sistema: los generadores de inducción y los generadores sincrónicos. Ambos tipos de máquinas requieren protección de interconexión. [7,11]
Las características de la protección de interconexiones varían substancialmente dependiendo de factores como: tamaño del generador, punto de interconexión con el sistema, tipo de generador y configuración del transformador de interconexión. Se pueden citar de forma general, los objetivos específicos de un sistema de protección de interconexiones de plantas con GD, así como las funciones de protección necesarias para lograr cada objetivo, esto se resume en la tabla 2.3. [7,11,19,27,28,30]
Tabla 2.3. Objetivo y función de la protección de interconexión.
Objetivo de la Protección Función de Protección a emplear Detección de la pérdida de operación en
paralelo con el sistema.
81O/U, 81R, 27/59, Disparo Transferido
Detección de alimentación de fallas Fallas de Fase: 51V, 67, 21 Fallas a Tierra: 51N, 67N, 59N, 27N Detección condiciones perjudiciales en el
sistema 47, 46
Detección de flujo de potencia anormal 32
Restauración 25 2.4.1 Esquemas de protección para pequeños generadores de GD
Un esquema típico de las protecciones necesarias para una pequeña instalación de GD se muestra en la figura 2.11, el cual está compuesto por protecciones de sobre/bajo voltaje y sobre/baja frecuencia. Estas funciones de protección pueden todas incluirse en un sólo relé digital de multifunción, como los que se introducen actualmente en nuestro país. [7,11] En muchos generadores pequeños de GD, no se proporciona detección de alimentación de fallas, ya que los generadores de inducción suministran tan sólo dos o tres ciclos de corriente de falla para los cortocircuitos externos, similarmente a los motores de inducción. La protección de interconexión para los generadores de inducción por lo general requiere únicamente relés de sobre/bajo voltaje y de frecuencia.
Las máquinas sincrónicas pequeñas están generalmente tan sobrecargadas luego que dispara el interruptor de la subestación del sistema, que su contribución a la corriente de falla es muy baja.
Figura 2.11. Típica protección de interconexión de un generador pequeño. Para estos pequeños generadores, la detección de la pérdida de operación en paralelo por medio de los relés de frecuencia 81O/U y de voltaje 27/59 es toda la protección de interconexión que se necesita, además, como es lógico, de la específica que pueda dar el fabricante para el generador y el motor primario.[7,11]
2.4.2 Esquemas de protección para generadores medianos de GD
Cuanto mayor sea el generador, mayor es la posibilidad que contribuirá una magnitud significativa de corriente a una falla en el sistema, por ello se proporciona la detección de alimentación de fallas externas además de la protección contra pérdida de operación en paralelo. [7,11]
Al desarrollar un sistema de protección contra alimentación de fallas externas, es necesario considerar el decaimiento de la corriente de cortocircuito ante dichas fallas. Típicamente, se emplean funciones de relé tales como la 67 (direccional), la 21 (distancia) o la 51V (sobrecorriente controlado por voltaje) para detección de la alimentación de fallas de fase y 51N (sobrecorriente de neutro) para fallas a tierra ; como se puede observar en el esquema de la figura 2.12.
Figura 2.12. Protección para un generador mediano con transformador de interconexión con estrella puesta a tierra.
Para transformadores de interconexión no puestos a tierra, como se muestra en la figura 2.13, los relés de voltaje de neutro (59N, 27N) proporcionan la detección de fallas a tierra del suministro. Los transformadores de potencial (TP) que alimentan estos relés tienen sus devanados primarios conectados fase a tierra. Muchas empresas eléctricas utilizan conexiones de transformadores de voltaje utilizando un sólo TP con relés 59N y 27N o tres TP conectados en configuración delta abierta.
