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PRINCIPIOS DE PROTECCIÓN DE GENERADORES Y
SISTEMAS AUXILIARES EN SISTEMAS AUXILIARES EN CENTRALES
TERMOELÉCTRICAS TERMOELÉCTRICAS
GRUPO ZENER, S.C. TEL. (833) 221 2322, 216 2863 e-mail: gpozener@prodigy.net.mx, gpozener@hotmail.com
PRINCIPIOS DE PROTECCIÓN DE GENERADORES Y SISTEMAS AUXILIARES
EN CENTRALES TERMOELÉCTRICASEN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS
1.- PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA MÁQUINA SÍNCRONA.1.1.- DIFERENTES TIPOS DE MÁQUINAS SÍNCRONAS.1 2 COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN ESTADO ESTABLE1.2.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN ESTADO ESTABLE.1.3.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN CONDICIONES DE CORTO
CIRCUITO.1.4.- PRÁCTICAS DE ATERRIZAMIENTO DE GENERADORES.
2.- FALLAS EN GENERADORES.2.1.- FALLAS INTERNAS A TIERRA O ENTRE FASES.2.2.- CONDICIONES ANORMALES EN GENERADORES.2.3.- FALLAS EXTERNAS.2.4.- FALLAS DE ORIGEN MECÁNICO.
3.- PROTECCIONES PARA FALLAS INTERNAS ENTRE FASES 87G.3.1.- PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE PORCENTAJE.3.2.- PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA.
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3.3.- PROTECCIÓN DIFERENCIAL AUTOBALANCEADA.3.4.- PROTECCIÓN DE RESPALDOS.
PRINCIPIOS DE PROTECCIÓN DE GENERADORES Y SISTEMAS AUXILIARES
EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS4.- PROTECCIÓN DE FALLA A TIERRA EN EL ESTATOR.
4.1.- PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE DIRECCIONAL.Ó
EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS
4.2.- PROTECCIÓN DE SOBREVOLTAJE EN NEUTRO (95%)3.3.- PROTECCIÓN PARA 100% DE DEVANADO DE ESTATOR.
5.- PROTECCIÓN CONDICIONES NORMALES.
5.1.- BAJA/ALTA FRECUENCIA 895.2.- SOBRE EXCITACIÓN Y SOBREVOLTAJE 59/81 Y 595.3.- PÉRDIDA DE EXCITACIÓN 405.4.- PÉRDIDA DE SINCRONISMO. 785.5.- DESBALANCE DE CORRIENTES. 465.6.- PROTECCIÓN.5.7.- FALLA A TIERRA EN EL ROTOR. 64F
6.- PROTECCIONES DE RESPALDO.
6 1 PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA DE INTERRUPTOR 50BF
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6.1.- PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA DE INTERRUPTOR 50BF6.2.- PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA ENTRE FASES. 21/51V6.3.- PROTECCIÓN DE RESPALDO FALLA A TIERRA. 51NT
PRINCIPIOS DE PROTECCIÓN DE GENERADORES Y SISTEMAS AUXILIARES
EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS
7.- FALLAS DE ORIGEN MECÁNICO.
7.1.- CHUMACERAS.7.2.- VIBRACIÓN.7.3.- FALLAS MÁQUINA PRIMA.
8.- LÓGICA DE PROTECCIONES PARA DIFERENTES ARREGLOS DE GENERADORES.
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1.- PRINCIPIOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS
SÍNCRONASSÍNCRONAS1.1.- DIFERENTES TIPOS DE MÁQUINAS SÍNCRONAS
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MÁQUINA DE POLOS LISOS (ROTOR CILINDRICO)
CARACTERÍSTICAS:
• ALTAS VELOCIDADES 1800/3600 RPM.• ROTOR FABRICADO DE FORJAS DE ACERO SÓLIDO.• USADAS EN TURBINAS DE VAPOR Y GAS.
