Protecció contra desequilibris de tensió

Des de la perspectiva de la protecció d'aparells, els generadors constitueixen una classe especial d'equips en les xarxes de potència, perquè generen incidències estranyes. Poden ser molt destructius i, per tant, molt costoses de subsanar quan es produeixen. Si per a la majoria dels distribuïdors, la generació ha de ser preservada per evitar incidències en els seus consumidors, la desconnexió d'un generador en cas d'una fallada greu és també un requisit absolut.

A més, la protecció ha de proporcionar a l'operació una gamma de paràmetres que normalment no es troben en altres tipus d'equips, com poden ser la sobretensió, la sobreexcitació, la freqüència limitada el rang de velocitats, etc.

Figura 0. Esquema de protecció típic d'un generador

La següent taula presenta una llista dels relés de protecció i les seves funcions que són més comuns en els sistemes de protecció del generador. Aquests relés s'implementen com es mostra en el diagrama unifilar de la figura anterior.

Com es mostra a la columna de la dreta: Tipus de Relé, la majoria dels relés de protecció, segons els règims de protecció, del generador no són específics d'aquest tipus d'equips.

La pèrdua del voltatge d'una fase
La pèrdua del voltatge d'una fase pot ser degut a diverses causes. La principal acostuma a ser un fusible fos de sortida. Altres causes poden ser una avaria dels cables o error de cablejat, una fallada de transformador de tensió, una obertura dels contactes, un error d'operació durant el manteniment, etc.

Atès que el propòsit dels transformadors de tensió (TT) és proporcionar senyals de tensió als relés de protecció i al regulador de voltatge, l'efecte immediat d'una pèrdua de senyal del TT serà la possible fallada en l'operació d'alguns relés de protecció, provocant que el generador presenti sobreexcitació com a conseqüència del regulador de voltatge.

Els relés de protecció per detectar el senyal dels TT són:

Funció 21 - Relés de distància. Back-up per falles de fase entre sistema i de la zona del generador.
Funció 32 - Relé de potència inversa.
Funció 40 - Protecció de la pèrdua de camp elèctric o excitació
Funció 51v - Relé de sobreintensitat amb tensió restringida.
Normalment aquestes funcions han de ser bloquejades si es detecta una fallada de fusible.

És una pràctica comuna per als grans generadors d'usar dos jocs de transformadors de tensió per a la protecció, regulació de voltatge i mesurament. Per tant, la pràctica més comuna de la pèrdua de detecció de senyals de TT és l'ús d'un relé d'equilibri de tensió, com es mostra a la Figura 1 per cada parell de tensió de fase secundària. Quan es fon un fusible, la relació de tensió es desequilibra i el relé opera. Normalment, el desequilibri de tensió s'establirà al voltant del 15%.

Figura 1. Exemple de relé de desequilibri de tensió

L'arribada dels relés digitals ha permès l'ús d'algorismes sofisticats basats en components simètrics per detectar la pèrdua del senyal de TT. Donada una situació de pèrdua d'una o més de les senyals dels TT, es donen les següents condicions:

• Hi haurà una caiguda en el voltatge de seqüència positiva acompanyada per un augment en la magnitud de tensió de seqüència negativa. La magnitud d'aquesta caiguda dependrà del nombre de fases afectades per una fallada de fusible.
• En cas d'una pèrdua del senyal de TT i contrari a una condició d'error, no hi hauria d'haver cap canvi en les magnituds ni fases del corrent. Per tant, els corrents de seqüència negativa i seqüència zero han de romandre per sota d'un petit valor amb una tolerància. Una condició de fallada pot ser distingida d'una pèrdua de senyal TT mitjançant el control dels canvis en els nivells de corrent positius i negatius. En cas d'una pèrdua de senyals de TT, aquests canvis han de mantenir-se per sota d'un petit nivell de tolerància.

Totes les condicions anteriors es poden incorporar en un esquema de lògica complexa per determinar si de fet s'ha produït una condició de pèrdua del senyal VT o una fallada.

Figura 2- Implementació del component simètric de la detecció de fallada de fusible

La figura 2 representa la implementació de la lògica d'una fallada de fusible simple i doble transformador de tensió basat en components simètriques.

Si es compleixen les condicions següents, en el mateix temps durant un temps de retard més llarg que T1:

• La tensió de seqüència positiva està per sota d'una tensió de posada a valor SET_1 ,
• La tensió de seqüència negativa és superior a una tensió de posada a valor SET_2 ,
• Hi ha un petit valor del corrent de tal manera que la seqüència positiva I1 actual està per sobre d'un petit conjunt de valors SET_4 i la corrent de seqüència negativa i zero I2 no excedeixin d'un valor petit que està ajustat en SET_3 , llavors una condició de fallada de fusible serà detectada gràcies a l'efecte de connexió, per tant, la fallada de fusible d'una fase, pot ser detectada mitjançant el control de la tensió de nivell de cada fase i comparant-lo amb un conjunt de valors SET_5 . Tan aviat com la tensió de seqüència positiva torna a un valor més gran que el valor d'ajust SET_1 i el voltatge de seqüència negativa desapareix, la decisió fusible condició torna a un estat zero.

Font: El manual d'enginyeria d'energia elèctrica - LL Grigsby