protecciones electricas de · pdf fileuna longuitud de un radio ... proporciona...
TRANSCRIPT
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
PROTECCIONES ELECTRICAS DE
GENERADOR
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.1 Elemento Maestro2 Relevador de Cierre (On-Delay).3 Rele de Verificacion o de Interbloqueo.4 Contactor Maestro5 Dispositivo de Parada.6 Interruptor Automatico de Arranque.7 Interruptor Automatico de Anodo.8 Disp. Desconectador de la fuente de Control.9 Dispositivo Inversor.10 Selector de Secuencia.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.11 RESERVADO PARA USO FUTURO.12 Dispositivo de Sobre – Velocidad.13 Dispositivo de Velocidad Sincrona.14 Dispositivo de Baja – Velocidad.15 Dispositivo Igualador de Vel. o Frec.16 RESERVADO PARA USO FUTURO.17 Switch Derivador o Descarga.18 Dispositivo de Aceleracion o Desaceleracion19 Contactor de Transicion Arranque - Marcha.20 Valvula Operada Electricamente.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.21 Relevador de Distancia.22 Interruptor Igualador.23 Dispositivo de Control de Temperatura.24 RESERVADO PARA USO FUTURO.25 Dispositivo Verificador de Sincronismo.26 Dispositivo Termico de Aparatos. 27 Relevador de Bajo – Voltaje.28 Detector de Flama.29 Contactor de Aislamiento (Separador).30 Relevador Anunciador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.31 Dispositivo de Excitación Independiente..32 Relevador de Potencia Direccional.33 Switch de Posicion.34 Dispositivo Maestro de Secuencia.35 Slip – Ring Short – Circuiting.36 Equipo de Polaridad o Polarizacion de Voltaje.37 Relevador de Baja-Corriente o Baja- Potencia.38 Dispositivo de Proteccion de Chumaceras.39 Monitor de Condicion Mecanica.40 Relevador De Campo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.41 Interruptor de Campo.42 Interruptor de Marcha.43 Dispositivo Manual de Transferencia o Selector.44 Relevador de Arranque de Secuencia de Unidad.45 Monitor de Condicion Atmosferica.46 Rel. Secuencia Neg. de Corriente (Desbalance ).47 Rel. de Secuencia de Fases (Voltaje).48 Relevador de Secuencia Incompleta.49 Relevador Termico (Maquina o Transformador).50 Relevador de Sobrecorriente Instantaneo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.51 Relevador de Sobrecorriente Temporizado AC.52 Interruptor de AC.53 Rele de Excitatriz o Generador de DC. 54 RESERVADO PARA USO FUTURO.55 Relevador de Factor de Potencia.56 Rele de Conexión de Campo.57 Dispositivo de Cortocircuito o Aterrizamiento.58 Relevador de Falla de Rectificador.59 Relevador de Alto – Voltaje.60 Relevador de Balance de Voltaje.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.61 Relevador de Balance de Corriente.62 Rele de Apertura (Off - Delay).63 Relevador de Presion. (Buchholz)64 Relevador de Proteccion a Tierra.65 Gobernador.66 Dispositivo de Escalonamiento (Cont. De Op.).67 Relevador Direccional de Sobrecorriente AC.68 Relevador de Bloqueo.69 Dispositivo Permisivo de Control.70 Reostato Accionado Electricamente.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.71 Switch de Nivel.72 Interruptor de DC.73 Contactor para Resistencia de Carga.74 Rele de Alarma.75 Mecanismo Cambiador de Posicion.76 Relevador de Sobrecorriente DC.77 Transmisor de Pulsos.78 Relevador Fuera de Paso o Med. Angulo de Fase.79 Relevador de Recierre AC.80 Switch de Flujo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.81 Relevador de Frecuencia.82 Relevador de Recierre DC.83 Rele Aut. de Control Selectivo o Transferencia. 84 Mecanismo de Apertura.85 Relevador Receptor de Carrier (hilo piloto).86 Relevador de Bloqueo Sostenido.87 Relevador de Proteccion Diferencial.88 Motor o Grupo Motor - Generador Auxiliar.89 Switch de Linea (Cuchillas).90 Dispositivo Regulador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
No. FUNCION.91 Relevador Direccional de Voltaje.92 Relevador Direccional de Voltaje y Potencia.93 Contactor Cambiador del Campo.94 Rele Disparador o Disparo Libre.95
Usados solo en aplicaciones especiales, dondeninguno de los numeros anteriormente asignados1-94 son adecuados.
96979899
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
21- DISTANCIA.Quizás la familia más interesante y versatil derelevadores de proteccion, son el grupo de relevadoresde distancia.
En los relevadores de Distancia existe un equilibrioentre el voltaje y la corriente, esta relacion seexpresa en terminos de IMPEDANCIA.
La Impedancia es una medida eléctrica de distancia alo largo de una linea de transmisión, esto explica elnombre que se aplica a este grupo de relevadores.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
21
VI
IA B
ZL
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
21
VfIf
IfA B
ZL
Zf (ZL*n)
F
FF
IV Z = nZ Z LF =
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El valor numerico de la relacion V a I, se muestra comouna longuitud de un radio vector, tal como Z, y elangulo de fase entre V e I (Angulo de Impedancia),determina la posicion del vector:
Ya que el funcionamiento del relevador de impedanciaes practica o realmente independiente del angulo defase entre V e I, la caracteristica de funcionamientoes un circulo con el centro en el origen.
ϕ∠φ∠
=θ∠ IV Z
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Una forma util de mostrar la caracteristica defuncionamiento del relevador de distancia(Impedancia), es por medio del diagrama deImpedancia o plano R-X.
R
X
-X
-R
DisparoAngulo de Impedancia
ImpedanciaCaracteristica
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Cualquier valor de impedancia (Z) menor al radiovector, provocara el disparo del relevador.
La impedancia de la linea se dibuja sobre los mismosejes, y es una linea recta inclinada con un angulo deimpedancia entre la linea y el eje R.
La Caracteristica de funcionamiento del relevador esno direccional, y mide unicamente la magnitud de laimpedancia.
)RX(
LINEA
LINEA1- Tan =θ∠
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
RELEVADORES MHO.
Un relevador MHO (o de Admitancia) es una medicionde distancia, la cual es inherentemente Direccional.
La caracteristica del relevador, es un circulo que pasapor el origen, y cuyo centro se encuentra ubicadosobre la linea de impedancia caracteristica.
El relevador opera para culaquier impedancia de fallaque se encuentre dentro del circulo.
El nombre de relevador MHO, se debe a que sucaracteristica es una linea recta, cuando se dibuja enlos ejes G y B (Conductacia y Susceptancia).
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Angulo de Impedancia
Impedancia de Falla
Caracteristica Mho
R
X
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
RELEVADO MHO FUERA DE POSICION.
Este tipo de relevador es un relevador MHOconvencional, con la unica diferencia que el puededetectar fallas a corta distancia detrás de el mismo.
R
X
Angulo de Impedancia
Impedancia de Falla
Caracteristica Mho
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La protección de distancia aplicada en generadores,funciona como una proteccion de respaldo paradetectar fallas en el sistema que aun no han sidoadecuadamente aisladas por los relés de protecciónprimaria, requiriendo el disparo del generador.
La protección de respaldo de fase se proporcionanormalmente por dos tipos de relés: sobrecorriente ydistancia.
La protección de respaldo para fallas de fase tambiénproporciona protección de respaldo para el generador yel transformador elevador antes de que el generadorsea sincronizado al sistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Zona 1 = El menor de los siguientes 2 criteros:
1. 120% del transformador de Unidad.
