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.
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Generator Protection Overview_r5 2
Planta Diesel
Turbina a Gas
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Generator Protection Overview_r5 3
Planta Pequea para Auto Productores o
Sistemas de Cogeneracin
Central Hidroelctrica
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Generator Protection Overview_r5 4
Esquema de una Central
Hidroelctrica
Generator
Turbine
Generador de Polos Salientes
Rotor
Estator
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Generator Protection Overview_r5 5
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
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Generator Protection Overview_r5 6
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.
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Generator Protection Overview_r5 7
Principios de Proteccin
Caractersticas de los Sistemas de
Proteccin
Fiabilidad
Seguridad
Confiabilidad
Sensibilidad
Velocidad
Selectividad
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Generator Protection Overview_r5 8
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
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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
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Generator Protection Overview_r5 10
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
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Generator Protection Overview_r5 11
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
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Generator Protection Overview_r5 12
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
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Generator Protection Overview_r5 13
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
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Generator Protection Overview_r5 14
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
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Generator Protection Overview_r5 15
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
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Generator Protection Overview_r5 16
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
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Generator Protection Overview_r5 17
Confiabilidad Debe Operar Cuando es Requerido
Selectividad
Transformador
Elevador
Resistencia Reactor de
Aterramiento
Transformador
Auxiliar 1
5
3 2
Sistema de Potencia
Falla
4
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Generator Protection Overview_r5 18
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
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Generator Protection Overview_r5 19
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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