Protecció diferencial d'un generador
Protecció diferencial del generador
La protecció diferencial d'un generador protegeix principalment les bobines de l'estator contra els errors a terra i els errors entre fases. Els errors en les bobines de l'estator representen una amenaça significativa, capaç d'infligir danys greus al generador. Per protegir les bobines de l'estator, es fa servir un sistema de protecció diferencial per eliminar els errors en el temps més curt possible, minimitzant així l'extensió dels danys.
Sistema de corrent circulant Merz-Prize
En aquest esquema de protecció, es comparen les corrents als dos extrems de la secció protegida. En funcionament normal, les magnituds de les corrents en les bobines secundàries dels transformadors de corrent són iguals. Tanmateix, quan es produeix un error, una corrent de curto circuit flueix pel sistema, causant que les magnituds de les corrents divergeixin. Aquesta diferència de corrent en condicions d'error es canalitza a través de la bobina d'operació del relé.
Un cop la corrent supera el llindar preestablert, el relé tanca els seus contactes, activant el disjuntor per trencar el circuit. Aquesta acció aïlla la secció defectuosa del resta del sistema. Aquest mecanisme de protecció és conegut com a sistema de corrent circulant Merz-Prize, que resulta altament eficaç en detectar i respondre als errors a terra i entre fases.
Connexió del sistema de protecció diferencial
El sistema de protecció diferencial requereix dos transformadors de corrent idèntics, que es col·loquen a cada costat de la zona protegida. Les terminals secundàries d'aquests transformadors de corrent es connecten en configuració estrella, i les seves terminals finals es lliguen mitjançant fils pilots. Mentre, les bobines del relé es connecten en configuració delta. Els punts neutres dels transformadors de corrent i del relé es connecten llavors a un terminal comú. Aquesta disposició específica de cables assegura la detecció precisa de desequilibris de corrent i permet l'aïllament ràpid dels errors.
El relé es connecta a través dels punts equipotencials dels tres fils pilots per assegurar que cada transformador de corrent suporti una càrrega igual. Com que el punt mig de cada fil pilot representa el seu punt equipotencial, el relé es posiciona estratègicament al punt mig d'aquests fils.
Per a que el sistema de protecció diferencial funcioni òptimament, és crucial col·locar les bobines del relé a prop dels transformadors de corrent proper al circuit principal. Això es pot aconseguir inserint resistors de compensació en sèrie amb els fils pilots, desplaçant efectivament els punts equipotencials més a prop del disjuntor principal.
Principi de funcionament del sistema de protecció diferencial
Suposem que es produeix una ruptura d'aislament en la fase R de la xarxa, provocant un error. Com a resultat, les corrents en les segones de les bobines dels transformadors de corrent es desequilibren. Aquest desequilibri genera corrents diferencials que fluixen a través de la bobina del relé. Conseqüentment, el relé s'activa i emet una ordre de trencament al disjuntor, aïllant la secció defectuosa del resta del sistema.
No obstant això, aquest sistema de protecció té una limitació significativa: és molt sensible a la corrent d'excitació del transformador. La corrent d'excitació pot fer que el relé funcioni malament. Per abordar aquest problema, es fa servir un relé diferencial biaixat. Aquest tipus de relé permet que una certa quantitat de corrent desequilibrada passi a través de la seva bobina sense desencadenar operacions innecessàries.
Per mitigar encara més l'impacte de la corrent d'excitació, es incorpora una bobina de restricció al disseny. La bobina de restricció redueix efectivament l'influència de la corrent d'excitació, fent que el relé sigui immunitzat contra falsos trencaments causats per la corrent d'excitació. Els relés dotats d'aquesta configuració s'anomenen relés diferencials biaixats.
Escenari d'error i operació del relé
Quan es produeix un error entre qualsevol de les dues fases, per exemple, entre les fases Y i B, una corrent de curto circuit fluirà a través d'aquestes dues fases. Aquest error interromp la balança de les corrents que flueixen a través dels transformadors de corrent (CTs). Com a conseqüència, una corrent diferencial passa a través de la bobina d'operació del relé, fent que el relé activi i obri els seus contactes, així aïllant la secció defectuosa del sistema elèctric.
Problemes amb el sistema de protecció diferencial
En un sistema de protecció diferencial, normalment es fa servir un fil de resistència neutral per mitigar els efectes adversos de les corrents d'error a terra. No obstant això, quan un error a terra es produeix proper al punt neutral, una petita força electromotriu (emf) genera una corrent de curto circuit relativament petita que flueix a través de la neutral. La resistència de la connexió a terra de la neutral redueix aquesta corrent. Com a resultat, només arriba una corrent mínima al relé. Com que aquesta petita corrent no és suficient per activar la bobina del relé, l'error pot passar desapercebut, posant en risc de dañar el generador.
Esquema modificat del sistema de protecció diferencial
Per abordar el problema mencionat anteriorment, s'ha desenvolupat un esquema millorat del sistema de protecció diferencial. Aquest esquema modificat incorpora dos elements distintes: un dissenyat per protegir contra errors de fase i l'altre per protegir contra errors a terra.
Els elements de protecció d'errors de fase es connecten en configuració estrella juntament amb un resistor. Mentre, el relé d'error a terra es posiciona entre els elements de fase connectats en estrella i el punt neutral. Específicament, dos elements de protecció d'errors de fase, juntament amb un resistor de compensació, es connecten en un patró estrella, i el relé d'error a terra es connecta llavors entre la connexió en estrella i el fil pilot neutral. Aquesta configuració millorea la capacitat del sistema per detectar i respondre amb precisió tant als errors de fase com a terra, millorant la fiabilitat general del sistema de protecció diferencial.
El circuit connectat en estrella exhibeix simetria, assegurant que qualsevol corrent de desbordament equilibrada originada pel punt de circulació de corrent no pasi a través del relé d'error a terra. Com a resultat, dins d'aquest sistema, el relé d'error a terra sensible pot funcionar amb un nivell elevat d'estabilitat, detectant errors a terra de manera fiable sense ser activat per fluctuacions normals de corrent equilibrada.