2. 80% del alcance de la zona 1 del relevador de lalinea mas corta (despreciendo el Infeed).
Tiempo: 0.5 Seg.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Zona 2 = El menor de los siguientes 3 criterios:
A. 120% de la linea mas larga (con In-Feed). Si launidad esta conectada a un arreglo de interruptor,este sera el largo de la linea adyacente.
B. 50% al 66.7% de la impedancia de carga (200% al150% hasta la curva de capacidad del generador) alAngulo de Factor de Potencia Nominal (RPFA).
C. 80% al 90% de la impedancia de carga (125% a 111%hasta la curva de capacidad del generador) alMaximo Angulo de Torque (MTA).
Tiempo: 60 Ciclos. (Zona-2 < 2Z maxload @ RPF).
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
21
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
24- V/HZ SOBRE-EXCITACION.Las normas ANSI/IEEE establecen que losgeneradores deben operar exitosamente a kVAnominales para niveles de tensión y frecuencia dentrode límites especificados.
Las desviaciones en frecuencia y tensión fuera deestos límites pueden causar esfuerzos térmicos ydieléctricos que pueden causar daño en segundos.
Los relés de sobreexcitación, o V/Hz, son usados paraproteger a los generadores y transformadores de losniveles excesivos de densidad de flujo magnético.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Los altos niveles de densidad de flujo son causados poruna sobreexcitación del generador.
A estos altos niveles, las trayectorias del hierromagnético diseñadas para llevar el flujo normal sesaturan, y el flujo comienza a fluir en trayectorias dedispersión no diseñadas para llevarlo.
El daño debido a la operación con V/Hz excesivosocurre más frecuentemente cuando la unidad estáfuera de línea, antes de la sincronización.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Para la protección de V/Hz, existen doscaracterísticas generales de relevadores usados:
Tiempo Definido.
Tiempo Inverso.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
TIE
MPO
(M
in)
V/Hz (%)
TIEMPO DEFINIDO
DISPARO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
TIE
MPO
(M
in)
V/Hz (%)
TIEMPO INVERSO
DISPARO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Relevador con 1 Elemento:
PU = 110%.
Tiempo = 6 s (Alarma y Dispara en 6 segundos)
Relevador con 2 Elementos:
1 Elemento: PU = 110%.
Tiempo: 45< t < 60 s. (Alarma y Dispara).
2 Elemento: PU = 118% - 120%.
Tiempo: 2 a 6 Segundos.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
24
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
25- VERIFICADOR DE SINCRONISMO.Una sincronizacion inapropiada de un generador alsistema, puede resultar en daño al transformadorelevador y a cualquier tipo de unidad de generacion.
El daño provocado podria ser:
Deslizamiento de Coples.
Incremento en la vibracion de la Flecha.
Cambio en el Alineamiento de los .
Fatiga en la Flecha y otras partes Mecanicas.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Para evitar daño al generador durante lasincronizacion, el fabricante del generador proporcionalimites de sincronizacion, en cuanto al angulo de cierredel interruptor y ventana (diferencia) de voltaje.
Los limites tipicos son:
Angulo de Cierre del Interruptor: Entre ±10 °.
Ventana de Voltaje: 0 hasta 5%.
Diferencia de Frecuencia: Menor que 0.067 Hz.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Idealmente, el cierre del interruptor debera sercuando el angulo del fase entre el generador y elsistema sea cero.
Para lograr esto, el cierre del interruptor debera serenviado antes, para que los angulos de fase coincidan almomento en que se cumpla el tiempo de cierre delinterruptor.
La diferencia de voltaje debera ser minimizada y noexceder el 5%. Esto ayuda a mantener la estabilidaddel sistema previniendo el flujo de potencia (VARS) alsistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Adicionalmente, si el voltaje del generador esexcesivamente menor al del sistema al momento decierre del interruptor, el ajuste sensible del relevadorde potencia inversa debera dispararlo.
La diferencia de frecuencia debera ser minimizada enla practica por el control del motor primario (dentrode sus limitaciones de respuesta).
Una gran diferencia de frecuencias causa una rapidacarga del generador, o una excesiva motorizacion de lamaquina.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Lo anterior se manifiesta en una oscilacion de potenciaen el sistema, y torques mecanicos en la maquina.
Adicionalmente, si la maquina (generador) esmotorizada , el ajuste sensible del relevador depotencia inversa debera disparar al interruptor.
Los limites de deslizamiento de frecuencia aplicados aciertos tipos de maquinas, se basan en lo siguiente:
La Robustez de la Turbina.
La Controlabilidad de la Turbina.
La Capacidad (MVA).
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Angulo de Cierre de Interruptor: ± 10°.
Ventana de Voltaje: 0 hasta +5%.
Diferencia de Frecuencia < 0.067 Hz.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
25
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
27- BAJO VOLTAJE.Los generadores estan diseñados para trabajarcontinuamente con un 95% del voltaje nominal,mientras entrega potencia nominal a frecuencianominal.
Un generador operando con voltaje en terminalesmenor que el 95%, puede causar efectos indeseablescomo una reducion en el limite de estabilidad, unaimportacion excesiva de potencia reactiva de la red ala cual esta conectado, y una mala operacion de losequipos y dispositivos sensibles a voltaje.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Relevadores Instantaneos y Caracteristica T.I.
PU : 90%Vn;
Tiempo = 9.0 seg. al 90% del Ajuste de PU.
Instantaneo : 80% Vn.
Relevadores con Caracteristica T.D. y 2 Elementos:
Alarma PU : 90%Vn.
Tiempo: 10< t < 15 Segundos
Trip PU : 80% Vn;
Tiempo: 2 Segundos.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
27
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
27TN- BAJO VOLTAJE 3ª ARMONICOEN EL NEUTRO.La funcion 27TN proporciona proteccion para fallas atierra en el estator cercanas al neutro, en generadorescon puesta a tierra de alta impedancia.
Cuando se usa en conjunto con la funcion 59N, seproporciona una proteccion del 100% del estator parafallas a tierra.
Las componentes de tensión de 3ª Armónica estánpresentes en las terminales de casi todas las máquinasen diferentes grados.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Las siguientes figuras muestran las tensiones detercera armónico presentes en el neutro y terminalesde un generador típico durante diferentes condicionesde carga:
Operación normal
Falla en el extremo del neutro
Falla en las terminales del generador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
OPERACION NORMAL
TERMINALES
NEUTRO
+V (3 Armonica)
-V (3 Armonica)
PLENA CARGA
EN VACIO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
FALLA EN TERMINALES
TERMINALES
NEUTRO
+V (3 Armonica)
-V (3 Armonica)
PLENA CARGA
EN VACIO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
FALLA EN NEUTRO
TERMINALES
NEUTRO
+V (3 Armonica)
-V (3 Armonica)
PLENA CARGA
EN VACIO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La Funcion 27TN utiliza el hecho de que para una fallacercana al neutro, el nivel de tensión de terceraarmónica en el neutro disminuye.
Por lo tanto, un relevador de baja tensión que opere apartir de la tensión de 3ª armónica, medida en elextremo del neutro podría ser usado para detectar lasfallas cercanas al neutro (tipicamente del 0% hasta el15% del devanado del estator).
El nivel de tensión de tercera armónica en el neutro yterminales del generador es dependiente de lascondiciones de operación (carga) del generador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
PU = 50% del Minimo Nivel Normal de 3ª armónica delGenerador.
Tiempo = 5 s
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
27TN
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
27TN
Transformador deAterrizamiento.
TC
27TN
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
32- POTENCIA INVERSA.La motorizacion del generador ocurre cuando laenergia suministrada por el motor primario se pierde,mientras el generador esta en linea.