Las condiciones de corrientes desbalanceadas pueden someter al generador a un alto nivel de corriente de secuencia negativa. Esta alta corriente de secuencia negativa resulta en un rápido calentamiento del rotor, lo que provoca daños en el mismo. Para la protección contra corrientes desbalanceadas, se utiliza un relé de sobrecorriente de secuencia negativa (46). Para ofrecer protección contra inversiones de fase debidas al intercambio de fases inadvertido, se utiliza un relé de voltaje de secuencia negativa (47).
Figura 2.13. Protección típica para un generador mediano con transformador de interconexión con estrella no puesta a tierra.
Un procedimiento frecuente de las empresas eléctricas consiste en instalar un relé de potencia direccional (32) para disparar el generador si se producen flujos inadvertidos de potencia.
Una vez que el generador ha sido separado del sistema luego que haya operado la protección de la interconexión, será necesario restaurar dicha interconexión, para ello se utiliza, un relé de comprobación de sincronismo (25), que mide el ángulo de fase (Δθ), el deslizamiento (ΔF) y la diferencia de voltaje (ΔV) entre los sistemas de la empresa eléctrica y de la generación.
En la tabla 2.4 se muestra un resumen donde se marcan con X las protecciones a utilizar acorde al tamaño del generador. [11]
Tabla 2.4. Protecciones a utilizar acorde al tamaño del generador. Función 10 kW o menor 11 a 500 kW 501 a 2000 kW 2001 a 10000 kW
Desconectivo para interconexión X X X X
Desconectivo para el generador X X X X
Disparo por sobre voltaje X X X X
Disparo por bajo voltaje X X X X
Disparo por sobre/baja frecuencia X X X X
Disparo por sobrevoltaje o sobrecorriente a tierra.(según el
sistema de aterramiento)
X X X Chequeo de sincronismo. Manual o Auto. Manual o Auto. Auto Auto Direccional de potencia (depende
del modo operación) X X X
Telemetría/Disparo transferido X
2.5 Esquema general posible y algunas opciones para la protección de grupos electrógenos
Puesto que los grupos electrógenos son fuentes de energía eléctrica, los relés de protección de máxima corriente deben de estar conectados a los transformadores de corriente del neutro de los arrollamientos del estator para prevenir los defectos en los arrollamientos del generador. [27]
Para el funcionamiento en paralelo con otros grupos electrógenos o con la red pública son necesarios relés de protección adicionales a nivel del interruptor automático del grupo electrógeno para los defectos del lado de la red del grupo electrógeno. Para estos relés de protección se instalan transformadores de corriente a nivel del interruptor automático del grupo electrógeno protegiendo así la conexión global del mismo.
Como puede verse en la figura 2.14, normalmente se conectan relés direccionales de potencia activa y reactiva al transformador de corriente del neutro del generador. También pueden conectarse a los transformadores de corriente asociados al interruptor automático. El emplazamiento concreto dependerá del reparto de funciones. [27]
Figura 2.14.Protecciones posibles a utilizar para un grupo electrógeno.
La figura 2.14 muestra las protecciones enumeradas con sus códigos convencionales: [11,27]
Protecciones conectadas a los transformadores de corriente del neutro del generador
• 32P: relé direccional de potencia activa.
• 32Q: relé direccional de potencia reactiva para la pérdida de excitación (grupos > 1 MVA).
• 46: componente de secuencia negativa (grupos > 1 MVA).
• 49: imagen térmica de la máquina.
• 51: sobrecorriente.
• 51G: falla a tierra.
• 87G: protección diferencial del generador (para grupos > 2 MVA).
Nota: 46, 49, 32P y 32Q pueden también estar conectados a los transformadores de corriente de las fases.
Protecciones conectadas a los transformadores de tensión
• 25: chequeo de sincronismo (synchro-check).
• 27: falta o baja de tensión.
• 59: sobretensión.
• 81: frecuencia fuera de límites (máxima y mínima).
Protecciones conectadas a los transformadores de corriente al lado de la línea
• 67: sobrecorriente direccional (no es necesario si se utiliza el 87G).
• 67N: sobrecorriente direccional de neutro (sobre TC toroidal, para una mejor sensibilidad).