Relé de protección de máquinas síncronas

Las máquinas eléctricas síncronas son máquinas de corriente alterna, generalmente trifásicas. Como la mayoría de los convertidores electromecánicos, pueden operar tanto en modo generador como motor. Un modo especial de operación de una máquina síncrona es el modo de compensación de potencia reactiva. Las máquinas especiales diseñadas para este propósito se denominan compensadores síncronos.

A pesar de la reversibilidad fundamental de los motores y generadores síncronos, suelen tener características de diseño que rara vez permiten utilizar motores como generadores y viceversa.

Generadores dañados

Daños en el devanado del estator:

• Cortocircuitos multifásicos;

• Faltas a tierra monofásicas (si corresponde);

• fallas gemelas a tierra;

• Cortocircuito entre espiras de una fase (para generadores síncronos con ramales de salida en paralelo).

Fallo en el devanado del rotor (en el devanado de campo):

• Puesta a tierra (cuerpo del rotor) en un punto;

• Puesta a tierra en dos puntos del circuito de excitación.

Modos de funcionamiento anormales de los generadores.

• Sobrecarga del estator de un generador síncrono (simétrico y asimétrico).

• Sobrecargas en caso de cortocircuitos externos.

• Aumento de voltaje en los terminales del devanado del estator.

• Modo asíncrono.

Requisitos para la protección de relés de generadores

Selectividad — la protección debe apagar el generador sólo en aquellas fallas y modos que representen un peligro real para el generador.

productividad — reducir el grado de falla de la máquina y evitar el funcionamiento paralelo inestable de generadores y sistemas.

Sensibilidad — sobre todo tipo de fallos en un generador síncrono, así como sobre cortocircuitos de elementos adyacentes para respaldar las protecciones y maniobras de estos elementos en caso de fallo de los mismos. La defensa debe funcionar no solo en Q sino también en un dispositivo AGP para detener la corriente de cortocircuito enviada por el propio generador.

Apagado actual sin retardo de tiempo

Se utiliza como protección principal para generadores de potencia inferior a 1 MW contra cortocircuitos multifásicos en el devanado del estator. Instalado en el lateral de los terminales de barras.

Protección diferencial longitudinal

Se utiliza como protección principal para generadores de más de 1 MW contra cortocircuitos polifásicos en el devanado del estator.

El TA se instala del lado del embarrado y del lado del neutro.

Cálculo de los parámetros de la protección diferencial longitudinal

Corriente de protección:

Habitualmente, dependiendo de la potencia del generador, la corriente de actuación de la protección está en el rango:

Prueba de sensibilidad de protección:

Protección diferencial transversal

Se utiliza como protección principal para generadores con una potencia superior a 1 MW contra un cortocircuito por vuelta. Mantiene la protección diferencial longitudinal en caso de cortocircuito multifásico en el devanado del estator.

Circuito de protección diferencial transversal de un solo relé

El transformador de corriente se instala en un circuito entre dos puntos cero de ramas paralelas del devanado del estator conectado en estrella.

Filtro ZF para sintonización de armónicos más altos que fluyen en el circuito neutral, múltiplos de tres.

Protección contra fallas a tierra en el devanado del estator de generadores o sus terminales

1. Protección direccional de corriente para generadores que operan en una unidad con un transformador en una red con neutro aislado.

2. Protección contra fallas a tierra utilizando componentes de baja frecuencia de bienes de consumo generados por una falla de arco intermitente para generadores conectados en red con neutro compensado.

3. Protección de falla a tierra para generadores que operan en red con neutro con conexión a tierra resistiva.

4. Señalización en caso de puesta a tierra monofásica de tensión homopolar.

Protección de falla a tierra para generadores que operan en redes con un neutro aislado o conectado a tierra de forma resonante

La protección de tierra tiene una "zona muerta" de aproximadamente el 5 % de la resistencia del devanado del estator para un cortocircuito cercano a cero (punto K2). Los valores 3U0, 3I0 son proporcionales al número de vueltas de fase entre el neutro y el lugar de la falla.

Alarma de falla a tierra monofásica en voltaje de secuencia cero

Protección contra fallas a tierra para generadores que operan en una red neutra conectada a tierra resistiva

Protección contra puesta a tierra secundaria en el devanado del rotor

Distribución de tensión en el devanado del rotor en caso de faltas a tierra.

Circuito de protección del generador contra un cortocircuito en dos puntos del circuito de excitación

(a) esquema de excitación; b) circuitos de corriente de operación

Bloqueo de sobretensión contra sobretensión

• Diseñado para proteger generadores de sobrecorriente durante cortocircuitos externos.

• Apto para generadores con una potencia inferior a 30 MW.

• Se realiza en dos etapas.

Circuito de bloqueo de sobretensiones

a) circuitos de corriente; b) circuitos de tensión; c) circuitos de corriente de operación

Protección contra sobreintensidad de secuencia negativa

• Se utiliza para generadores con una potencia de 30-60 MW.

• Diseñado para proteger generadores de cortocircuitos asimétricos externos.

a) circuitos de corriente; b) circuitos de tensión; c) circuitos de corriente de operación

Protección de distancia del generador

• Se utiliza para generadores con una potencia de más de 60 MW.

• Diseñado para proteger generadores de cortocircuitos asimétricos externos.

La resistencia de la operación de protección se selecciona de acuerdo con la condición de ajuste de la carga máxima a la tensión mínima de operación:

Circuito de protección de distancia del generador

Protección de gatillo:

Protección contra sobretensiones

Instalado en hidrogeneradores:

Instalado en generadores de turbina con una capacidad de 160 MW y superior:

Protección del generador contra modos asíncronos

Tipos de generadores AR

1. Con excitación total o parcial.

2. Sin emoción.

El principio de protección de generadores de modos asíncronos. remotamente, se monitorea la resistencia del generador.

Protección del motor

Daños a los motores eléctricos:

• faltas a tierra monofásicas;

• Cierres entre vueltas de una fase;

• cortocircuitos de fase.

Modos anormales de funcionamiento del ED:

• Sobrecarga con corrientes superiores a la nominal;

• Sobrecarga del actuador.

Protección contra cortocircuitos multifase

Circuito de protección contra sobrecorriente instantánea

Protección de bajo voltaje

Es posible que no se produzca el arranque automático de los motores si la presión de los neumáticos es más baja:

Circuito de protección de mínima tensión con relé directo:

Protección de motores eléctricos síncronos contra caídas de una red síncrona: