Protección diferencial dun xerador

Protección Diferencial do Xerador

A protección diferencial para un xerador protexe principalmente as bobinas do estator contra fallos a terra e fallos entre fases. Os fallos nas bobinas do estator supoñen unha ameaza significativa, capaz de causar graves danos no xerador. Para protexer as bobinas do estator, utiliza un sistema de protección diferencial para eliminar os fallos no menor tempo posible, minimizando así a extensión dos danos.

Sistema de Corrente Circulante Merz-Prize

Neste esquema de protección, compáranse as correntes nos dous extremos da sección protexida. Durante o funcionamento normal, as magnitudes das correntes nas bobinas secundarias dos transformadores de corrente son iguais. No entanto, cando ocorre un fallo, unha corrente de cortocircuito fluye polo sistema, causando que as magnitudes das correntes diverxan. Esta diferenza de corrente en condicións de fallo canalízase a través da bobina operativa do relé.

Unha vez que a corrente excede o limiar predefinido, o relé pecha os seus contactos, activando o salto do interruptor. Esta acción isola a sección defectuosa do resto do sistema. Tal mecanismo de protección coñécese como o sistema de corrente circulante Merz-Prize, que resulta moi eficaz na detección e resposta a fallos a terra e entre fases.

Conexión do Sistema de Protección Diferencial

O sistema de protección diferencial require dous transformadores de corrente idénticos, que se instalan a ambos os lados da zona protexida. As terminais secundarias destes transformadores de corrente están conectadas nunha configuración en estrela, e as súas terminais finais están ligadas mediante cabos piloto. Entretanto, as bobinas do relé están conectadas nunha configuración en delta. Os puntos neutros dos transformadores de corrente e o relé están entón conectados a un terminal común. Esta disposición específica de cableado asegura a detección precisa das desigualdades de corrente e permite a rápida isolación do fallo.

O relé está conectado a través dos puntos de equipotencial dos tres cabos piloto para asegurar que cada transformador de corrente suporta unha carga igual. Como o punto medio de cada cabo piloto representa o seu punto de equipotencial, o relé está estrategicamente situado no punto medio destes cabos.

Para que o sistema de protección diferencial funcione óptimamente, é crucial colocar as bobinas do relé próximas aos transformadores de corrente cerca do circuito principal. Isto pode lograrse inserindo resistencias de equilibrio en serie con os cabos piloto, desprazando efectivamente os puntos de equipotencial máis próximos ao interruptor principal.

Principio de Funcionamento do Sistema de Protección Diferencial

Supóñase que ocorre unha rotura de aislamento na fase R da rede, provocando un fallo. Como resultado, as correntes nas secundarias dos transformadores de corrente tornanse desequilibradas. Este desequilibrio xera correntes diferenciais que fluem a través da bobina do relé. Consecuentemente, o relé actívase e emite unha orde de salto ao interruptor, isolando a sección defectuosa do resto do sistema.

No entanto, este sistema de protección ten unha limitación significativa: é moi sensible á corrente de inrush de magnetización do transformador. A corrente de inrush pode causar que o relé malfuncione. Para abordar este problema, emprega-se un relé diferencial biaxado. Este tipo de relé permite que un nivel determinado de corrente desequilibrada pase a través da súa bobina sen activar unha operación innecesaria.

Para mitigar adicionalmente o impacto da corrente de inrush de magnetización, incorpora-se unha bobina de restricción no deseño. A bobina de restricción reduce efectivamente a influencia da corrente de inrush, facendo que o relé sexa inmune a saltos falsos causados pola corrente de inrush de magnetización. Os relés dotados de tal configuración coñécense como relés diferenciais biaxados.

Escenario de Fallo e Operación do Relé

Cando ocorre un fallo entre calquera de dúas fases, por exemplo, entre as fases Y e B, unha corrente de cortocircuito fluirá a través destas dúas fases. Este fallo interrompe o equilibrio das correntes que fluen a través dos transformadores de corrente (CTs). Consecuentemente, unha corrente diferencial pasa a través da bobina operativa do relé, causando que o relé saque e abra os seus contactos, aislando así a sección defectuosa do sistema eléctrico.

Problemas do Sistema de Protección Diferencial

Num sistema de protección diferencial, típicamente usa un fío de resistencia neutra para mitigar os efectos adversos das correntes de fallo a terra. No entanto, cando ocorre un fallo a terra próximo ao punto neutro, unha pequena forza electromotriz (fem) xera unha corrente de cortocircuito relativamente pequena que fluye a través da neutra. A resistencia da aterrazación da neutra reducise ainda máis esta corrente. Como resultado, só unha corrente mínima chega ao relé. Como esta corrente pequena non é suficiente para activar a bobina do relé, o fallo pode pasar desapercibido, potencialmente levando a danos no xerador.

Esquema Modificado do Sistema de Protección Diferencial

Para abordar o problema mencionado, desenvolveuse un esquema mellorado do sistema de protección diferencial. Este esquema modificado incorpora dous elementos distintos: un diseñado para protexer contra fallos de fase e outro para salvaguardar contra fallos a terra.

Os elementos de protección contra fallos de fase están conectados nunha configuración en estrela xunto con un resistor. Entretanto, o relé de fallo a terra está posicionado entre os elementos de fase en estrela e o punto neutro. Específicamente, dous elementos de fallo de fase, xunto cun resistor de equilibrio, están conectados nun patrón en estrela, e o relé de fallo a terra está entón conectado entre a conexión en estrela e o fío piloto neutro. Esta configuración melhora a capacidade do sistema para detectar e responder con precisión tanto a fallos de fase como a fallos a terra, mellorando a fiabilidade global do sistema de protección diferencial.

O circuito en estrela exhibe simetría, asegurando que calquera corrente de sobrecarga equilibrada que orixe do punto de circulación de corrente non pasará a través do relé de fallo a terra. Como resultado, dentro deste sistema, o relé de fallo a terra sensible pode funcionar cun alto nivel de estabilidade, detectando confiablemente fallos a terra sen ser activado por fluctuacións normais de corrente equilibrada.