Protección do xerador
Un xerador está suxeito a estreses eléctricos impostos na aislación da máquina, forzas mecánicas que actúan nas diversas partes da máquina e aumento de temperatura. Estes son os principais factores que facen necesaria a protección para o xerador ou alternador. Aínda cando se usa correctamente, unha máquina en condicións perfectas de funcionamento non só mantén o seu rendemento especificado durante moitos anos, senón que tamén resiste repetidamente certos excesos de sobrecarga.
Debe tomarse medidas preventivas contra as sobrecargas e as condicións anómalas da máquina para que esta poida servir de forma segura. Aínda asegurando un deseño eficiente, construción, operación e medios preventivos de protección – o risco dun fallo non pode ser completamente eliminado de ningunha máquina. Os dispositivos utilizados na protección do xerador, aseguran que cando se produce un fallo, este é eliminado tan rápido como sexa posible.
Un xerador eléctrico pode estar suxeito a un fallo interno ou externo ou ambos. Os xeradores están normalmente conectados a un sistema eléctrico de potencia, polo que calquera fallo ocorrido no sistema de potencia tamén debe ser eliminado do xerador o máis rápido posible, caso contrario, pode causar danos permanentes no xerador.
O número e variedade de fallos que ocorren nun xerador son enormes. Por iso, o xerador ou alternador está protexido con varios esquemas protectores. A protección do xerador é tanto discriminativa como non discriminativa. Debe terse gran coidado na coordinación dos sistemas utilizados e as configuracións adoptadas para asegurar que se logre un esquema de protección do xerador sensible, selectivo e discriminativo.
Tipo de protección do xerador
As diversas formas de protección aplicadas ao xerador poden categorizarse de dúas maneiras,
Reles protectores para detectar fallos que ocorren fóra do xerador.
Reles protectores para detectar fallos que ocorren dentro do xerador.
Ademais dos reles protectores, asociados directamente co xerador e o seu transformador asociado, existen pararrayos, salvagardas de velocidade excesiva, dispositivos de fluxo de aceite e dispositivos de medida de temperatura para o coxín do eixe, bobinado do estator, bobinado do transformador e aceite do transformador, etc. Algúns destes dispositivos protectores son de tipo non-trip, isto é, só xeran alarma durante as anomalias.
Pero os outros esquemas protectores operan finalmente o rele principal de tripa do xerador. Debe notarse que ningún rele protector pode prevenir un fallo, só indica e minimiza a duración do fallo para evitar un aumento de temperatura no xerador, senón podería haber danos permanentes neles.
É deseable evitar calquera estrés innecesario no xerador, e para iso é práctica habitual instalar un capacitor de surxo ou un desviador de surxo ou ambos para reducir os efectos do raio e outros surxos de tensión na máquina. Os esquemas de protección normalmente aplicados ao xerador discútanse aquí a continuación brevemente.
Protección contra o fallo da aislación
A principal protección proporcionada no bobinado do estator contra fallos entre fases ou entre fase e terra, é a protección diferencial longitudinal do xerador. O segundo esquema de protección máis importante para o bobinado do estator é a protección contra fallos entre voltas.
Este tipo de protección considerábase innecesario nos días anteriores porque a rotura da aislación entre puntos no mesmo bobinado de fase, contidos na mesma ranura, e entre os que existe unha diferenza de potencial, cambia moi rapidamente nun fallo a terra, e entón é detectado pola protección diferencial do estator ou a protección contra fallos a terra do estator.
Un xerador está deseñado para producir unha tensión relativamente alta en comparación co seu rendemento e que, polo tanto, contén un gran número de conductores por ranura. Con o aumento do tamaño e a tensión do xerador, esta forma de protección está a tornarse esencial para todas as unidades xeneradoras grandes.
Protección contra fallos a terra do estator
Cando o neutro do estator está aterrado a través dun resistor, un transformador de corrente montase na conexión do neutro a terra. Un rele de tempo inverso úsase a través da secundaria do TC cando o xerador está conectado directamente á barra de distribución. No caso de que o xerador alimente a potencia a través dun transformador delta-estrela, un rele instantáneo úsase para o mesmo propósito.
No primeiro caso, o rele de fallos a terra debe ser graduado cos outros reles de fallos no sistema. É por iso que se utiliza o rele de tempo inverso neste caso. Pero no segundo caso, o lazo de fallos a terra restrícase ao bobinado do estator e ao bobinado primario do transformador, polo que non hai necesidade de graduar ou discriminar con outros reles de fallos a terra no sistema. É por iso que o Rele Instantáneo é preferible neste caso.