Cuando esto ocurre, el generador se convierte enmotor sincrono, y mueve al motor primario.
Los riesgos que se presentan durante la motorizaciondel generador, son principalmente con el motorprimario, el cual puede ser sufrir daño durante estacondicion.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La motorizacion causa condiciones indeseables:
En Turbinas de Vapor produce sobrecalentamientoen los alabes.
En Turbinas Hidraulicas se presenta el fenomenode Cavitacion (puede operar como Condensador Sinc.).
En Turbinas de Gas puede existir problemas con elengranaje (Turbina – Generador).
En los motores diesel existe peligro de incendio oexplosión debido al combustible no quemado.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Condiciones de motorizacion intensionales pueden serpermitidas en turbinas de gas e hidros, para acelerarel rotor durante el proceso de arranque, y operación enmodo bomba de almacenamiento (Pump/Storage).
Desde el punto de vista del sistema, la motorizacion sedefine como el flujo de potencia real hacia elgenerador, que actua como motor.
Si el interruptor de campo permanece cerrado, elgenerador puede permancer en fase con el sistema yfuncionar como motor sincrono. Por el contrarioactuara como un motor de Induccion.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
FLUJO DE POTENCIA REAL.
(+) SIS.(-) GEN.DISPARO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Los ajusten deben respetar los siguientes limites:
Gas : 50% Potencia Nominal.
Tiempo: < 60 seg.
Diesel : 25% Potencia Nominla.
Tiempo: < 60 seg.
Turbinas Hidraulicas: 0.2% - 2% Potencia Nominal.
Tiempo: < 60 seg.
Turbina de Vapor: 0.5% - 3% Potencia Nominal.
Tiempo: < 30 seg.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
32
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
40- PERDIDA DE CAMPO.La pérdida parcial o total del campo en un generadorsincrono, es perjudicial para el generador, y para elsistema de potencia al cual está conectado.
Esta condición debe ser detectada rápidamente y elgenerador debe ser aislado del sistema.
Si esta condición no es detectada, puede tener unimpacto devastador sobre el sistema de potencia,causando una pérdida del soporte de potencia reactivay creando una toma sustancial de la misma.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
En generadores grandes esta condición puedecontribuir o incluso provocar, un colapso de tensión enuna gran area del sistema.
Si el sistema de excitación se pierde o es reducido, elgenerador absorvera VARS del sistema, en lugar desuministrar y operara en la región de subexcitación.
Si ocurre una pérdida total del campo y el sistemapuede suministrar suficiente potencia reactiva sin unagran caída de tensión terminal, el generador puedeoperar como un generador de inducción; si no es así, seperderá el sincronismo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El cambio del generador desde la operación normal(sobreexcitado), hasta la condicion de perdida decampo (subexcitado), no es instantáneo.
Esto ocurre en un cierto periodo de tiempo(generalmente algunos segundos), dependiendo de lacarga del generador y la capacidad del sistemaconectado.
El sistema de protección mas selectivo contra lapérdida de excitación utiliza un relevador de distanciadireccional, del tipo circular (mho o de impedancia) consu centro localizado en el eje negativo de las X deldiagrama R – X.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
R
-X
-R
X
2 OFFSET dX′=
P.U..01 =φ
dX=φ
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
R
-X
-R
X2
OFFSET dX′=
(Ajuste) Z1 )(X. d11
(Ajuste) Z2
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Dicho relevador es alimentado con tensiones ycorrientes tomadas de los bornes del generador.
Cuando se pierde la excitación, la impedancia medidaen bornes del generador sigue una trayectoria desdeun punto localizado en el primer cuadrante (condiciónnormal de operación) a una región del cuarto cuadrantela cual se alcanza solamente cuando la excitación se haperdido.
Al operar la protección se da orden de apertura alinterruptor de campo y se desconecta el generador delsistema, antes que el generador o el sistema resultendañados.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
GEN. SIS.
MW
MVAR
GEN. SIS.
MW
MVAR
GEN. SIS.
MW
MVAR
GEN. SIS.
MW
MVAR
+ MW- MW
- MVAR
+ MVARSOBREEXCITADO
SUBEXCITADO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Elemento 1:
Offset: X'd/2.
Diametro: 1.0 pu.
Tiempo: 0.1 seg.
Elemento 2:
Offset: X'd/2,
Diametro: Xd.
Tiempo: 0.5 a 0.6 seg.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
40
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
46- SECUENCIA NEGATIVAExisten numerosas condiciones del sistema que puedencausar corrientes trifásicas desbalanceadas en ungenerador.
Estas condiciones del sistema producen componentesde corriente de secuencia de fase negativa la cualinduce una corriente de doble frecuencia en lasuperficie del rotor.
Estas corrientes en el rotor pueden causar altas ydañinas temperaturas en muy corto tiempo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Las causas más comunes son las asimetrías del sistema(transformadores elevadores monofásicos conimpedancias diferentes o líneas de transmisión notranspuestas).
Ademas de las asimetrías, cargas desbalanceadas,fallas desbalanceadas en el sistema, y circuitosabiertos.
La mayor fuente de corriente de secuencia negativa esla falla fase a fase en el generador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La condición de conductor abierto produce bajosniveles de corriente de secuencia negativa relativa alos niveles producidos por las fallas fase-fase o fase atierra.
El calentamiento por secuencia negativa engeneradores sincrónicos es un proceso bien definido elcual produce límites específicos para operacióndesbalanceada.
El método de proteccion para un desbalance fuedesarrollado basado en el concepto de limitar latemperatura a las componentes del rotor abajo delnivel de daño.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El límite está basado en la siguiente ecuación:
K = Constante (diseño y capacidad) del generador.
t = Tiempo en segundos.
I2 = Corriente de secuencia negativa (PU).
t)(I K 22
=
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El ajuste debera ser menor, a la maxima corrientede secuencia negativa (I2) permisible, expresada enporciento (%) de la corriente Nominal:
Polos Salientes con devanados amortiguadores: 10%.
Polos Salientes sin devanados amortiguadores: 5%.
Rotor Cilindrico Indirectamente Enfriado: 10%.
Directamente Enfriado hasta 960 MVA: 8%.
Directamente Enf. desde 961 hasta 1200 MVA: 6%.
Directamente Enf. desde 1201 hasta 1500 MVA: 5%.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Permisible
Generador de Polos Salientes: 40.
Condensador Sincrono: 30.
Rotor Cilindrico Indirectamente Enfriado: 30.
Directamente Enfriado: 10.
t)(I K 2 2 =
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
46
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
49- PROTECCION TERMICA (ESTATOR).Se proveen diversos tipos de proteccion termica delestator y su devanado, para diferentes situaciones:
Sobrecarga del Generador.
Falla del Sistema de Enfriamiento.
Localizacion de puntos calientes en las laminacionesdebidos a la falla del aislamiento.
En este curso solo se tomara en cuenta la primeraopcion (sobrecarga).
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La capacidad de salida de un generador se expresa enterminos de KVA, disponibles en las terminales delgenerador, a una frecuencia, voltaje y factor depotencia especificos.
Para generadores enfriados con hidrogeno, la potencianominal de salida es dada (expresada) en terminos dela maxima y a menores presiones de hidrogeno.
Para generadores con turbina de combustion, estacapacidad se da en terminos de la temperatura del airede entrada, en el rango de 20° hasta 50°.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
En general, los generadores pueden operar sin ningunproblema, ha potencia, frecuencia y factor depotencia nominales, para una variacion de ± 5% de suvoltaje nominal.
