Protección contra fallos a tierra del rotor

Protección contra fallos a tierra en el rotor de generadores

El rotor de un generador generalmente se deja sin conexión a tierra, lo que significa que permanece eléctricamente aislado del suelo. Como resultado, una sola falla de aislamiento no causará inmediatamente un flujo significativo de corriente de falla. Inicialmente, dicha falla individual puede no afectar gravemente la operación del rotor. Sin embargo, si la falla persiste, puede dañar gradualmente el bobinado de campo del generador, potencialmente llevando a fallos del sistema y costosas reparaciones. Por esta razón, especialmente en generadores grandes, es esencial un sistema de protección contra fallos a tierra en el rotor para proteger el bobinado de campo.

Cuando ocurre una falla a tierra simple en el rotor, no siempre es necesario desconectar inmediatamente todo el sistema. En cambio, el relé de protección simplemente señala la presencia de la falla, permitiendo a los operadores programar la salida del generador del servicio en un momento conveniente para el mantenimiento y las reparaciones. Se emplean varios métodos para la protección contra fallos a tierra en el rotor, y uno de los enfoques más comunes se describe a continuación.

Protección contra fallos a tierra en el rotor utilizando alta resistencia

En este método, se conecta un componente de alta resistencia a través del bobinado de campo del rotor. El punto medio de este resistor se conecta a tierra a través de un relé sensible. Cuando ocurre una falla a tierra en el circuito del rotor, el desequilibrio eléctrico resultante es detectado por el relé. Al identificar la falla, el relé envía una orden de corte al interruptor, iniciando el proceso de aislamiento del componente defectuoso.

Sin embargo, este sistema tiene una desventaja significativa. Puede detectar eficazmente las fallas en la mayor parte del circuito del rotor, pero lucha por identificar las fallas precisamente en el punto central del rotor. Para abordar esta limitación, el toma del resistor se puede desplazar desde el centro a otra posición. Al hacerlo, la sensibilidad del sistema se reconfigura, permitiendo que el relé detecte las fallas incluso en el punto medio del rotor, mejorando así la efectividad general del mecanismo de protección.

Métodos de inyección AC y DC para la protección contra fallos a tierra en el rotor

Método de inyección AC

El método de inyección AC para la protección contra fallos a tierra en el rotor implica inyectar corriente alterna en el circuito del bobinado de campo y la tierra. Esta configuración incorpora un relé de sobretensión sensible y un condensador limitador de corriente. Cuando ocurre una falla a tierra simple en el rotor, crea un circuito cerrado que incluye la fuente de corriente alterna, el relé sensible y el punto de la falla a tierra. Como resultado, el relé puede detectar la presencia de la falla a tierra al percibir los cambios eléctricos dentro de este circuito recién formado.

Sin embargo, este método tiene varias desventajas significativas. Un problema importante es la corriente de fuga que pasa a través del condensador. Esta corriente de fuga perturba el equilibrio del campo magnético, lo que conduce a un aumento del estrés en los rodamientos magnéticos del generador. Además, la corriente alterna presenta otro desafío: el relé puede no responder a la corriente normal que fluye a través de la capacitancia a tierra. Esto significa que se deben tomar precauciones especiales para evitar que ocurra resonancia entre la capacitancia y la inductancia del relé. La resonancia puede causar condiciones eléctricas anormales, potencialmente llevando a falsos positivos o falsos negativos en la detección de fallas, e incluso puede dañar el relé u otros componentes del sistema de protección.

Método de inyección DC: Solución a los desafíos del sistema de inyección AC

Las limitaciones inherentes al sistema de inyección AC para la protección contra fallos a tierra en el rotor pueden ser abordadas eficazmente mediante el uso del método de inyección DC. Este enfoque alternativo destaca por su simplicidad y la ausencia de problemas de corriente de fuga, que son inconvenientes importantes del sistema basado en AC.

En el método de inyección DC, la configuración del circuito es sencilla. Un terminal del relé sensible se conecta al excitador, mientras que el otro terminal se vincula al terminal negativo de una fuente de alimentación DC. El terminal positivo de esta fuente de alimentación DC está conectado a tierra. Esta configuración crea una ruta eléctrica clara para la detección de fallas. Cuando ocurre una falla a tierra en el rotor, se cierra el circuito, permitiendo que la corriente de falla fluya a través de la ruta establecida. El relé sensible, que forma parte de este circuito, detecta rápidamente la presencia de la corriente de falla, desencadenando una alerta o acción protectora. Al eliminar las complejidades asociadas con las corrientes de fuga y las preocupaciones de resonancia que aquejan al sistema de inyección AC, el método de inyección DC ofrece una solución más confiable y eficiente para la protección contra fallos a tierra en el rotor.