A generador está sujeto a tensiones eléctricas impuestas en el aislamiento de la máquina, fuerzas mecánicas que actúan en las diversas partes de la máquina, y el aumento de la temperatura. Estos son los principales factores que hacen necesaria la protección del generador o alternador. Incluso cuando se utiliza correctamente, una máquina en su perfecto estado de funcionamiento no sólo mantiene su rendimiento nominal especificado durante muchos años, sino que también soporta repetidamente cierto exceso de sobrecarga.
Se deben tomar medidas preventivas contra las sobrecargas y las condiciones anormales de la máquina para que pueda servir con seguridad. Incluso asegurando un diseño, construcción, operación y medios preventivos de protección eficientes, el riesgo de una falla no puede ser completamente eliminado de ninguna máquina. Los dispositivos utilizados en protección del generador…asegurarse de que cuando surja una falla, se elimine lo más rápido posible.
Un generador eléctrico puede estar sujeto a un fallo interno o externo o ambos. Los generadores están normalmente conectados a un sistema de energía eléctricaPor lo tanto, cualquier fallo que se produzca en el sistema de energía también debe ser eliminado del generador lo antes posible, ya que de lo contrario puede crear daños permanentes en el generador. El número y la variedad de fallos que ocurren en un generador son enormes. Por eso el generador o el alternador está protegido con varios esquemas de protección. La protección del generador es de tipo discriminatorio y no discriminatorio. Hay que tener mucho cuidado en la coordinación de los sistemas utilizados y los ajustes adoptados para asegurar que una protección sensible, selectiva y discriminatoria esquema de protección del generador se logra.
Tipos de protección del generador
Las diversas formas de protección que se aplican al generador pueden clasificarse en dos maneras,
- Relés de protección para detectar las fallas que ocurren fuera del generador.
- Relés de protección para detectar fallos que se produzcan en el interior del generador.
Aparte de los relés de protección, asociados directamente con el generador y su transformador asociado, hay pararrayos…sobre las protecciones de velocidad, dispositivos de flujo de aceite y dispositivos de medición de la temperatura para el cojinete del eje, el bobinado del estator, el bobinado del transformador y… aceite para transformadores etc. Algunos de estos dispositivos de protección son de tipo no de viaje, es decir, sólo generan alarma durante las anormalidades.
Pero los otros esquemas de protección finalmente operan el relé de disparo maestro del generador. Cabe señalar que ningún relé de protección puede evitar el fallo, sólo indica y minimiza la duración del mismo para evitar el aumento de la temperatura en el generador, ya que de lo contrario puede haber daños permanentes en él. Es deseable evitar cualquier exceso de tensión en el generador, y para ello es práctica habitual instalar un condensador de sobretensión o un desviador de sobretensión, o ambos, para reducir los efectos de los rayos y otras sobretensiones en la máquina.
A continuación se examinan brevemente los planes de protección que suelen aplicarse al generador.
Protección contra el fallo de aislamiento
La principal protección proporcionada en el devanado del estator contra la falla de fase a fase o de fase a tierra, es longitudinal protección diferencial del generador. El segundo esquema de protección más importante para el devanado del estator es la protección contra fallas entre giros. Este tipo de protección se consideraba innecesario en días anteriores porque la ruptura del aislamiento entre puntos del mismo devanado de fase, contenidos en la misma ranura, y entre los que existe una diferencia de potencial, se transforma muy rápidamente en una falla a tierra, y luego es detectada por la protección diferencial del estator o el protección de falla de tierra del estator. Un generador está diseñado para producir un voltaje relativamente alto en comparación con su salida y que por lo tanto contiene un gran número de conductores por ranura. Con el aumento del tamaño y el voltaje del generador, esta forma de protección se está volviendo esencial para todas las grandes unidades generadoras.
Protección de la Falla de la Tierra del Estator
Cuando el estátor neutral se conecta a tierra a través de un resistencia, a transformador de corriente está montada en la conexión de neutro a tierra. Relevo de tiempo inverso se utiliza a través del secundario de la TC cuando el generador está conectado directamente a la barra de bus. En caso de que el generador alimente la energía a través de un transformador de estrella delta, un Relevo instantáneo se utiliza para el mismo propósito. En el primer caso, se requiere que el relé de fallas a tierra sea calificado con otros relés de fallas en el sistema. Esta es la razón por la que Relevo de tiempo inverso se utiliza en este caso. Pero en este último caso, el bucle de falla a tierra está restringido al devanado del estator y al devanado primario del transformador, por lo que no hay necesidad de graduación o discriminación con otros relés de falla a tierra en el sistema. Por eso es que el relé instantáneo es preferible en este caso.
