Protección contra fallas a tierra del estator del alternador

Es importante tener en cuenta que el punto neutro o de estrella del devanado del estator de un alternador se conecta a tierra a través de una impedancia para limitar la corriente de fallo a tierra. La reducción de la corriente de fallo a tierra causa menos daño al núcleo y al devanado del estator durante un fallo a tierra. Si la impedancia de tierra es muy alta, la corriente de fallo a tierra puede ser incluso menor que la corriente nominal normal del generador. En ese caso, la sensibilidad de los relés de fase disminuye, e incluso pueden fallar en accionar durante un fallo. Por ejemplo, una corriente inferior a la nominal dificulta la operación de los relés diferenciales para fallos a tierra.
En ese caso, se utiliza un relé sensible de fallo a tierra adicional a la protección diferencial del alternador. El tipo de disposición de relés que se utilizará en la protección contra fallos a tierra del estator de alternador depende de los métodos de conexión a tierra del neutro del estator. En el caso de la conexión a tierra mediante resistencia, el punto neutro del devanado del estator se conecta a tierra a través de un resistor.

Aquí, se conecta un transformador de corriente entre la conexión neutra y a tierra del alternador. Luego, se conecta un relé protector a través de la salida secundaria del transformador de corriente. El alternador puede alimentar el sistema de potencia de dos maneras: ya sea conectándose directamente a la barra de subestación o a través de un transformador estrella-triángulo. Si el generador está conectado directamente a las barras de la subestación, el relé conectado a través de la salida secundaria del transformador de corriente sería un relé de tiempo inverso, ya que aquí se requiere coordinación con otros relés de fallo en el sistema. Pero cuando el estator del alternador está conectado a la entrada de un transformador estrella-triángulo, el fallo se restringe entre el devanado del estator y el devanado primario del transformador, por lo que no se requiere coordinación o discriminación con otros relés de fallo a tierra del sistema.

Por eso, en este caso, es preferible conectar un relé de atracción instantánea de armadura a través de la salida secundaria del transformador de corriente.

Es importante notar que, en un sistema de conexión a tierra mediante resistencia, no se puede proteger el 100 % del devanado del estator.

El porcentaje del devanado del estator que estará protegido contra fallos a tierra depende del valor de la resistencia de conexión a tierra y de la configuración del relé. La conexión a tierra mediante resistencia del devanado del estator también puede realizarse utilizando un transformador de distribución en lugar de conectar un resistor directamente a la ruta neutral del devanado. Aquí, el primario de un transformador de distribución se conecta entre la tierra y el punto neutro del devanado del estator.
La salida secundaria del transformador se carga con un resistor adecuado y también se conecta un relé de sobretensión a través de la salida secundaria del transformador. La corriente máxima permitida de fallo a tierra se determina por el tamaño del transformador y el valor de la resistencia de carga R.

Esta resistencia, conectada a la salida secundaria, se refleja en el primario del transformador por el cuadrado de la razón de vueltas, añadiendo resistencia a la ruta de tierra del devanado del estator.

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