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MÁQUINA DE POLOS SALIENTES
CARACTERÍSTICAS:
S OC S• BAJAS VELOCIDADES.• DEVANADOS CONCENTRADOS.• USADAS EN TURBINAS HIDRÁULICAS.
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CONEXIÓN DIRECTA
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CONEXIÓN UNITARIA
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ESQUEMA ESTRUCTURALDEL GENERADOR
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DIAGRAMA FASORIALDEL GENERADOR
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CIRCUITO EQUIVALENTEDEL GENERADOR
Pg = E V
X sen fa t
r r
δ Q = E V
Xcos -
V
Xgfa t t
r r r
δ
2
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Xsin
QX Xg
sin sin
1.2.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN ESTADO ESTABLE. FALLA
SIMÉTRICASIMÉTRICA
OSCILOGRAMA DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO TRIFÁSICO SIMÉTRICA DE
idt/Td'-eidid't/Td"-e)id' - (id" +−+= )( iac
OSCILOGRAMA DE LA CORRIENTE DE CORTO-CIRCUITO TRIFÁSICO SIMÉTRICA DE UNA MÁQUINA SÍNCRONA.Xd”Reactancia Subtransitoria determina la corriente de falla en los primeros ciclos (0-6 ciclos).Xd’ Reactancia transitoria determina la corriente de falla antes de llegar al estado estable (6-25Xd Reactancia transitoria determina la corriente de falla antes de llegar al estado estable (6 25
ciclos).Xd Reactancia síncrona determina la corriente de falla en estado estable.
id” = E”/Xd”id’ = E’/Xd’
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id E /Xdid” = E/Xd
1.3.- COMPORTAMIENTO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA EN CONDICIONES DE CORTO-
CIRCUITOCIRCUITO.
OSCILOGRAMA DE UNA CORRIENTE DE CORTO-CIRCUITO ASIMÉTRICA.
Ta3 = X2/2πfRa
X2 = Reactancia de secuencia Negativa
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X2 = Reactancia de secuencia NegativaRa = Resistencia de armadura.
f = Frecuencia.
COMPONENTE DE SECUENCIA POSITIVA
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COMPONENTE DE SECUENCIA NEGATIVA
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COMPONENTE DE SECUENCIA CERO
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RELACION ENTRE COMPONENTES DE SECUENCIA Y SECUENCIA DE FASE
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IMPEDANCIA DE SECUENCIA POSITIVA
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IMPEDANCIA DE SECUENCIA NEGATIVA
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IMPEDANCIA DE SECUENCIA CERO
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FALLA TRIFÁSICA
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FALLA ENTRE FASES
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FALLA DE LÍNEA A TIERRA
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FALLA DE DOBLE LÍNEA A TIERRA
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1.4.- PRÁCTICAS DE ATERRIZAMIENTO DE GENERADORES
Xn
BAJA RESISTENCIA ALTA RESISTENCIA RESONANTE
R0≥ 2X00<R0/X1<10 R0/X1>100 Xn= XC0
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PROTECCIONES DEL GENERADOR
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2.- FALLAS EN GENERADORES
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FALLAS INTERNAS ENTRE FASES
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PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE PORCENTAJE
CARACTERÍSTICA DE OPERACIÓN RELEVADOR DIFERENCIAL DE PORCENTAJE CON
PENDIENTE DEL 10 %PENDIENTE DEL 10 %
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CARACTERÍSTICAS DE LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE PORCENTAJE
IOPERACION = I1 + I2
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OPERACION 1 2IRESTRICCION = |I1| + |I2|
PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA
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PROTECCIÓN DIFERENCIAL AUTOBALANCEADA
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FALLAS INTERNAS A TIERRA EN ESTATOR
PROTECCIÓN DIFERENCIAL FALLA A TIERRA UTILIZANDO RELÉ TIPO PRODUCTO (DIRECCIONAL)
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PROTECCIÓN DIFERENCIAL FALLA A TIERRA UTILIZANDO RELÉ TIPO PRODUCTO (DIRECCIONAL)USADO EN GENERADORES CONECTADO DIRECTAMENTE A CARGAS
PROTECCIÓN FALLA A TIERRA PARA 95% DEVANADO EN GENERADORES ATERRIZADOS
CON ALTA RESISTENCIA (64G)( )
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PROTECCIÓN FALLA A TIERRA DE 100% ESTATOR
iTÉCNICA BASADA EN EL VOLTAJE DE TERCERA ARMÓNICA.