Protección de la Falla de la Tierra del Rotor
Una sola falla en la tierra no crea ningún problema importante en el generador, pero si se produce la segunda falla en la tierra, sin embargo, parte del devanado de campo se pondrá en cortocircuito y se desequilibrará. campo magnético en el sistema y, en consecuencia, puede haber grandes daños mecánicos en los cojinetes del generador. Hay tres métodos disponibles para detectar los tipos de fallo en el rotor. Los métodos son
- Potenciómetro método
- Método de inyección de CA
- Método de inyección de DC
Protección de carga del estator desequilibrado
El desequilibrio en la carga produce corrientes de secuencia negativa en el circuito del estator. Esta corriente de secuencia negativa produce un campo de reacción que gira al doble de la velocidad sincrónica con respecto al rotor y, por lo tanto, induce una corriente de doble frecuencia en el rotor. Esta corriente es bastante grande y provoca un sobrecalentamiento en el circuito del rotor, especialmente en el alternador. Si se produjera algún desequilibrio debido a un fallo en el propio devanado del estator, éste se eliminaría instantáneamente por la protección diferencial proporcionada en el generador. Si el desequilibrio se produce debido a cualquier fallo externo o a una carga desequilibrada en el sistema, puede permanecer sin ser detectado o puede persistir durante un período de tiempo significativo, dependiendo de la coordinación de la protección del sistema. Estos fallos se eliminan entonces instalando un relé de secuencia de fase negativa con las características que se corresponden con la curva de resistencia de la máquina.
Protección contra el sobrecalentamiento del estator
La sobrecarga puede causar un sobrecalentamiento en el bobinado del estator del generador. No sólo la sobrecarga, el fallo de los sistemas de refrigeración y el fallo de aislamiento de las láminas del estator también causan el sobrecalentamiento del bobinado del estator. El sobrecalentamiento es detectado por detectores de temperatura incorporados en varios puntos del devanado del estator. Las bobinas de los detectores de temperatura son normalmente resistencia elementos que forman un brazo de la El circuito del puente de Wheatstone. En el caso de los generadores más pequeños, normalmente por debajo de 30 MW, los generadores no están equipados con una bobina de temperatura incorporada, sino que suelen estar equipados con un relé térmico y están dispuestos para medir la corriente que fluye en el bobinado del estator. Esta disposición sólo detecta el sobrecalentamiento causado por la sobrecarga y no proporciona ninguna protección contra el sobrecalentamiento debido a un fallo en los sistemas de refrigeración o a un cortocircuito en las láminas del estator. Aunque sobre los relés de corrienteTambién se utilizan relés de secuencia de fase negativa y dispositivos de control de flujo constante para proporcionar un cierto grado de protección contra la sobrecarga térmica.
Protección de bajo vacío
Esta protección, normalmente en forma de un regulador que compara el vacío con la presión atmosférica, normalmente se instala en el grupo electrógeno de más de 30 MW. La práctica moderna es que el regulador descargue el conjunto a través del gobernador secundario hasta que se restablezcan las condiciones normales de vacío. Si las condiciones de vacío no mejoran por debajo de 21 pulgadas, las válvulas de cierre se cierran y la principal interruptor de circuito… se tropieza.
Protección contra la falla del aceite de lubricación
Esta protección no se considera esencial ya que el aceite lubricante se obtiene normalmente de la misma bomba que el aceite del gobernador y un fallo del aceite del gobernador hará que la válvula de cierre se cierre automáticamente.
Protección contra la pérdida de disparo de calderas
Existen dos métodos para detectar la pérdida de disparo de la caldera. En el primer método, se proporcionan contactos normalmente abiertos (NO) con los motores de los ventiladores que pueden disparar el generador si fallan más de dos motores. El segundo método utiliza un caldera contactos de presión que descargan el generador si la presión de la caldera cae por debajo del 90% aproximadamente.