Bajo condiciones de emergencia, es posible exceder lacapacidad de potencia nominal del generador, portiempos cortos
De acuerdo con la norma IEEE C50.13-2005, lacapacidad termica del embobinado de la armadura portiempo corto es la siguiente:
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Donde el 100% de corriente, es la corriente nominal ala maxima presion de hidrogeno.
En algunos casos, la proteccion termica por sobrecargaes realizada por un relevador de sobrecorriente, queesta coordinado con la curva de capacidad de tiempocorto (IEE C50.13-2005).
Tiempo (seg) 10 30 60 120
Corriente de Armadura ( % ). 218 150 127 115
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El relevador cuenta con un elemento instantaneo, y unelemento de T.I. que cuenta con una caracteristicaextremadamente Inversa.
Una alarma de sobrecarga es deseable ya que le dariala oportunidad al operador de bajar carga en formaordenada.
Esta alarma no debe actuar para fallas externas, ydebe estar coordinada con la proteccion de sobrecargadel generador, si esta esta disponible.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Elemento Instantaneo:
PU = 115% (Corriente Nominal) Plena Carga, esteelemento controla al elemento de tiempo.
Dropout = 95% o mayor PU.
Elemento de Tiempo:
PU = 75 – 100% (Corriente Nominal).
Tiempo: Se selecciona tal que provoque un retardo enel disparo de 7 seg a 218% (Corriente Nominal).
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
49
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
50/50N- SOBRECORRIENTE INSTANTANEA(FASE y NEUTRO).
Estas funciones proporcionan próteccion rapida(inmediata) contra fallas de alta corriente, para fase yneutro respectivamente.
Los ajustes para dichas funciones deberan ser talesque no operen para fallas fuera de su zona deproteccion primaria.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Para proveer proteccion fuera de linea, uno de loselementos debera ser supervisado por un contacto “b”del interruptor, este elemento permanecera bloqueadocuando el interruptor este cerrado.
Esto permitira un ajuste mucho mas sensible a esteelemento, por debajo de la corriente de carga.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
50
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
Baja Impedanciade
Aterrizamiento.
50N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
Baja Impedanciade
Aterrizamiento.
50N
TC
Baja Impedanciade
Aterrizamiento.
50N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
50BF- FALLA DE INTERRUPTOR.Un esquema de falla de interruptor necesita seriniciado cuando los relés de protección del sistemaoperan para disparar al interruptor del generador,pero el interruptor falla al operar.
La protección de falla de interruptor debe ser losuficientemente rápida para mantener la estabilidad,pero no tan rápida que comprometa la seguridad deldisparo.
Esto es particularmente importante sobre líneas detransmisión grandes donde la estabilidad es crítica.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
TRIP
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
TRIP
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
FALLA
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
FALLA
RESPALDO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
G1
2G2
A B
C4 6
1 3 5
FALLA
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Tiempo de Liberacion por Interruptores Locales
Liberacion Normal
Tiempo de Liberacion por Interruptores Remotos (Si se usa).
FALLA.
TRIP T. APERTURA
BFIR. AUX. TIME DELAY
50RST MARGEN
T. APERTURAINT. LOCALES
86BFR. AUX
TRIPTRANF.
T. APERTURAINT. REMOTOS
LIBERACIONINT. FALLADO.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Otras de las fallas de interruptor que pueden ocurrir ydañar al generador es un arqueo en un interruptorabierto a través de los contactos de uno o más polosdel interruptor para energizar al generador.
El arqueo del interruptor es más probable que ocurrajusto antes de la sincronización o justo después de queel generador es removido de servicio, cuando la tensióna través de los contactos del interruptor delgenerador llega a ser hasta dos veces el normal, segúnel deslizamiento del generador en frecuencia conrespecto al sistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
ABC
abc
GENERADOR TRANSFORMADOR
BREAKERA B C
SISTEMA
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
ABC
abc
GENERADOR TRANSFORMADOR
BREAKERA B C
SISTEMA
Ibc
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Un método usado para hacer la detección de un arqueode interruptor utiliza un relé de sobrecorrienteinstantáneo (50N) conectado al neutro deltransformador elevador.
Cuando el interruptor del generador esta abierto y unoo dos polos del interruptor arquean, la corrienteresultante en el neutro del transformador esdetectada por el relé 50N.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
Condiciones Normales
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
Disparo de Int.Si no abre interruptor ytermina el Delay, seactivan las salidas.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
Disparo de Int.Se activan los disparospara los interruptoresde respaldo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
Disparo de Int.Si el interruptor abre,antes de que pase eldelay, se desactiva estaruta.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
Interruptor Abierto.En estas condiciones siel elemento 50BF seactiva.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR LOGICA01
OUT´sAND TIMEDELAY
Interruptor Abierto.Si esta condicion nodesaparece antes deque termine el Delay, seactivaran las salidas.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR LOGICA01
OUT´sAND TIMEDELAY
Interruptor Abierto.Se activan los disparospara los interruptoresde respaldo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
PROCESO DE SINCRONIZACION.
En estas condiciones silos elementos 50BF-Phy 50BF-N se activan.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
PROCESO DE SINCRONIZACION.
Despues de finalizar elDelay, se activan lassalidas.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
AND OR
NOT
50BF-PhI > PU
IN1 52-bOpen = 1Close = 0
Ph. Ini. Enable.
50BF-NI > PU
N. Ini. Enable.Out Enable.In Enable.
AND OR
AND TIMEDELAY OUT´s
LOGICA01
PROCESO DE SINCRONIZACION.
Se activan los disparospara los interruptoresde respaldo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
50 PU = Debera ser mas sensible que el mas bajo nivelde corriente, presente cuando ocurra una falla queinvolucre corrientes.
Tiempo = Debera ser mayor a:
(T. Apertura) + (Dropout 50) + (Margen de Seguridad)
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
50BF
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
50BF TC
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
50DT- SOBRECORRIENTE DE TIEMPO DEF.
Esta funcion provee proteccion para fallas internas y/oexternas en el generador, que provocan corrientesaltas con respuesta de tiempo definido.Esta funcion tambien puede ser utilizada paraproteccion diferencial de fase partida.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
50DT
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
50/27- ENERGIZACION INADVERTIDA.Cuando un generador es energizado mientras estafuera de línea en torna flecha, o rodando hacia el paro,se convierte en un motor de inducción y puede serdañado en unos pocos segundos.
También puede ocurrir daño en la turbina.
Un número significante de máquinas grandes han sidoseveramente dañadas y, en algunos casos, totalmentedestruidas.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Errores de operación, arqueos de contactos delinterruptor, mal funcionamiento del circuito de controlo una combinación de estas causas han dado comoresultado que el generador llegue a ser energizadoaccidentalmente mientras está fuera de línea.
Los errores de operación se han incrementado en laindustria porque las centrales generadoras de altatensión han llegado a ser más complejas con el uso deconfiguraciones de interruptor y medio y bus en anillo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
GEN.
A
B
TRAFOUNIDAD
TRAFOAUXILIAR
BUS DE AUXILIARES
S1
C
INTERRUPTOR Y MEDIO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
GEN.
A
B
TRAFOUNIDAD
TRAFOAUXILIAR
BUS DE AUXILIARES
S1
CEN ANILLO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Estos diseños de subestaciones proporcionansuficiente flexibilidad para permitir que un interruptorde generador de alta tensión (A ó B) sea sacado deservicio sin también requerir que la unidad searemovida de servicio.
Cuando la unidad está fuera de línea, los interruptoresdel generador (A y B) son regresados a servicio comointerruptores de bus para completar una fila en unasubestación de interruptor y medio o completar un busen anillo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Esto da como resultado que el generador sólo estáaislado del sistema únicamente a través de una cuchilladesconectadora de alta tensión (S1).
