Proteção contra falta à terra do rotor de um gerador elétrico

Protección contra falla a tierra del rotor de un generador eléctrico.

25 de junio de 2024 Luciano Bertene

En una generación, fueron los primeros generadores eléctricos y garantizar que los generadores funcionen sin problemas y sean confiables es de suma importancia. La generación de electricidad es fundamental para impulsar nuestra sociedad moderna, desde hogares y empresas hasta industrias e infraestructuras. Sin embargo, estas máquinas vitales no son inmunes a errores y fallas que pueden interrumpir sus operaciones y amenazar la estabilidad de toda la red eléctrica. Un aspecto crítico de la protección del generador es la implementación de protección de falla a tierra del rotor, un sistema sofisticado diseñado para detectar y mitigar un tipo específico de falla que puede tener consecuencias de gran alcance.

Protección de falla a tierra del rotor

Dado que el campo no está conectado a tierra, un solo rotor no causa baja corriente en el generador ni afecta el funcionamiento del generador eléctrico. Una falla a tierra de un solo rotor aumenta la tensión sobre la tierra en el campo cuando los transitorios del estator inducen voltaje adicional en los devanados de campo. Por tanto, la probabilidad de que se produzca un segundo error básico es alta.

Cuando ocurre una segunda falla a tierra, una parte del devanado de campo se desvía, lo que hace que aumente la corriente a través de la parte restante del devanado de campo. Esto conduce a un desequilibrio en los flujos del entrehierro y causa un problema en las fuerzas magnéticas en lados opuestos del rotor. Este desequilibrio en las fuerzas magnéticas conduce a la excentricidad del eje del rotor y provoca vibración.

El circuito del rotor está conectado a una alta resistencia. El punto central está conectado a tierra a través de un relé sensible. El relé detecta fallas a tierra del rotor en la mayor parte del círculo del rotor, con excepción del centro del rotor.

Alimentación CC: protección contra fallos a tierra

Las fallas a tierra pueden dañar los devanados. La siguiente figura muestra el método moderno de falla a tierra del rotor.

Un relé de hierro móvil polarizado crea un voltaje de polarización de CC entre el circuito de campo y tierra. Cuando ocurre una falla a tierra en el devanado de campo, "C" hace que la corriente "o" caiga a través del relé "R". Funciona porque el circuito está cerrado por el relé de polarización de CC y la falla a tierra. No es necesario apagar el generador. Normalmente, suena una alarma cuando ocurre una falla en un solo campo. Se toman inmediatamente medidas para transferir la carga del generador defectuoso y apagarlo lo más rápido posible para evitar daños mayores.

Alarma de temperatura del rotor

Este tipo de protección de generador eléctrico se utiliza para conjuntos grandes. Dado que no es práctico incorporar termopares en el devanado del rotor porque las conexiones de los anillos colectores serían complicadas, se utiliza la medición de resistencia. Un relé de bobina móvil compara el voltaje y la corriente del rotor. La bobina de voltaje del relé está conectada a través de las escobillas de anillos colectores. La onda de corriente se conecta a través de una derivación en el circuito de campo. La barrera operativa es la bobina de voltaje y se mide el bucle de corriente. El relé mide la relación V/I=R, que mide la temperatura del rotor a medida que la resistencia aumenta con la temperatura.

Detección de pérdida de excitación en generadores

Esta protección utiliza un Relé MHO o relé de impedancia de desplazamiento. La figura muestra la pérdida de propiedades de excitación.

Los efectos especiales de excitación compensada incluyen:

La máquina comienza a extraer una gran corriente magnetizante del sistema. Funciona como un generador de inducción .
La frecuencia de deslizamiento EMF se induce en el rotor.

Ambos provocan un sobrecalentamiento del rotor.

La pérdida de excitación se puede detectar midiendo el error de "compensación reactiva" de la "corriente del tator". Una “importación VAR i” excesiva indica pérdida de sincronización. El “mal funcionamiento” del relé debido a transitorios del sistema (que causan una inversión temporal del componente VAR) se soluciona incorporando un retraso de 1 a 5 segundos en la secuencia de disparo del relé.

También se puede utilizar un relé de mínima corriente en el circuito de campo, excepto en el caso de generadores grandes donde la excitación varía mucho. Pero en caso de subcorriente, el relé no funcionará si falla la excitación del campo. Un relé de mínima corriente de acción rápida falla debido a la corriente CA inducida durante la sincronización y fallas externas.

Características del relé Mho de impedancia de desplazamiento

Una solución alternativa es utilizar una impedancia de desplazamiento o un relé Mho en los terminales del generador de desplazamiento. La característica de funcionamiento del relé Mho se compensa en la figura (pérdida de excitación). En caso de excitación extremadamente baja o pérdida total de excitación, la impedancia equivalente del generador cae en la zona de disparo del relé. El esquema de protección anterior también es aplicable para la protección de circuito abierto del rotor .

El relé Mho de impedancia compensada, comúnmente conocido como relé Mho, es un elemento crucial en la protección del sistema de energía. Funciona en función de las características de impedancia y es crucial para proteger el sistema.