iINYECCIÓN DE VOLTAJE RESIDUALCC Ó O J S U
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VOLTAJES DE TERCERA ARMÓNICA PARA DIFERENTES CONDICIONES DE
OPERACIÓNOPERACIÓN
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ESQUEMA DE BAJO VOLTAJE DE TERCERA ARMÓNICA
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ESQUEMA DE VOLTAJE RESIDUAL DE TERCERA ARMÓNICA EN TERMINALES DE
GENERADORGENERADOR
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COMPARADOR DE VOLTAJE DE TERCERA ARMÓNICA
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ESQUEMA DE INYECCIÓN DE VOLTAJE SUBARMÓNICO
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CURVA DE CAPABILIDAD DE UN GENERADOR
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DIAGRAMA R-X DEL FENÓMENO DE PÉRDIDA DE EXCITACIÓN
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CARACTERÍSTICA TIPO MHO
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CARACTERÍSTICA TIPO MHO DEDOS ZONAS
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PROTECCIÓN FALLA A TIERRA EN EL ROTOR USANDO UNA FUENTE DE
CORRIENTE DIRECTACORRIENTE DIRECTA
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PROTECCIÓN DE FALLAS A TIERRA PARA MÁQUINAS CON EXCITACIÓN SIN
ESCOBILLASESCOBILLAS
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CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA EN LA SUPERFICIE DEL ROTOR
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LÍMITES DE OPERACIÓN EN BAJA FRECUENCIA TÍPICOS DE UNA TURBINA DE
VAPORVAPOR
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SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN TURBOGENERADOR QUE MUESTRA LAS TRAYECTORIAS DE CAMPO MAGNÉTICO
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CURVA DE LÍMITE VOLTS/HERTZ PARA UN GENERADOR
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CURVA DE LÍMITE VOLTS/HERTZ PARA UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA
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CURVAS COMBINADAS VOLTS/HERTZ PARA UN GRUPO GENERADOR TRANSFORMADOR
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PROTECCIÓN ÓPTIMA DE UN GRUPO GENERADOR TRANSFORMADOR CONTRA
SOBREEXCITACIÓN UTILIZANDO DOS RELEVADORES VOLTS/HERTZRELEVADORES VOLTS/HERTZ
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PROTECCIÓN CONTRA CONDICIONES ANORMALES
PROTECCIÓN CONTRA BAJA FRECUENCIA
CAUSAS DE BAJA FRECUENCIA
•SOBRECARGA EN EL SISTEMA•SOBRECARGA EN EL SISTEMA
•SOBRECARGA EN GENERADOR AISLADO
•FALLA EN EL SISTEMA DE CONTROL DEL GOBERNADOR
PROBLEMAS EN TURBINAS DE VAPOR
•RESONANCIA EN LOS ÁLABES DE LA TURBINA
•FATIGA DE LOS ÁLABES
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•SOBREFLUJO EN EL ESTATOR
ESQUEMA DE PROTECCIÓN DE BAJA FRECUENCIA PARA UNA TURBINA DE
VAPORVAPOR
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PROTECCIÓN CONTRA ALTA TEMPERATURA DEL ESTATOR (49G)
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PROTECCIÓN DE VOLTAJE BALANCEADO (60).
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PROTECCIÓN DE RESPALDO DE TIERRA (51NT).