Otra trayectoria para la energización inadvertida deun generador, es a través del sistema de auxiliares dela unidad por el cierre accidental del interruptor deltransformador auxiliar (C).
Debido a la mayor impedancia en esta trayectoria, lascorrientes y el daño resultante son mucho menores quelos experimentados por el generador cuando esenergizado desde el sistema de potencia.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Cuando un generador es energizado inadvertidamente,con tensión trifásica (motor de Induccion), lacorriente del estator induce corrientes de grandesmagnitudes en el rotor, causándole rápidocalentamiento térmico.
Esta corriente del rotor es inicialmente a 60 Hz, perodisminuye su frecuencia según se incrementa lavelocidad del rotor debido a su funcion como motor.
La tensión y la corriente en terminales de la máquinadurante este periodo será una función de la impedanciadel generador, el transformador elevador y delsistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Si el generador está conectado a un sistema fuerte,las corrientes iniciales en el estator estarán en elrango de tres a cuatro veces su capacidad y la tensiónen terminales estará en el rango de 50-70% delnominal, para valores típicos de impedancias degenerador y transformador elevador.
Cuando el generador es energizado inadvertidamentedesde su transformador auxiliar, la corriente en elestator será del rango de 0.1 a 0.2 veces su capacidaddebido a las grandes impedancias en esta trayectoria.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La energización monofásica del generador con latensión del sistema mientras está en reposo, provocaen el generador una corriente desbalanceadasignificante.
Esta corriente causa flujo de corriente de secuencianegativa y calentamiento térmico del rotor similar alcausado por la energización trifásica.
No existirá un par de aceleración significante si latensión aplicada al generador es monofásica y la unidadestá esencialmente en reposo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El arqueo del interruptor es la causa más frecuente dela energización inadvertida monofásica.
La proteccion de energizacion inadvertida utiliza unesquema de sobrecorriente supervisado por voltaje.
Este esquema se utiliza una funcion (27), parasupervisar la funcion (50), esto proporciona proteccióncontra la energización inadvertida.
La funcion de sobrecorriente es habilitadaautomáticamente cuando la unidad está fuera de línea,y permanece asi mientras la unidad este fuera.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
50 PU : ≤ 50% del valor de la corriente presente enel peor caso (falla que involucre corrientes massevera), y debera ser < 125% de la corriente nominaldel generador.
27 PU : 70% Vnom.
Time : 1.5 seg.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
50/27
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
51N- SOBRECORRIENTE DE T.I. (NEUTRO).
La funcion 51N provee proteccion contra fallas atierra.
Debido a que no existen corrientes de secuencia zeroen condiciones normales de operación, esta funcionpuede ser ajustada con una mayor sensibilidad que lafuncion de sobrecorriente de fase.
Si las funciones 50N y 51N no son utilizadas en elneutro del generador, pueden utilizarse para detectarfallas a tierra en el sistema (respaldo), conectandolasen el transformador de unidad.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
Baja Impedanciade
Aterrizamiento.
51N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
Baja Impedanciade
Aterrizamiento.
51N
TC
Baja Impedanciade
Aterrizamiento.
51N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
51V- SOBRECORRIENTE DE TIEMPOINVERSO CON C/R DE VOLTAJE.El tipo más simple de protección de respaldo es el reléde sobrecorriente 51.
El relé 51 debe ser ajustado arriba de la corriente decarga y tener suficiente retardo de tiempo parapermitir las oscilaciones del generador.
Al mismo tiempo, debe ser ajustado lo suficientementebajo para disparar con falla de fases remota paravarias condiciones del sistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
En muchos casos, el criterio de ajuste confiable nopuede cumplirse sobre un sistema real.
El ajuste de pickup de este tipo de relé deber sernormalmente de 1.5 a 2.0 veces la corriente nominalmáxima del generador para prevenir disparos en falso.
El grupo más usado de relés de respaldo desobrecorriente de fase son los relés de sobrecorrientecontrolados o restringidos por tensión (51V).
Estos relés permiten ajustes menores de la corrientede carga del generador para proporcionar mayorsensibilidad para fallas en el sistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El relé de sobrecorriente controlado con voltajedeshabilita el disparo por sobrecorriente hasta que latensión cae por debajo del nivel ajustado.
El relé de sobrecorriente con restricción de tensióncambia el pickup de la unidad de sobrecorriente enproporción a la tensión, lo cual desensibiliza el relépara corrientes de carga mientras que incrementa lasensibilidad para fallas las cuales abaten la tensión ypermite el pickup del relé.
A continuacion se muestra esta caracteristica.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
100 %
75 %
50 %
25 %
100 %75 %50 %25 %
VOLTAJE APLICADO ( % Vnom)
AJU
STE
DE
CORR
IENTE
AVO
LTAJE
NOM
INAL.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Estos dos relés dependen de una caída de tensióndurante la condición de falla para funcionaradecuadamente.
Para un relé controlado por tensión el ajuste de pickupdebe estar entre 30% - 40% de la corriente de plenacarga. Debido a los tiempos de disparo de los relés desobrecorriente de respaldo son retardados cerca de0.5 segundos o más.
El ajuste de retardo de tiempo está basado sobre elpeor caso de coordinación con los relés de proteccióndel sistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
CONTROL DE VOLTAJE:
51 PU : 50 % (Corriente Plena Carga).
VC : 75 % Vnom.
El tipo de curva y el ajuste del Dial, deberan estarcoordinados con los relevadores de linea del sistema,para fallas en las lineas de transmision de la planta.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
RESTRICCION DE VOLTAJE:
51 PU : 150 % (Corriente Plena Carga).
El tipo de curva y el ajuste del Dial, deberan estarcoordinados con los relevadores de linea del sistema,para fallas en las lineas de transmision de la planta.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
51V
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
59- ALTO VOLTAJE.Una condicion de sobrevoltaje puede ocurrir sin que seexcedan los limites de V/Hz del generador.
En general este problema se presenta en las turbinashidraulicas, donde debido a un rechazo de carga, lavelocidad puede llegar al 200%.
Bajo esta condicion la sobreexcitacion no seraexcesiva, pero la magnitud de voltaje puede ser mayoral limite permisible de la maquina.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El relevador de V/Hz del generador no puede detectaruna condicion de alto voltaje, por lo que un relevadorpara esta condicion es necesario.
En general este no es un problema en turbinas de gas yvapor, debido a la rapida respuesta del sistema decontrol de velocidad y reguladores de voltaje.
La sobrevelocidad originada por pérdidas de carga odesperfectos en el regulador de tensión producensobretensiones.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Toda sobretensión asociada con una sobrevelocidadserá controlada por el regulador automático develocidad.
No obstante, en las unidades hidráulicas, el flujo deagua no puede ser interrumpido o deflectado tanrápidamente y puede originarse una sobrevelocidad.
En el caso de que la excitatriz se encuentre acopladadirectamente a la máquina, la tensión tiende a crecercasi con el cuadrado de la velocidad.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El pickup debe ser ajustado arriba de la máximatensión de operación normal, el relevador puede teneruna característica de tiempo inverso o definido paradarle oportunidad al regulador de responder acondiciones transitorias antes de que ocurra eldisparo.
Adicionalmente, puede ser aplicado un elementoinstantáneo para sobretensiones muy altas.
Es importante que el relé de sobretensión tenga unarespuesta plana a la frecuencia, porque puedenpresentarse cambios de frecuencia durante el eventode sobretensión.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Esto es de particular importancia en instalacioneshidroeléctricas que pueden tener límites en lavelocidad de cierre de compuertas, impuesto por lapresión hidráulica en las compuertas de las esclusas.
En tales casos, estas unidades pueden sufririncrementos de velocidad del orden de 200 % duranteun rechazo total de carga, antes de que la acción delgobernador pueda tener efecto para reducir lavelocidad.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
RELEVADOR T.I. e INSTANTANEO.
PU : 110% Vnom.
Tiempo: 2.5 seg. A 140 % de PU (Pick UP).
Instantaneo: 130 – 150 % Vnom.
RELEVADOR TIEMPO DEFINIDO (2 Elementos):
Alarma PU : 110% Vnom.
Tiempo: 10< t < 15 seg.
Trip PU : 150% Vnom.
Tiempo : 2 seg.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
59
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
59N- ALTO VOLTAJE EN EL NEUTRO.La funcion 59N proporciona proteccion contra fallas atierra del estator, cuando el generador esta conectadoa tierra mediante una alta impedancia (transformadorde distribucion).
El relevador usado para esta función está diseñadopara ser sensible a tensión de frecuencia fundamentale insensible a tensión de tercera armónica y a otrastensiones armónicas de secuencia cero, que estánpresentes en el neutro del generador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Puesto que la impedancia de puesta a tierra es grandecomparada con la impedancia del generador y otrasimpedancias en el circuito, la tensión total fase-neutroserá imprimida a través del dispositivo de puesta atierra con una falla SLG en las terminales delgenerador.
La tensión en el relé es función de la relación deltransformador de distribución y del lugar de la falla.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
a b c
GENERADOR
52
A B C
SISTEMA
A B C
59NTRAFOGND.
TRAFOUNIDAD a b c
GENERADOR
59N
TRAFO GND.
TRAFOUNIDAD
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
a b c
GENERADOR
59N
TRAFO GND.
TRAFOUNIDAD
La tensión total fase-neutro será imprimida através del dispositivo depuesta a tierra con unafalla SLG en las terminalesdel generador.
La tensión será máximapara una falla enterminales y disminuirá enmagnitud a medida que lafalla se mueva de lasterminales del generadorhacia el neutro.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
a b c
GENERADOR
59N
TRAFO GND.
TRAFOUNIDAD
Típicamente, el relé desobretensión tiene unajuste de pickup mínimo deaproximadamente 5 Volts.
Con este ajuste y con larelacion del transformadorde distribución, típicas,este esquema es capaz dedetectar fallas hasta delorden del 2-5% al neutrodel estator.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
100 %
75 %
50 %
25 %
100 %75 %50 %25 %DEVANDO DEL ESTATOR.
VOLT
AJE
EN E
L NEU
TRO.
(60H
z)
0 %
NEUTRO. TERMINALES
5% no cubierto por laproteccion 59N.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
59N PU : 5 V.
Tiempo : 5 Seg.
El ajuste de tiempo debera ser coordinado con losdemas equipos de proteccion.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
59N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
59N
Transformador deAterrizamiento.
TC
59N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
59D- DIFERENCIAL DE VOLTAJE 3ª .Esta funcion compara el voltaje de tercer armonico delneutro, contra el voltaje de tercer armonico presenteen las terminales del generador.
La relacion de estos voltajes, es relativamenteconstante para todas las condiciones de carga.
Una falla fase a tierra en el estator, rompera esteequilibrio, y provocara el disparo del relevador 59D.
Cuando ocurre una falla fase a tierra en el estator, elvoltaje de tercer armonico se incrementa, y causa laoperación del relevador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
59N
59D
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
TC TC´s TP´s
59N
59D
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
60FL- PERDIDA DE FUSIBLES.En generadores grandes, es práctica común usar dos omás grupos de transformadores de potencial (TP’s) enla zona de protección del generador.
Los TP’s están normalmente conectados en estrella atierra, normalmente tienen fusibles secundarios yposiblemente fusibles primarios.
Estos TP’s son usados para proporcionar potencial a losrelés de protección y al regulador de tensión.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Si se funde un fusible en los circuitos de los TPs, lastensiones secundarias aplicadas a los relés y alregulador de tensión serán reducidas en magnitud ydesplazadas en ángulo de fase.
Típicamente, los esquemas de protección tales como21, 32, 40 y 51V son afectados y normalmente sonbloqueados cuando se pierde potencial.
Si los TP's que pierden potencial alimentan alregulador, su control se debe transferir a operaciónmanual, a otro regulador o a otros TPs, lo que seaapropiado para evitar una condicion desobreexcitacion.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El método más común para proporcionar protección porpérdida de la señal de TP’s es un relevador de balancede tensiones, el cual compara la tensión secundariatrifásica de 2 grupos de TP’s.
Cuando un fusible se funde en el circuito de alguna delas fases de un grupo de TP’s, la relación de tensionessufre un desbalance y el relevador opera.
Históricamente, este relevador ha sido ajustadoalrededor del 15% de desbalance entre tensiones.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
GEN.
TRAFOUNIDAD60
TP´s TP´s
Relevador deProteccion.
Regulador deVoltaje.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Un método moderno usado en la detección de fallas deTP’s hace uso de la relación de tensiones y corrientesde secuencia durante la pérdida de potencial.
Cuando se pierde la señal de un TP, las tres tensionesde fase se vuelven desbalanceadas.
Debido a este desbalance, se produce una tensión desecuencia negativa.
La tensión de secuencia positiva disminuye con lapérdida de la señal de un TP.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Para distinguir esta condición de una falla, se verificanlas corrientes de secuencia positiva y negativa.
Este tipo de detección puede ser usado cuandoúnicamente se tiene un grupo de TP’s aplicados alsistema del generador.
Este método es implementado fácilmente en sistemasde protección de generador basados enmicroprocesadores digitales.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
60FL
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
64B- ESCOBILLA SUELTA.El uso del metodo de inyeccion para la deteccion detierra en el campo, provee una manera de determinarel estado del contacto entre la escobilla y el rotor(campo) del generador.
Si una escobilla se suelta mientras la unidad esta enservicio, puede causar un daño sustancial a laestructura de montaje de la escobilla debido al arcocreado, y eventualmente causara disparo de la unidadpor perdida de campo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
+ROTOR
GENERADOR
-
EXCITACIONDISPOSITIVOACOPLADOR
PASIVO
RELEVADOR DEPROTECCION
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Saber cuando cuando deben ser reemplazadas oajustadas las escobillas es una informacion valiosa parael personal de mantenimiento.
El relevador proporciona monitoreo que puededetectar los mas minimos cambios en el circuito deescobilla suelta durante la operación del generador.
Analizando la señal del voltaje de retorno inyectadopor el relevador de tierra en el campo, se observa quetan bueno es el contacto entre las escobillas y el rotordel generador (campo).
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La siguiente figura muestra la señal de voltaje deregreso. VOLTAJE EN
ESCOBILLA ( Vf )
TIEMPO
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El inicio de la forma de onda de regreso es redondeadodebido a la capacitancia del bobinado del campo.
Cuando la escobilla comienza a abrirse, la capacitanciavista por la señal inyectada se reduce, y la señal deregreso aumenta muy rapidamente.
El nivel del voltaje es medido en un punto fijo de laseñal del voltaje de retorno (Vf).
