDIDA DE EXCITACIN

    Para cuando los generadores son de

    mediano tamao, el uso de un rel de

    caractersticas MHO desplazado es el mas

    adecuado.

    Cuando el generador es de gran tamao

    (>12,5MVA) la ANSI/IEEE C37.102

    recomienda utilizar dos zonas MHO

    desplazadas.

  • 29/06/2012

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    40. PRDIDA DE EXCITACIN 40. PRDIDA DE EXCITACIN

    RECOMENDACIONES

    ZONAZONAZONAZONA 1111:::: Instantneo, detecta prdida de

    campo desde plena carga hasta un 30% de carga

    !"#$1 %&'(, ) *,,

    2

    #-./$1 %&'(,

    2

    ZONA 2ZONA 2ZONA 2ZONA 2: Retardado (0,5-0,6segundos)

    !"#$2 *,, ) *,,

    2

    #-./$2 *,,2

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    Se evalan las impedancias:

    %&'(, &'(

    &'(01

    242

    22,5-160

    200 8,60

    *,, %&'(, *,45 8,6 1,967 16,93

    *,, %&'(, *,45 8,6 0,216 1,86

  • 29/06/2012

    17

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    Se evalan los centros y radios:

    !"#$1 8,60 ) 1,86

    2 5,23

    #-./$1 8,60

    2 4,3

    !"#$2 16,93 ) 1,86

    2 9,395

    #-./$2 16,93

    2 8,465

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

    40. PRDIDA DE EXCITACIN

  • 29/06/2012

    18

    46: DESBALANCE

    Estas condiciones del sistema producen

    componentes de corriente de secuencia de

    fase negativa la cual induce una corriente de

    doble frecuencia en la superficie del rotor.

    Estas corrientes en el rotor pueden causar

    altas y dainas temperaturas en muy corto

    tiempo.

    46: DESBALANCE

    Las causas ms comunes que generan esta

    perturbacin son:

    Asimetras del sistema.

    Lneas no traspuesta.

    Cargas desbalanceadas.

    Fallas desbalanceadas.

    Circuitos abiertos.

    46: DESBALANCE

    El ajuste de este dispositivo esta dado en

    funcin de la mxima corriente de secuencia

    negativa permitida recomendada en la

    ANSI/IEEE C50.13 y la capacidad trmica del

    mismo para esta corriente de secuencia

    negativa /7segn sea la caracterstica del

    rotor de la mquina.

    46: DESBALANCE

    TIPO DE ROTOR DEL

    GENERADOR

    CORRIENTE PERMISIBLE

    9:

    CAPACIDAD TERMICA

    PERMISIBLE 9::;

    MAQUINA DE POLOS SALIENTES CON DEVANADOAMORTIGUADOR

    10% 40

    MAQUINA DE POLOS SALIENTESSIN DEVANADO

    AMORTIGUADOR5% 40

    MAQUINA DE ROTOR CILINDRICO ENFRIAMIENTO

    INDIRECTO10% 30

    MAQUINA DE ROTORCILINDRICO ENFRIAMIENTO

    DIRECTO >690MVA8% 10

  • 29/06/2012

    19

    46: DESBALANCE 46: DESBALANCE

    EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.

    46: DESBALANCE

    TIPO DE ROTOR DEL

    GENERADOR

    CORRIENTE PERMISIBLE

    9:

    CAPACIDAD TERMICA

    PERMISIBLE 9::;

    MAQUINA DE POLOS SALIENTES CON DEVANADOAMORTIGUADOR

    10% 40

    MAQUINA DE POLOS SALIENTESSIN DEVANADO

    AMORTIGUADOR5% 40

    MAQUINA DE ROTOR

    CILINDRICO

    ENFRIAMIENTO

    INDIRECTO

    10% 30MAQUINA DE ROTOR

    CILINDRICO ENFRIAMIENTO DIRECTO >690MVA

    8% 10

    46: DESBALANCE

  • 29/06/2012

    20

    46: DESBALANCE

    1

    10

    100

    1000

    1% 10% 100% 1000%

    CURVA DE PROTECCION POR DESBALANCE DEL 32

    CURVA I2T 30

    50/27: ENERGIZACIN INADVERTIDA

    La energizacin inadvertida o accidental de

    generadores ha sido un problema particular en la

    industria en aos recientes. Un nmero significante de

    mquinas grandes han sido daadas o, en algunos

    casos, completamente destruidas cuando fueron

    energizadas accidentalmente mientras estaban fuera de

    lnea. La frecuencia de estas ocurrencias ha dirigido a

    los fabricantes de generadores grandes en U.S.A. ha

    recomendar que el problema sea manejado va

    esquemas de rels de proteccin dedicados.

    50/27: ENERGIZACIN INADVERTIDA

    Cuando ocurre la energizacin inadvertida:

    Errores de operacin del sistema.

    Arqueo de los contactos del interruptor A.T y

    E.A.T

    Mal funcionamiento del circuito de control.

    O una combinacin.

  • 29/06/2012

    21

    50/27: ENERGIZACIN INADVERTIDA

    Daos al Generador cuando ocurre la

    energizacin inadvertida:

    Rpido calentamiento trmico, debido a las

    altas corrientes inducidas en el rotor.

    Rpido calentamiento en las trayectorias

    del hierro cerca de la superficie del rotor

    50/27: ENERGIZACIN INADVERTIDA

    Esquemas recomendados para detectar energizacin

    inadvertida usados en los rels multifuncionales.

    Rel de sobrecorriente supervisado por frecuencia.

    Rel de sobrecorriente supervisado por voltaje

    Rel de sobrecorriente direccional.

    Rel de sobrecorriente habilitado por el contacto

    auxiliar del interruptor.

    50/27: ENERGIZACIN INADVERTIDA

    Esquemas del rel de sobrecorriente supervisado

    voltaje.

    50/27: ENERGIZACIN INADVERTIDA

    Esquemas del rel de sobrecorriente supervisado

    voltaje y estado del breaker del rel 489.G.E

  • 29/06/2012

    22

    50/27: ENERGIZACIN INADVERTIDA

    AJUSTES , EXTRACTO DE LA IEEE C37.102AJUSTES , EXTRACTO DE LA IEEE C37.102AJUSTES , EXTRACTO DE LA IEEE C37.102AJUSTES , EXTRACTO DE LA IEEE C37.102

    50: P.U 50% del valor de corriente en el peor

    de los casos (Imin) y debe ser < 125% de la

    corriente nominal del generador.

    27: 70% Vn, tiempo : 1.5 s

    51V: SOBRECORRIENTE RESTRINGIDO

    La proteccin de sobrecorriente

    restringido/controlado es una proteccin de

    respaldo del sistema. Consiste de rels con

    retardo de tiempo para detectar fallas en el

    sistema que no han sido adecuadamente

    aisladas por los rels de proteccin primaria,

    requiriendo el disparo del generador.

    51V: SOBRECORRIENTE RESTRINGIDO

    El grupo ms usado de rels de respaldo de

    sobrecorriente de fase son los rels de

    sobrecorriente controlados o restringidos por

    tensin (51V). Estos rels permiten ajustes

    menores de la corriente de carga del generador

    para proporcionar mayor sensibilidad para fallas

    en el sistema.

  • 29/06/2012

    23

    51V: SOBRECORRIENTE RESTRINGIDO

    El rel de sobrecorriente controlado con tensin

    deshabilita el disparo por sobrecorriente hasta

    que la tensin cae abajo del nivel ajustado.

    El rel de sobrecorriente con restriccin de

    tensin cambia el pickup de la unidad de

    sobrecorriente en proporcin a la tensin, lo

    cual desensibiliza el rel para corrientes de

    carga mientras que incrementa la sensibilidad

    para fallas las cuales abaten la tensin y permite

    el pickup del rel.