Principio de funcionamiento: el relé Mho utiliza un diagrama polar para visualizar su característica de impedancia. Responde a fallas dentro de un cierto rango de impedancia en este diagrama.
Protección contra pérdida de excitación: Cuando hay poca o ninguna excitación en un generador, la zona de disparo del relé puede incluir la impedancia equivalente del generador. Esto detecta una excitación insuficiente y posibles fallas del rotor inactivo.
Cargas irregulares: el relé Mho es útil para resolver problemas de secuencia negativa causados por corrientes desequilibradas del estator. Puede responder estas preguntas y mitigar los riesgos.

Beneficios

Velocidad: El relé Mho detecta y responde rápidamente a las fallas, minimizando los daños y garantizando la estabilidad.
Versatilidad: Es eficaz en diversos escenarios de falla distintos de la pérdida de excitación.
Comprensión visual: el uso de gráficos RX ilustra la respuesta del relé en diversas condiciones.

Considere los colores

Aunque el relé Mho proporciona una protección sólida, la coordinación adecuada de los ajustes y la consideración cuidadosa de los parámetros característicos del relé son esenciales para evitar disparos accidentales durante escenarios transitorios o sin falla.

Protección de secuencia negativa de generadores eléctricos contra cargas asimétricas.

El estator trifásico desequilibrado provoca que se induzcan corrientes en el rotor al doble de frecuencia. Esto puede hacer que el rotor se caliente y se dañe. En los rotores desequilibrados, las corrientes de fase tienen componentes de secuencia negativa y giran a una velocidad síncrona opuesta a la dirección de rotación del rotor. Por tanto, en el rotor se induce un flujo de corriente con doble frecuencia.

Para evitar el calentamiento del rotor en estas condiciones, se utiliza un relé de secuencia negativa, que tiene la característica I. ² ₂ t = K o t α (1/I ² ₂ ), donde t es el tiempo de operación del relé y I ₂ es el tiempo negativo. componente actual de secuencia. K es una constante con valor 7 para generación de energía de refrigeración directa y 60 para grupo electrógeno hidroeléctrico de polo saliente.

El relé dispara el interruptor principal del generador.

El sobrecalentamiento del rotor también puede deberse a una falla externa desequilibrada que no se resuelve rápidamente, un circuito abierto en una fase o la falla de un contacto del disyuntor monofásico.

Comprensión de las fallas a tierra del rotor

Una falla a tierra del rotor o falla a tierra ocurre cuando una corriente de falla fluye desde uno o más devanados del rotor hasta el núcleo metálico del generador y eventualmente toma su forma. Este error puede deberse a ruido, estrés mecánico o contaminación. Si no se resuelve, una falla a tierra del rotor puede tener consecuencias graves, incluidos daños al generador, tiempo de inactividad prolongado y posibles efectos en cascada en toda la red eléctrica.

Importancia de la protección contra falla a tierra del rotor

La protección de falla a tierra del rotor es una protección para generadores eléctricos. Permite una detección temprana y una intervención rápida para prevenir consecuencias catastróficas. Este sistema de protección mejora la confiabilidad del generador, minimiza el tiempo de inactividad y contribuye a la estabilidad general de la red eléctrica.

Componentes principales de la protección de falla a tierra del rotor.

Protección diferencial de corriente : La protección diferencial compara las corrientes que entran y salen de los devanados del rotor. Cualquier desequilibrio indica una falla que activará una alarma o dañará aún más el devanado.
Terapia Neugenerativa : Con este método, se alimenta un voltaje bajo al punto estrella del devanado y se monitorean las corrientes resultantes. Un cambio en estas corrientes puede indicar una falla a tierra en el rotor.
Conexión a tierra de alta resistencia : la implementación de alta resistencia puede ayudar a limitar las corrientes de falla y proporcionar indicación de falla. Este método permite una penetración firme de los pares antes de la protección de la fascia : al monitorear la impedancia del devanado del rotor, se pueden detectar cambios causados por fallas a tierra. Este método es particularmente útil para identificar errores intermitentes.

Beneficios y efectos

Fiabilidad mejorada : la protección contra fallas a tierra del rotor garantiza que los generadores permanezcan operativos y reduce el riesgo de fallas inesperadas y los costos asociados.
Seguridad : Al prevenir el aumento de fallas, la protección de falla a tierra del rotor contribuye a la seguridad del personal que trabaja cerca de los generadores.
Mantenimiento optimizado : mediante la detección temprana de errores, se pueden planificar proactivamente los trabajos de mantenimiento, minimizar el tiempo de inactividad y optimizar la vida útil del generador.
Estabilidad de la red : al evitar que las fallas relacionadas con el generador se propaguen a la red, la protección contra fallas a tierra del rotor ayuda a mantener la estabilidad general del sistema de energía.

Conclusión

La creciente dependencia mundial de la electricidad requiere una infraestructura de producción de energía sólida y segura. La protección contra fallas a tierra del rotor es un testimonio de los métodos innovadores que los ingenieros e investigadores están utilizando para mitigar los riesgos y desafíos asociados con la generación de energía. Al implementar sistemas de protección avanzados, como la protección contra fallas a tierra del rotor, podemos garantizar una sociedad eléctrica estable que promueva la seguridad y constituya la columna vertebral del progreso de la sociedad moderna.

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