El voltaje es medido durante cada ciclo de la ondacuadrada.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Cuando el voltaje se eleva sobre el nivel normal por untiempo conveniente, una alarma alerta al operador deque las escobillas deben ser inspeccionadas.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
VOLTAJE ENESCOBILLA ( Vf )
TIEMPOPUNTO DEMEDICION
NORMAL
ALARMA
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
VOLTAJE ENESCOBILLA ( Vf )
TIEMPOPUNTO DEMEDICION
NORMAL
ALARMA
Incremento de Riso debidoal incremento de laresistencia en la Escobilla.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
AcopladorM-3921
41
EXC.Relevador
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
TC´s TP´s52-G
AcopladorM-3921
41
EXC.Relevador
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
64F- FALLA A TIERRA EN EL CAMPO.El circuito de campo de un generador es un sistema deC.D. no puesto a tierra.
Una sola falla a tierra generalmente no afectará laoperación de un generador ni producirá efectos dedaño inmediato.
Sin embargo, la probabilidad de que una segunda falla atierra ocurra es mayor después de que la primera fallaa tierra ha ocurrido.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
41
+-
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
41
+-
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
41
+-
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
41
+-
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Cuando se tiene una segunda falla a tierra, una partedel devanado de campo estará corto circuitada,produciendo por lo tanto flujos desbalanceados en elentre hierro de la máquina.
Los flujos desbalanceados producen fuerzasmagnéticas desbalanceadas las cuales dan comoresultado vibración y daño de la máquina.
Una tierra en el campo también produce calentamientodel hierro del rotor debido a las corrientesdesbalanceadas.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Dentro de la industria las prácticas de disparo pararelés de tierra en el campo no están bien establecidas.
Algunas empresas disparan, mientras que otrasprefieren alarmar, arriesgando así tener una segundafalla a tierra y mayor daño.
Existen varios métodos de uso común para detectartierras en el campo del rotor.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
41
+-
+-
64F
64F
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
41
+-
+-
64F
64F
41
+-
+-
64F
64F
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Una tierra en cualquier punto del campo causará que elrelé opere.
Se usa una escobilla para aterrizar la flecha del rotorpuesto que la película de aceite de los cojinetes puedeinsertar suficiente resistencia en el circuito, de formaque el relé podría no operar para una tierra en elcampo.
Un retardo de tiempo de 1.0 – 3.0 segundos esnormalmente usado con este relé.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Un segundo método usado para detectar tierras en elcircuito de campo, usa un divisor de tensión y un relésensible de sobretensión entre el punto medio deldivisor y tierra.
Una tensión máxima es impuesta al relé por una tierraen el lado positivo o negativo del circuito de campo.
Sin embargo, existe un punto ciego entre positivo ynegativo en el que una falla a tierra no producirá unatensión a través del relé.
La siguiente figura ilustra este método.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
41
+-
64F
R1
R2
V
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Este relevador está diseñado para superar el problemausando un resistor no lineal (varistor) en serie con unade los dos resistencias (la resistencia del varistorvaría con la tensión aplicada), en el divisor de tensión.
El divisor es dimensionado de tal forma que el puntociego del devanado de campo está en el punto mediodel devanado cuando la tensión del excitador está atensión nominal.
Los cambios en la tensión del excitador moverán elpunto ciego del centro del devanado de campo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El metodo de inyeccion de baja frecuencia, ha sidoampliamente usado en europa con gran éxito.
Una señal cuadrada de ±15, es aplicada al campoatravez de un acoplador de tierra, la señal de retornodel voltaje es modificada debido a la capacitacia deldevanado de campo.
La frecuencia de la señal es ajustada (0.1 a 1.0 Hz),para compensar la capacitacia del devanado de campo.
Comparando la señal de voltaje de entrada y salida, elrelevador calcula la resistencia del devanado de campo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
+ROTOR
GENERADOR
-
EXCITACIONDISPOSITIVOACOPLADOR
PASIVO
RELEVADOR DEPROTECCION
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El proposito del circuito acoplador es aislar el altonivel de voltaje del campo, del amplificador de la señalcuadrada.
La resistencia a tierra del rotor (campo) y laresistencia del acoplador, dividen la señal de voltajeinyectada, como un divisor de voltaje.
El voltaje proporcional a la resistencia del campo atierra, es retroalimentado al relevador digital atravezde acoplador.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
0 20 40 60 80 100 120 140
1
2
3
4
5
6
ΩK
Vf
RESISTENCIA ROTOR A TIERRA.
V. R
ESIS
TEN
CIA
RO
TOR
A T
IERR
A (V
)
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
AcopladorM-3921
41
EXC.Relevador
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
TC´s TP´s52-G
AcopladorM-3921
41
EXC.Relevador
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
100 %- FALLA A TIERRA DEL ESTATOR(59N/27TH).
El esquema de protección más ampliamente usado ensistemas puestos a tierra con alta impedancia, consistede un relé de sobretensión con retardo de tiempo(59N) conectado a través del resistor de puesta atierra para sensar tensión de secuencia cero.
Estos esquemas, aunque adecuados, sólo proporcionanprotección sensible para únicamente alrededor del95% del estator.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Esto es debido a que la falla en el 5% restante deldevanado, cerca del neutro, no causará suficientetensión residual de 60 Hz para operar a estos relés.
Es importante proteger todo el generador con unsistema de protección de falla a tierra adicional de talforma que se cubra el 100% del devanado.
Las componentes de tensión de 3ª Armónica estánpresentes en las terminales de casi todas las máquinasen diferentes grados; se presentan y varían debido alas diferencias en el diseño y fabricación.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Para una falla cercana al neutro, el nivel de tensión detercera armónica en el neutro disminuye.
Por lo tanto, un relevador de baja tensión que operan apartir de la tensión de 3ª Armónica medido en elextremo del neutro es usado para detectar las fallascercanas al neutro.
Las fallas a tierra en el resto de los devanados serandetectadas por la protección de falla a tierra (59N).
La combinación de ambos relés proporciona protecciónal 100% del devanado del estator.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
0% 100%
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
0% 100%27TN
27 TH5% - 10%
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
0% 100%27TN
59N
27 TH5% - 10%
59N95% - 90%
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
0% 100%27TN
59N
27 TH5% - 10%
59N95% - 90%
TRASLAPE
10% - 30%
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
27TN
59N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
TC
27TN
59N
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
64S- FALLA A TIERRA DEL ESTATOR(INYECCION DE SEÑAL BAJA FREC.)
Un metodo para proporcionar una proteccion del 100%del devanado del estator, se logra atravez de lainyeccion de una señal de baja frecuencia (20 Hz),atravez del secundario del transformador de neutro.
Este metodo proporciona proteccion para el generadorcuando esta en linea, y cuando esta fuera de linea(mientras que el generador de señal y el relevador deproteccion esten energizados).
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El voltaje de 20Hz se inyecta al secundario deltransformador de neutro, atravez de un filtro pasabanda, el cual solo deja pasar la señal de 20 Hz, yrechaza todas las demas señales.
Ademas de la inyeccionde voltaje, se utiliza un CT paramedir la corriente producida por la baja frecuencia (20Hz).
Cuando el generador opera normalmente, sólo unapequeña cantidad de corriente de 20 Hz fluira por elestator, como resultado de la capacitacia del estator atierra.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La corriente de 20 Hz que fluye atravez del estator encondiciones normales es :
CSNF X
N*VI2
20=
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La corriente de 20 Hz que fluye atravez del estator encondiciones normales es :
CSNF X
N*VI2
20=
Corriente sin Falla.V. 20 Hz Capacitancia
Estator a Tierra
Relacion delTransformador
de Neutro.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Cuando ocurre una falla a tierra en el estator (encualquier parte del devanado), la corriente de 20Hz seincrementara, esto debido a que la capacitacia seracortocircuitada.
Este cambio en el nivel de corriente es detectado porel relevador, el cual despues de un tiempo ajustado,envia una señal de disparo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
Transformadorde UNIDAD.