Protección contra el fracaso del Primer Mover
Si el impulsor principal falla en el suministro de energía mecánica al generador, éste continuará girando en modo motorizado, lo que significa que toma la energía eléctrica del sistema en lugar de suministrarla al sistema. En vapor La turbina fijó el vapor actúa como refrigerante manteniendo las palas de la turbina a una temperatura constante. Por lo tanto, un fallo en el suministro provocará un sobrecalentamiento por fricción, con la consiguiente distorsión de los álabes de la turbina. El fallo en el suministro de vapor puede causar graves daños mecánicos además de imponer una pesada carga de motor al generador. Para ello se utiliza un relé de potencia inversa. Tan pronto como el generador comience a girar en modo motorizado, el relé de potencia inversa disparará el grupo electrógeno.
Protección contra exceso de velocidad
Aunque la práctica general es proporcionar dispositivos mecánicos de sobrevelocidad tanto en la turbina de vapor como en la hidroturbina, que funcionan directamente en la válvula de mariposa de vapor o en la válvula principal de paso, no es habitual respaldar estos dispositivos con un relé de sobrevelocidad en los conjuntos accionados por vapor. Sin embargo, se considera una buena práctica en las unidades hidroeléctricas, ya que la respuesta del regulador es comparativamente lenta y el conjunto es más propenso a la sobrevelocidad. El relé, cuando está instalado, suele ser alimentado por el generador de imanes permanentes utilizado para el control del regulador.
Protección contra la distorsión del rotor
Las velocidades de enfriamiento después de la parada, en la parte superior e inferior de la carcasa de la turbina, son diferentes y esta distribución desigual de la temperatura tiende a causar la destrucción del rotor. Para minimizar la interrupción, es una práctica común girar el rotor a baja velocidad durante el período de enfriamiento. En vista de las fuerzas que intervienen en los grandes rotores modernos, ahora es una práctica habitual instalar detectores de excentricidad del eje.
Protección contra la diferencia de expansión entre las partes giratorias y fijas
Durante el período de funcionamiento, la velocidad de calentamiento del rotor difiere de la de la carcasa, debido a la diferencia de masa. Como resultado, el rotor se expande a una velocidad diferente a la de la carcasa y es necesario superar esta expansión desigual. Con este fin, se propone en la máquina más grande el suministro independiente de vapor que se fijará en ciertas uniones de la carcasa. Por lo tanto, es conveniente proporcionar un medio de medir la expansión axial para ayudar al operador a alimentar el vapor a los puntos correctos y también para proporcionar una indicación de cualquier expansión peligrosa. El detector de la expansión axial del eje es básicamente similar al equipo descrito para el equipo de distorsión del rotor, salvo que los imanes detectores están fijados a la carcasa de la turbina.
Protección contra la vibración
Los detectores de vibración suelen estar montados en los pedestales de los rodamientos. El detector consiste en una bobina montada en resortes entre imanes permanentes en forma de U. La salida de voltaje de la bobina, que es proporcional al grado de vibración, pasa de la bobina a los circuitos de integración y luego al instrumento indicador de intervalos.
Protección de respaldo del generador
La protección de respaldo siempre debe ser dada en máquinas de alta calidad como generador síncrono o alternador. Si las fallas ocurridas no han sido aclaradas por el esquema de protección apropiado, entonces retroceda relés de protección debe ser operado para despejar la falla. Los relés de sobrecorriente se utilizan generalmente para este propósito. Debido a que la reactancia síncrona de las máquinas modernas suele ser superior al cien por cien, la corriente de fallo sostenido que se introduce desde la máquina en un fallo externo está invariablemente por debajo de la corriente normal a plena carga. Los relés IDMT normales no resultarían satisfactorios porque sus ajustes de corriente deben estar cerca de la carga completa y su tiempo es corto si se quiere obtener la operación, lo que resulta en una probable falta de discriminación con otros relés de sobrecorriente en el sistema. Además, el relé de sobrecorriente funcionaría muy probablemente por la pérdida de campo en la máquina, desconectándola prematuramente. Para superar este problema es habitual aplicar un relé de sobrecorriente en combinación con un relé de subtensión, controlando este último los ajustes de fallo del primero, como se muestra en la figura siguiente.