    51V: SOBRECORRIENTE RESTRINGIDO

    51V: SOBRECORRIENTE RESTRINGIDO

    La proteccin restringida debe:

    Garantizar que el generador no opere bajo

    una condicin de sobrecarga.

    Dar tiempo suficiente a la proteccin primaria

    de despejar la falla, es decir, este debe

    garantizar la coordinacin.

    Se debe tener la curva de decremento del

    generador ANSI/IEEE 242.1986

  • 29/06/2012

    24

    51V: SOBRECORRIENTE RESTRINGIDO

    51V: SOBRECORRIENTE RESTRINGIDO

    Ajuste:

    Para sobrecorriente controlado

    50% de la corriente de plena carga delgenerador.

    75% del voltaje nominal. Para sobrecorriente restringido

    150% de la corriente de plena carga delgenerador

    El tiempo debe garantizar la coordinacincon el elemento aguas abajo

  • 29/06/2012

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    59: SOBREVOLTAJE

    .

    Es una proteccin usada para proteger el

    generador y los equipos auxiliares, cuando se

    presentan puede ocurrir que el nivel del campo

    elctrico puede exceder la capacidad del

    aislamiento de los equipos.

    El sobrevoltaje puede ocurrir sin exceder los

    limites de V/Hz.

    Es prctica general el proporcionar un rel de

    sobretensin para alarma, o en algunos casos,

    disparar los generadores por estos altos niveles

    de esfuerzos elctricos.

    59: SOBREVOLTAJE

    .

    Ajustes recomendados por la IEEE C37.102

    Rel de tiempo inverso.

    pu: 110%Vn, t=2.5 s a 140% del ajuste del pu.

    Rels instantneos. pu: 130-150% Vn.

    Rels de tiempo definido Dos etapas.

    Alarma

    pu: 110%Vn; 10< t

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    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

    Las unidades trmicas, a diferencia de las

    hidrulicas, responden rpidamente a la variacin

    inicial de velocidad en caso de prdida sbita de la

    carga o incremento de la misma. La desviacin de la

    velocidad nominal bajo carga traer estmulos de

    frecuencias cercanos a una o ms de las frecuencias

    naturales de los varios labes y habr un incremento

    en los esfuerzos vibratorios. A medida que se

    incrementan los esfuerzos vibratorios, el dao es

    acumulado, lo cual conduce a la fractura de la

    estructura de los labes.

    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

    Las partes principales de una planta

    generadora que son afectadas por la

    operacin a frecuencia anormal son el

    generador, transformadores elevadores,

    turbina y las cargas auxiliares de la

    subestacin.

    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

    La operacin a otras frecuencias diferentes a

    la nominal o cercanas a la velocidad nominal

    est restringida en tiempo a los lmites para

    las distintas bandas de frecuencia publicadas

    por cada fabricante de turbinas para varios

    diseos de labes.

    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

    Lmites de operacin para turbinas de vapor tpicasLmites de operacin para turbinas de vapor tpicasLmites de operacin para turbinas de vapor tpicasLmites de operacin para turbinas de vapor tpicas

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    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

    EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.EJEMPLO.

    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

    Para la sobre frecuencia.Para la sobre frecuencia.Para la sobre frecuencia.Para la sobre frecuencia.

    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

    Para la baja frecuencia.Para la baja frecuencia.Para la baja frecuencia.Para la baja frecuencia.

    81U/O: BAJA Y SOBRE FRECUENCIA

  • 29/06/2012

    28

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    El rel diferencial se usa para detectar

    fallas trifsicas, de fase a fase y de doble

    fase a tierra. Las fallas de una fase a

    tierra no son normalmente detectadas por

    los rels diferenciales de generadores, a

    menos que su neutro est puesto a tierra

    slidamente o con baja impedancia.

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    Se usan tres tipos de rels diferenciales de

    alta rapidez para la deteccin de fallas de

    fase del estator.

    Rel diferencial de porcentaje.

    Diferencial de alta impedancia.

    Rels diferenciales autobalanceados

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    RelRelRelRel diferencialdiferencialdiferencialdiferencial dededede porcentajeporcentajeporcentajeporcentaje.