TC TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
Relevador deProteccion.
Filtro deAcoplamiento.
Generador de BajaFrecuencia 20 Hz..
TC
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformador deAterrizamiento.
TC
Relevador deProteccion.
Filtro deAcoplamiento.
Generador de BajaFrecuencia 20 Hz..
TC
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
78- FUERA DE PASO.Existen muchas combinaciones de condiciones deoperación, fallas y otros disturbios que podrían causaruna condición de pérdida de sincronismo entre dospartes de un sistema de potencia o entre dos sistemasinterconectados.
Si tales eventos ocurren, los generadores asincrónicosdeben ser disparados tan pronto como sea posible paraprevenir daños al generador o antes de que seproduzca una salida mayor.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Adicionalmente a la liberación prolongada de falla,otros factores que pueden llevar a la inestabilidad son:
Operación de generadores en región adelantadadurante periodos de carga ligera.
Baja tensión del sistema.Baja excitación de la unidad, impedancia excesiva
entre la unidad y el sistema.Operaciones de switcheo de líneas.
La condición de pérdida de sincronismo causa altascorrientes y esfuerzos en los devanados del generadory altos niveles de pares transitorios en la flecha.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Si la frecuencia de deslizamiento de la unidad conrespecto al sistema de potencia se aproxima a unafrecuencia torsional natural, los pares pueden ser losuficientemente grandes para romper la flecha.Por lo tanto, es deseable disparar inmediatamente launidad, puesto que los niveles de par en la fecha seforman con cada ciclo subsecuente de deslizamiento.Esta formación es el resultado del continuo incrementode la frecuencia de deslizamiento, la cual pasa por laprimera frecuencia torsional natural del sistema de laflecha.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El transformador elevador de la unidad también estarásujeto a muy altas corrientes transitorias endevanados, las cuales imponen grandes esfuerzosmecánicos en sus devanados.La mejor forma para visualizar y detectar el fenómenode pérdida de sincronismo es analizar las variacionesen el tiempo de la impedancia aparente como es vistaen las terminales del generador o en las terminales dealta tensión del transformador elevador.Esta trayectoria de la impedancia aparente dependedel tipo del gobernador, del sistema de excitación dela unidad y del tipo de disturbio que inició la oscilación.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
δ∠GEGZ
°∠0ESSZLZ
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
δ∠GEGZ
°∠0ESSZ
Z Z Z0E -EISLG
SG
++°∠δ∠=
I
LZ
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
90° 180°0° 45° 135°
P (PU)
δ
mτ
δ= Sen ZE EPT
SGE
SLGT Z Z Z Z ++=
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Diametro : 2X'd + 1.5 XTG
Distancia del Blinder (d) =
((X'd + XTG + XmaxSG1)/2) x tan (90-(d/2));
d: Separacion angular entre el generador y el sistema,en el cual el relevador determinara inestabilidad.
Si no existe un estudio de estabilidad:
d = 120º
t = Resultado del estudio de destabilidad.
Tipicamente 40 < t < 100 ms
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
78
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
81- SOBRE-BAJA FRECUENCIA.Tanto el generador como la turbina están limitados enel grado de operación a frecuencia anormal que puedeser tolerados.
A frecuencias reducidas, se tendrá una reducción en lacapacidad del generador.
La turbina, especialmente turbinas de vapor y gas, elfuncionamiento a frecuencias bajas es más estrictoque en generador, debido a las posibles resonanciasmecánicas en las muchas etapas de los álabes de laturbina.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La desviación de la velocidad nominal bajo carga traeráestímulos de frecuencias cercanos a una o más de lasfrecuencias naturales de los varios álabes y habrá unincremento en los esfuerzos vibratorios.
A medida que se incrementan los esfuerzosvibratorios, el daño es acumulado, lo cual puedeconducir a la fractura de algunas partes de laestructura de los álabes.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Las condiciones de frecuencia anormal puedencausar disparos de generadores, que líneas deenlace se abran por sobrecarga o que partes delsistema se separen debido a las oscilaciones depotencia y a la inestabilidad resultante.
Esto podría dar como resultado que el sistema depotencia se separe en una o más islas aisladaseléctricamente.
En un sistema de potencia pueden ocurrir dos tipos decondiciones de frecuencia anormal:
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La condición de baja frecuencia ocurre en un sistemade potencia como resultado de una súbita reducción enla potencia de entrada por la pérdida de generador(es)o pérdidas de enlaces clave de importación depotencia.
Esto puede producir un decremento en la velocidad delgenerador, lo que causa una disminución de lafrecuencia del sistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La condición de sobrefrecuencia ocurre comoresultado de una pérdida súbita de carga o pérdida deenlaces clave de exportación de potencia.
La salida del impulsor que alimentaba la carga inicial esabsorbida por la aceleración de estas unidades y puederesultar un incremento en la frecuencia del sistema.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
81U ALARMA:
Pickup: 59.5 Hz.
Tiempo: 10 s
81U DISPARO:
Este ajuste debera estar por debajo del ajuste delrelevador de deslastre de carga por baja frecuencia, ypor encima del limite de operacion de baja frecuenciade la turbina.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
81O ALARMA
Pickup: 60.6 Hz.
Tiempo: 5 sec.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
81
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
87- DIFERENCIAL DE CORRIENTE.Una falla de fase en el devanado del estator delgenerador es siempre considerada como seria, debido alas altas corrientes encontradas y el daño potencial alos devanados de la máquina, así como a las flechas y elacoplamiento.Los largos tiempos de reparación para máquinasseveramente dañadas pueden ser muy costosos; porconsiguiente, también generan altos costos porreemplazo de potencia mientras la máquina está fuerade servicio.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Por lo tanto, es muy importante minimizar el dañodebido a fallas en el estator.Para agravar esta situación, la corriente de falla en ungenerador fallado no se INTERRUMPE cuando elcampo del generador es disparado y el generador esseparado del sistema.La energía almacenada en el campo continuaráalimentando corriente de falla por varios segundos.Las unidades generadoras grandes usan protección dealta rapidez para detectar estas severas fallas en eldevanado del estator y minimizar el daño.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
El uso de métodos de rápida desexcitación puede serjustificable para producir el decremento rápido de lascorrientes de falla.Normalmente se usa un relé diferencial de alta rapidezpara detectar fallas trifásicas, de fase a fase y dedoble fase a tierra.Las fallas de una fase a tierra no son normalmentedetectadas por los relés diferenciales de máquinas, amenos que su neutro esté puesto a tierra sólidamenteo con baja impedancia.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Un relé diferencial no detectará una falla entreespiras en la misma fase debido a que la corriente queentra y sale del devanado no cambiará.Normalmente la protección de fallas de fase delestator del generador no necesita ser relacionada conInrush como en un esquema de protección detransformador, puesto que la tensión del generador escreada lentamente cuando el campo es aplicado.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
La protección diferencial de porcentaje variable esmás usada para máquinas grandes.La pendiente puede variar desde 5% a 50% ó más.Un relé de porcentaje fijo es normalmente fijado de10 a 25%.Los transformadores de corriente usados en unesquema de relé diferencial deben tenerpreferentemente las mismas características; sinembargo, la diferencial de porcentaje variable esgeneralmente más tolerante a errores de TCs con altascorrientes.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
PU : 0.3 A
Pendiente : 10%
Tiempo: Instantaneo.
INDUSTRIA SIGRAMA S.A de C.V.
BECKWITH ELECTRIC
Transformadorde UNIDAD.
TC´s TP´s52-G
TP´s52-U
TC´s
87