Conexión básica del Esquema si se trata de un transformador trifásico
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PROTECCIÓN DE RESPALDO DE TIERRA (51NT).( )
Conexión básica del Esquema cuando se usan TC´s tipo bushimg
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PROTECCIÓN DE RESPALDO DE FASE (51V).
Conexión para los relevadores de sobrecorriente con control por bajo voltaje
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PROTECCIÓN DE RESPALDO DE FASE (51V).
Conexión para los relevadores de distancia
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PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL
Arreglos típicos de subestaciones generadoras:
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PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELÉS DE VOLTAJE SUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTESUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTE
Lógica de voltaje supervisada por sobrecorriente
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PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELEVADOR DE
SOBRECORRIENTE DIRECCIONALSOBRECORRIENTE DIRECCIONALLógica de sobrecorriente direccional
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PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELEVADOR DE
DISTANCIADISTANCIALógica de relevador de impedancia
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PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELÉ DE SOBRECORRIENTE
SUPERVISADO POR CONTACTOS AUXILIARESSUPERVISADO POR CONTACTOS AUXILIARESLógica de sobrecorriente supervisado por contactos auxiliares
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PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELEVADOR FALLA
DE INTERRUPTORDE INTERRUPTORLógica de falla de interruptor
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CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL
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CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ARQUEO DE UN POLO DE INTERRUPTOR
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DIAGRAMA DE SECUENCIA PARA EL ARQUEO DE UN INTERRUPTOR DE ALTA EN
UN GENERADOR UN GENERADOR
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CIRCUITO SIMPLIFICADO PARA EL ARQUEO EN UN POLO DE UN INTERRUPTOR DE ALTA
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ESQUEMA DE SOBRECORRIENTE SUPERVISADO POR VOLTAJE (50/27)
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PROTECCIÓN CONTRA ENERGIZACIÓN ACCIDENTAL USANDO RELÉS DE FRECUENCIA
SUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTESUPERVISADOS POR SOBRECORRIENTE
LOGICA DE FRECUENCIA SUPERVISADA POR SOBRECORRIENTE
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ESQUEMA DE FALLA DE INTERRUPTOR MODIFICADO
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PÉRDIDA DE SINCRONISMO
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PÉRDIDA DE SINCRONISMO
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ESQUEMAS DE PERSIANA
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PROTECCIÓN FALLA DE INTERRUPTOR DE GENERADORES
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PROTECCIÓN FALLA DE INTERRUPTOR DE GENERADORES
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PROTECCIÓN FALLA DE INTERRUPTOR DE GENERADORES
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LÓGICA DEL ESQUEMA DE FALLA DE INTERRUPTOR DE GENERADORES
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TEMPORIZACIÓN EN EL ESQUEMA FALLA DE INTERRUPTOR
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LÓGICA MODIFICADA DEL ESQUEMA DE FALLA DEL INTERRUPTOR
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PROBLEMAS
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FUNCIONES RELEVADORBECKWITT M-3420
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FUNCIONES RELEVADORBECKWITT M-3430
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PROTECCIÓN CONTRA PÉRDIDA DE CAMPO
CAUSAS QUE PROVOCAN LA PÉRDIDA DE EXCITACIÓN;
FALLA EN EL DEVANADO DE CAMPOFALLA EN EL REGULADOR DE VOLTAJEFALLA EN EL REGULADOR DE VOLTAJEPROBLEMAS EN ANILLOS DESLIZANTES O EN ESCOBILLASDISPARO ACCIDENTAL DE INTERRUPTOR DE CAMPO
CONSECUENCIAS DE LA PÉRDIDA DE EXCITACIÓN:
ABSORCIÓN GRANDE DE POTENCIA REACTIVADISMINUCIÓN DE VOLTAJE EN LAS TERMINALES DEL GENERADORDISMINUCIÓN DE VOLTAJE EN LAS TERMINALES DEL GENERADORPÉRDIDA DE SINCRONISMOCALENTAMIENTO EN EL ESTATOR
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PROTECCION CONTRA CORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA
CAUSAS QUE GENERAN CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA:
IMPEDANCIAS ASIMÉTRICAS EN TRANSFORMADORES DE POTENCIALÍNEAS NO TRANSPUESTASCARGAS DESBALANCEADASFALLAS DESBALANCEADAS EN EL SISTEMACIRCUITOS ABIERTOSCARGAS CON ALTO CONTENIDO DE ARMÓNICAS
CONSECUENCIAS:
CORRIENTES DE DOBLE FRECUENCIA EN LA SUPERFICIE DEL ROTOR QUE O OC S S S C O OPROVOCAN ALTAS TEMPERATURAS EN LA SUPERFICIE DEL ROTOR.