    La proteccin diferencial de porcentaje

    variable es ms usada para mquinas grandes.

    La pendiente puede variar desde 5% a 50%

    ms. Un rel de porcentaje fijo es

    normalmente fijado de 10 a 25%.

  • 29/06/2012

    29

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    RelRelRelRel diferencialdiferencialdiferencialdiferencial dededede porcentajeporcentajeporcentajeporcentaje variablevariablevariablevariable

    Caractersticas de pendiente variable y

    esquema tpico de un rel diferencial de

    porcentaje

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    DiferencialDiferencialDiferencialDiferencial dededede altaaltaaltaalta impedanciaimpedanciaimpedanciaimpedancia::::

    Estos rels deben ser alimentados de TCs

    idnticos con devanados secundarios

    distribuidos totalmente, con reactancia de

    dispersin despreciable. El rel es realmente

    un rel de tensin y responde a la alta

    tensin impuesta a travs de sus bobinas,

    causada por todos los TCs que tratan de

    forzar la corriente a travs de la bobina de

    operacin durante una falla interna.

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    DiferencialDiferencialDiferencialDiferencial dededede altaaltaaltaalta impedanciaimpedanciaimpedanciaimpedancia::::

    El ajuste del rel de

    alta impedancia se basa

    en la operacin perfecta

    de un TC de entrada y

    la saturacin completa

    del otro.

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    RelsRelsRelsRels diferencialesdiferencialesdiferencialesdiferenciales autoautoautoauto balanceadosbalanceadosbalanceadosbalanceados::::

    ....El esquema de autobalance es tpicamente

    usado en generadores pequeos. Este

    esquema detecta fallas de fase y de tierra en

    el estator del generador. Este esquema usa un

    solo TC de baja relacin por cada fase, con los

    conductores de ambos extremos de cada

    devanado pasados a travs de l, de tal forma

    que el flujo neto es cero para condiciones

    normales.

  • 29/06/2012

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    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    RelsRelsRelsRels diferencialesdiferencialesdiferencialesdiferenciales autoautoautoauto balanceadosbalanceadosbalanceadosbalanceados::::

    87G: PROTECCIN DIFERENCIAL.

    AjustesAjustesAjustesAjustes recomendadosrecomendadosrecomendadosrecomendados porporporpor IEEEIEEEIEEEIEEE CCCC37373737....102102102102

    paraparaparapara relsrelsrelsrels diferencialesdiferencialesdiferencialesdiferenciales dededede porcentajeporcentajeporcentajeporcentaje....

    Corriente de arranque PU : 0.3 A

    Pendiente : 10%

    Tiempo : Instantneo

    87GN: PROTECCIN DIFERENCIAL DE

    TIERRA.

    El grado de proteccin de fallas a tierra esta

    directamente relacionado con el esquema de

    conexin del neutro del generador. El rel

    diferencial no puede prover proteccin de falla

    a tierra a generadores puestos a tierra con

    alta impedancia, donde la corriente es limitada

    de 3 a 25A

    87GN: PROTECCIN DIFERENCIAL DE

    TIERRA.

    Porcentaje del devanado sin proteccin diferencial para fallas de

    fase a tierra

  • 29/06/2012

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    87GN: PROTECCIN DIFERENCIAL DE

    TIERRA.

    ACTIVIDADACTIVIDADACTIVIDADACTIVIDAD

    SE DESEA REALIZAR EL AJUSTE DE

    LOS ELEMENTOS DE PROTECCIN:

    32

    40

    46

    59

    EN LA FIGURA SIGUIENTE SE

    MUESTRAN LAS CARACTERISTICAS

    DEL GENERADOR Y DEL SISTEMA

    UNITARIO.

    CONSIDERACIONES

    SE DEBE DEFINIR DESDE QUE FUENTE

    SE TOMA LA REFERENCIA DE TENSION

    Y CORRIENTE PARA CADA UNA DE

    LOS ELEMENTOS CONSIDERADOS.