Hay muchas condiciones anormales que pueden resultar en daños al generador.Algunas de estas condiciones son el resultado de una falla dentro del generador o uno de sus subsistemas y otras se originan en el sistema de potencia mismo.La siguiente tabla resume los tipos de fallas que pueden ocurrir y los métodos de protección asociados.
Fallas a tierra del estator
La falla más común del devanado del estator es la ruptura del aislamiento entre una sola fase y tierra.Si no se detecta, esta falla puede dañar rápidamente el núcleo del generador.Los incendios también son posibles en máquinas enfriadas por aire.La capacidad del elemento diferencial del estator para detectar una falla a tierra es una función de la corriente de falla a tierra disponible.Como tal, generalmente se requiere protección de falla a tierra dedicada para el estator.
Los generadores proporcionan la energía utilizada por todas las cargas del sistema eléctrico y gran parte de la potencia reactiva necesaria para alimentar los elementos inductivos, manteniendo así la tensión del sistema en valores nominales.Los sistemas de potencia tienen poca capacidad de almacenamiento de energía.Como tal, la generación perdida debe reemplazarse inmediatamente o debe eliminarse una cantidad equivalente de carga.Es de primordial importancia que el sistema de protección del generador sea altamente seguro durante perturbaciones externas.
El generador es un componente de un sistema complejo que incluye un motor primario, un excitador y varios sistemas auxiliares.Además de la detección de cortocircuitos, se requiere que el IED de protección del generador detecte una variedad de condiciones anormales que podrían dañar el generador o uno de sus subsistemas.Los generadores se pueden clasificar en dos tipos principales: de inducción y síncronos.Las máquinas de inducción suelen ser de tamaño más pequeño, con un rango de hasta cien kVA, y normalmente son impulsadas por un motor alternativo.Las máquinas síncronas varían en tamaño desde varios cientos de kVA hasta 1200 MVA.
Los generadores síncronos pueden ser impulsados por una variedad de motores primarios, incluidos motores alternativos, turbinas hidráulicas, turbinas de combustión y grandes turbinas de vapor.El tipo de turbina afecta el diseño del generador y, por lo tanto, puede afectar los requisitos de protección.El tamaño del generador y su método de conexión a tierra también afectan sus requisitos de protección.Las máquinas pequeñas y medianas suelen estar directamente conectadas a una red de distribución (conexión directa).En esta configuración se pueden conectar varias máquinas al mismo bus.Las máquinas grandes generalmente se conectan a través de un transformador de potencia dedicado a la red de transmisión (unidad conectada).
Un segundo transformador de potencia en los terminales del generador proporciona energía auxiliar para la unidad.Los generadores están conectados a tierra para controlar los transitorios de voltaje dañinos y para facilitar la operación de las funciones de protección.Los generadores conectados directamente a menudo están conectados a tierra a través de una baja impedancia que limita la corriente de falla a tierra a 200-400 amperios.Las máquinas conectadas a la unidad generalmente están conectadas a tierra a través de una alta impedancia que limita la corriente a menos de 20 amperios.
Para máquinas conectadas directamente a tierra de baja impedancia, se utiliza un método de detección basado en corriente.Esta protección debe ser rápida y sensible para fallas a tierra internas y, al mismo tiempo, segura durante perturbaciones externas.Esto se puede lograr usando un elemento de falla a tierra restringida o un elemento direccional neutral.El elemento de falla a tierra restringida implementado en el G30 y el G60 emplea un mecanismo de restricción de componentes simétricos que brinda un alto grado de seguridad durante fallas externas con una saturación significativa de TI.
Para máquinas conectadas a la unidad, puestas a tierra de alta impedancia, a menudo se utilizan métodos basados en voltaje para proporcionar detección de fallas a tierra.Usando una combinación de elementos de voltaje fundamental y de tercer armónico, se puede lograr una cobertura de falla a tierra para el 100% del devanado del estator.Los relés de GE emplean un elemento de voltaje de tercer armónico que responde a la relación de los valores neutral y terminal del tercer armónico.Este elemento es simple de configurar e insensible a las variaciones en los niveles del tercer armónico en condiciones normales de operación.
Fallas de fase del estator
Las fallas de fase que no involucran a tierra pueden ocurrir en el extremo del devanado o dentro de una ranura en máquinas que tienen bobinas de la misma fase en la misma ranura.Aunque una falla de fase es menos probable que una falla a tierra, la corriente resultante de esta falla no está limitada por la impedancia a tierra.Como tal, es fundamental que estas fallas se detecten rápidamente para limitar el daño a la máquina.Dado que la relación XOR del sistema es particularmente alta en el generador, el elemento diferencial del estator es particularmente susceptible a la saturación del TI debido al componente de CC de la corriente durante una perturbación externa.El algoritmo diferencial del estator G60 agrega seguridad adicional en el formato de una verificación direccional cuando se sospecha que la saturación del TI se debe a los componentes de CA o CC de la corriente.
Hora de publicación: 30-ene-2023