01a Generator Protection Overview r5

Section 1 - Generator Protection Overview

Generator Protection Overview_r5 1

Copyright SEL 2004

Proteccin de Sistemas de

Generacin

Proteccin de Generadores

Introduccin

Introduccin Proteccin de Generadores

Objetivos

Revisin de los componentes y

caractersticas de un sistema de

generacin.

Analizar los tipos de fallas en

generadores y el criterio de dao.

Revisar los principios de proteccin;

incluyendo velocidad, seguridad,

selectividad y fiabilidad.



Planta Diesel

Turbina a Gas



Planta Pequea para Auto Productores o

Sistemas de Cogeneracin

Central Hidroelctrica



Esquema de una Central

Hidroelctrica

Generator

Turbine

Generador de Polos Salientes

Rotor

Estator



Estator

Representacin Trifsica Simplificada

ZS Ia

Ib

Ic

g

n

Terminales

Circuito del Estator

ZS

ZS

Zm Zm

Zm

Re

Va +

- Vb +

- Vc +

-

Vr Ir

Circuito del Rotor (Campo)

R

Circuito de

Aterramiento

del Neutro



Diagrama Unifilar de un Generador

n

Neutro

Terminales

Generador

Tipos de Fallas en Generadores

Cortocircuito en el Estator

Cortocircuitos en el Rotor (Campo)

Perdida de Campo

Operacin Anmala

Desbalance de Fases

Inestabilidad

Motorizacin

Sub y Sobre excitacin

Sub y Sobre velocidad (Frecuencia), etc.



Principios de Proteccin

Caractersticas de los Sistemas de

Proteccin

Fiabilidad

Seguridad

Confiabilidad

Sensibilidad

Velocidad

Selectividad



Sensibilidad Los rels deben detectar todas las fallas

d

ZS Ia

Ib

Ic

g

n

Terminales

ZS

ZS

Zm Zm

Zm

Re

Va +

- Vb +

- Vc +

-

Vr Ir

R

Circuito de

Aterramiento

del Neutro

Velocidad Evitar el Dao Trmico

t

T

Ti

Td

T

I

I = Imd

t2

I = I2 > I1

t3

I = I3 > I2

t1

I = I1 Curva de

Dao

I

t

Imd I1 I2 I3

t1

t2 t3



Velocidad Curva de Dao Trmico de Equipos

Imd

Curva de

Dao

In

Nominal

I

t Tiempo vs. Corriente

Velocidad Curva de dao del aislamiento de cables

Conductores de

Cobre con

aislamiento

termoplastico

Temperatura de

dao: 150 C



Velocidad Curva de Dao de Transformador de Distribucin

Impedancia del

Transformador: Z = 4%

I / In = 1 I / In = 2

I

I / In = 25

2 sec

Curva de Dao Trmico de un Generador

0

20

40

60

80

100

120

140

100 150 200 250

Current in % of the rated current

Tim

e in

se

co

nd

s



Experimento

t

T Cable Costoso

Conductor

Barato

T1

T1

Td Dao

td

T2

T2 Tm

Fusin

tm

Conductor Barato es Sacrificado para

Proteger al Cable Costoso

tm < t d

I

Fusin del Fusible (Melting)

t2

I = I2 > I1

t3

I = I3 > I2

I = I1

t1

I = Imm

t

T

Ti

Tm

Fusin

Melting Curva de Fusin

(Melting)

I

t

Imm I1 I2 I3

t1

t2

t3

In

Corriente Nominal



Despeje de Falla

i

i

Fusible

T

t

T

i

t

Ti

Fusin

tm

Fusin Tm

tc

Despeje

tarc

Vaporizacin

Curvas de Fusibles

Curva de Fusion (Melting

Time

Curve)

I

t

Imm In

Curva de Despeje de

Falla (Clearing Time

Curve)

tc tm

Ix

Corriente Nominal



Proteccin Usando Fusibles

Curvas de

Fusible

I

t

Imm In

Curva de Dao

Equipo Protegido

I

Equipo

Protegido Fusible

td

tc

Ix

tdespeje < tdao

Proteccin Usando Rels e

Interruptores

El Tiempo total de despeje de falla debe ser

menos que el tiempo de dao del equipo

VT

CT CB IP

BUSProtected

Equipment

IS

Relay



tc

tcb

tr tm ta

Ocurre

Falla

Se Despeja

la Falla Corriente

Corriente

Carga

Normal

Corriente

de Falla

Secuencia de Eventos Durante una falla

CT

PR

CB IP

IS

Barra

Falla

Rel de Proteccin Simple

Output

(dry contact)Input

Settings

PR

Auxiliary input

(AC or DC)

Current,

Voltage

(both I & V),

or other

quantitiesThe relay thresholds

and operation time

need to be set

The contact

is used to

energize the

circuit breakerstrip coil



Esquema de Entradad/Salidas de un

Rel Basado en Microprocesadores

Auxiliary Input

(AC or DC)

Computer Based

Relay

(Digital Relay)

Computer

Communications

Analog Inputs

Discrete Inputs

Dry Contact

Outputs

(trip, alarm,

etc.)

LiveOutputs

Velocidad Minimizar Dao Mecnico

Fuerzas Mecnicas Producida por Corrientes de

Cortocircuito causan daos a las Barras,

Aisladores, Soportes, Transformadores y Maquinas

El Dao es Instantneo

i1 i2

f1 f2

Conductores Rigidos f1(t) = k i1(t) i2(t)

Fuerzas Mecnicas



Velocidad Minimizar Problemas de Estabilidad Transitoria

Sistema

Generador

E0 Ed

d

t tcrit tclear

Estable d

t tcrit tclear

Inestable

1 2

Falla

Seguridad No debe haber falso disparo

PD

M MS



Confiabilidad Debe Operar Cuando es Requerido

Selectividad

Transformador

Elevador

Resistencia Reactor de

Aterramiento

Transformador

Auxiliar 1

5

3 2

Sistema de Potencia

Falla

4



Proteccin de Generadores (1) Diagrama Unifilar

Ex.

GENERADOR

87G

Bobina

Campo

51G

21

46

32

64

24

27

81

40

78

51V 59

Proteccin de Generadores (2) Diagrama Unifilar

Ex.

GENERADOR

Trafo SSAA

Transformador Principal

Barra HV

87G

Bobina

Campo

87T

63

49

50/

51

50N/

51N

50G

21

87

46

32

64

24

27

81

40

78

59 51V

59N

GSU



Resumen

Las fallas en los generadores y otros

elementos de un sistema de potencia son

inevitables.

Las corrientes y tensiones producidos durante

fallas pueden causar dao permanente a los

generadores y otros equipos asociados.

Un sistema de proteccin optimo debe ser

sensible, rpido, seguro, confiable y selectivo.

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