Protección contra fallos a terra do rotor
Un único fallo a terra non crea ningún problema maior no xerador, pero se ocorre un segundo fallo a terra, parte do bobinado de campo quedará en curto circuito, resultando nun campo magnético desequilibrado no sistema e, en consecuencia, pode haber danos mecánicos importantes nos coxíns do xerador. Hai tres métodos dispoñibles para detectar os tipos de fallos no rotor. Os métodos son
Método do potenciómetro
Método de inxecto de CA
Método de inxecto de CC
Protección contra a carga desequilibrada do estator
O desequilibrio na carga produce correntes de secuencia negativa no circuito do estator. Esta corrente de secuencia negativa produce un campo de reacción que gira a dúas veces a velocidade síncrona respecto ao rotor e, polo tanto, induce corrente de dobre frecuencia no rotor. Esta corrente é bastante grande e causa sobreaquecemento no circuito do rotor, especialmente no alternador.
Se algún desequilibrio ocorre debido a un fallo no propio bobinado do estator, iso sería eliminado instantaneamente pola protección diferencial proporcionada no xerador. Se o desequilibrio ocorre debido a algún fallo externo ou carga desequilibrada no sistema, pode permanecer indetectado ou persistir durante un período significativo de tempo dependendo da coordinación da protección do sistema. Estes fallos deben ser eliminados instalando un rele de secuencia de fase negativa con características para coincidir coa curva de resistencia da máquina.
Protección contra o sobreaquecemento do estator
A sobrecarga pode causar sobreaquecemento no bobinado do estator do xerador. Non só a sobrecarga, a falla dos sistemas de refrigeración e a falla da aislación das laminacións do estator tamén causan sobreaquecemento do bobinado do estator.
O sobreaquecemento detectase mediante detectores de temperatura incorporados en diversos puntos do bobinado do estator. As espiras de detección de temperatura son normalmente elementos de resistencia que forman un brazo do circuito de ponte Wheatstone. No caso de xeradores máis pequenos, normalmente abaixo de 30 MW, os xeradores non están equipados con espiras de temperatura incorporadas, pero normalmente están dotados de reles térmicos e están dispostos para medir a corrente que fluye no bobinado do estator.
Esta disposición só detecta o sobreaquecemento causado pola sobrecarga e non ofrece ningunha protección contra o sobreaquecemento debido a fallas nos sistemas de refrigeración ou laminacións de estator en curto circuito. Aínda que os reles de sobre corrente, reles de secuencia de fase negativa e dispositivos para monitorizar o flujo constante tamén se usan para proporcionar un certo grao de protección contra sobrecarga térmica.
Protección de baixo vacío
Esta protección, xeralmente é na forma dun regulador que compara o vacío contra a presión atmosférica, xeralmente está montado no conxunto xerador superior a 30 MW. A práctica moderna é que o regulador descargue o conxunto a través do gobernador secundario ata que se restabelezan as condicións normais de vacío. Se as condicións de vacío non melloran a menos de 21 pulgadas, pechanse as válvulas de parada e o interruptor principal é disparado.
Protección contra a falla do aceite de lubricación
Esta protección non considerase esencial xa que o aceite de lubricación adoita obterse da mesma bomba que o aceite do gobernador e unha falla do aceite do gobernador faría que a válvula de parada se pechase automaticamente.
Protección contra a perda de encendido da caldera
Hai dous métodos dispoñibles para detectar a perda de encendido da caldera. No primeiro método, fornécense contactos normalmente abertos (NA) coas motores de ventiladores que poden disparar o xerador se fallan máis de dous motores. O segundo método usa contactos de presión da caldera que descargan o xerador se a presión da caldera cae por debaixo do 90% aproximadamente.
Protección contra a falla do motor principal
Se o motor principal falla ao suministrar enerxía mecánica ao xerador, o xerador continuaría a xirar en modo de motorización, iso significa que toma enerxía eléctrica do sistema en lugar de suministrála ao sistema.
Nun turbina de vapor, o vapor actúa como refrigerante mantendo as paletas da turbina a unha temperatura constante. A falla do suministro, polo tanto, resultaría en sobreaquecemento debido á fricción, con subsecuente deformación das paletas da turbina.
A falla do suministro de vapor pode causar danos mecánicos graves ademais de imponer unha carga motriz pesada no xerador. Utilízase un rele de potencia inversa para este propósito. Tan pronto como o xerador comece a xirar en modo de motorización, o rele de potencia inversa disparará o conxunto xerador.
Protección contra a velocidade excesiva