ALTAS CORRIENTES EN LOS ANILLOS DE RETENCIÓN, CUÑAS DE SUJECIÓN DEBIDO A LAS CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA.
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DEBIDO A LAS CORRIENTES DE SECUENCIA NEGATIVA.
CAPACIDAD DE GENERADORES A LA CORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA
TIPO DE GENERADOR CORRIENTE PERMISIBLE I2 EN FORMA CONTINUA
POLOS SALIENTES
CON DEVANADOS AMORTIGUADORES 10 %SIN DEVANADOS 5 %
ROTOR CILÍNDRICOROTOR CILÍNDRICO
ENFRIADO INDIRECTAMENTE 10 %DIRECTAMENTE ENVIADO HASTA 960 MVAS 8 %DE 961 A 1200 MVAS 6 %DE 961 A 1200 MVAS 6 %DE 1201 A 1500 MVAS 5 %
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CAPACIDAD DE CORRIENTE DE SECUENCIANEGATIVA DE TIEMPO CORTO
I2t = K
TIPO DE GENERADOR KGENERADOR DE POLOS SALIENTES K40CONDENSADOR SÍNCRONO 30
GENERADOR DE ROTOR CILÍNDRICOINDIRECTAMENTE ENFRIADO 20DIRECTAMENTE ENFRIADO DE 0 A 800 MVAS 10
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CAPACIDAD DE CORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA DE TIEMPO CORTO PARA
GENERADORES DIRECTAMENTE ENFRIADOSGENERADORES DIRECTAMENTE ENFRIADOS
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ESQUEMA DE RELEVADORDE SECUENCIA NEGATIVA
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CURVA DE RELEVADOR DE SECUENCIA NEGATIVA ELECTROMECÁNICO
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CURVA DE RELEVADOR ESTÁTICO DIGITAL
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PROTECCIÓN CONTRA FALLA A TIERRA EN EL ROTOR
CAUSAS.
UNA PRIMERA FALLA A TIERRA GENERALMENTE NO AFECTA LA OPERACIÓNG ODEL GENERADOR.
ESTAS FALLAS SE DEBEN A PROBLEMAS DE AISLAMIENTO EN ELDEVANADO DEL ROTOR, HUMEDAD, POLVO EN CIRCUITOS DEL ROTORINCLUYE ESCOBILLAS ANILLOS DESLIZANTES ETCINCLUYE ESCOBILLAS, ANILLOS DESLIZANTES, ETC.
CONSECUENCIAS:
UNA SEGUNDA FALLA PROVOCA FLUJOS MAGNÉTICOS DESBALANCEADOSUNA SEGUNDA FALLA PROVOCA FLUJOS MAGNÉTICOS DESBALANCEADOS,PROVOCANDO VIBRACIÓN Y DAÑOS EN EL ROTOR.
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PROTECCIÓN CONTRA FALLA A TIERRA EN EL ROTOR USANDO UN DIVISOR DE VOLTAJE
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PROTECCIÓN DE FALLAS A TIERRA USANDO ESCOBILLAS PILOTO
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PROTECCIÓN CONTRA FALLAS A TIERRA PARA MÁQUINAS CON EXCITACIÓN SIN
ESCOBILLASESCOBILLAS
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