Protección de sobrecarga balanceada 49G

Los órganos de medición que alimentan esta protección, están constituidos por transformadores de corrientes (TC) y sensores de temperatura. Los TC como se trata en el acápite 2.2.2, se encuentran ubicados en el neutro del generador y en sus terminales, ambos con una relación de transformación (ntc) de 4000/5.[19]

Los ajustes de la protección contra sobrecargas balanceadas se muestran en la tabla 3.2.

Tabla 3.2. Ajustes de la protección contra sobrecargas balanceadas

Etapa de alarma:

La etapa de alarma según muestra la tabla está ajustada, para actuar cuando la corriente sobrepasa los 4.5 A (secundarios) con un tiempo de operación de 6s, según [19], el ajuste de corriente de la etapa representa un 111% de la corriente nominal (In).

Acorde a la bibliografía consultada corrientes menores del 115% de la In, son permisibles para el generador siempre y cuando el fabricante del generador no indique lo contrario.[14]

Etapa de disparo:

La etapa de disparo (I_OvLd_Sta), tiene ajuste de 27,63 A (secundarios) lo cual representa una corriente de 22,104 kA por primario de los TC[19] y un tiempo de 0,5s. Mediante el software PSX Explorer versión 3.02 se obtienen las corrientes de

cortocircuito, que ve la protección para las distintas fallas en los dos regímenes de operación del sistema. Los resultados se muestran en tabla 3.3.

Tabla 3.3. Corriente de cortocircuito y regímenes de operación

Como se puede apreciar en los resultados de la tabla 3.3 el ajuste ya mencionado es sensible a la falla mínima en los terminales del generador y respalda la protección diferencial del mismo, con un tiempo superior al de esta por un margen aproximado de 0,4s.

Etapa con característica de tiempo inverso, de la protección contra sobrecargas balanceadas:

Según la documentación proporcionada por la UNE [19], corrientes del 150% de la In son permisibles para el generador durante un tiempo no mayor de 120s. Utilizando la ecuación 2.1 y los valores de ajustes de la tabla 3.2, se comprueba que cuando la corriente censada por la protección es del 150% de la In, el tiempo de operación es de 99s. Por lo tanto la etapa cumple con los requerimientos del fabricante, pero no sacará de servicio al generador cuando se cumplan sus condiciones de operación, ya que la lógica de disparo se encuentra deshabilitada.

La etapa con característica de tiempo inverso, por las prestaciones que brinda es recomendable que este activa en la protección contra sobrecargas balanceadas, por lo tanto se debe ajustar la lógica de disparo a 000B, de esta manera quedará operativa la etapa de tiempo inverso.

La característica de operación de la protección de sobrecarga balanceada, con sus Régimen de operación Corriente de Cortocircuito 1f Corriente de Cortocircuito 2f Corriente de Cortocircuito 2f a tierra Corriente de Cortocircuito 3f Máxima 49,278 kA 22,534 kA 50,057 kA 26,871 kA Mínima 45,978 kA 22,974 kA 47,325 kA 26,852 kA

Figura 3.1 Característica de operación de la protección de sobrecarga balanceada.

3.3 Protección contra sobrecargas desbalanceadas 46G.

Los órganos de medición que alimentan esta protección, son los TC ubicados en el neutro del generador y en sus terminales, ambos con una relación de transformación (ntc) de 4000/5.[19]

La tabla 3.4 muestra los ajustes del fabricante para la protección contra sobrecargas desbalanceadas del generador.[19]

Tabla 3.4. Ajustes de la protección contra sobrecargas desbalanceadas

Etapa de alarma:

La etapa de alarma como muestra la tabla 3.4, tiene un ajuste de 0,36 A (secundarios), lo que representa un 8,8% de la In, según las indicaciones del fabricante la máxima corriente de desbalance que puede soportar el generador por tiempo indefinido es del 8% de la In, por lo tanto el ajuste de la alarma es aceptable. [19]

Etapa de disparo:

La etapa de disparo está ajustada a 13,36 A (secundarios) que representa el 120% del valor de sobrecorriente visto por la protección cuando en el lado de alta del transformador principal ocurre un cortocircuito bifásico, este ajuste hace que la protección sea insensible a las condiciones de desbalance del sistema y difiera de las recomendaciones hechas por el manual del relé para los ajustes de la etapa. Pero a los efectos de disparo para cortocircuito entre el transformador y el generador, se concluye que está correctamente ajustada, ya que es sensible a un cortocircuito bifásico mínimo simulado con el PSX en esta zona (I2=12653/800=15,8

A por el relé), con un tiempo de operación de 0,5s, que coordina con un intervalo de 0,4s por encima del tiempo de la protección diferencial del bloque que es alrededor de 0,1s como máximo, según este tipo moderno de relé.

desbalanceadas en el sistema, el manual del relé recomienda ajustar la etapa de disparo entre un 111 y un 124% de la corriente de desbalance que soporte el generador por tiempo prolongado, lo cual diera como resultado un valor mucho menor que el ajustado actualmente, pero para eso tendría que tener un tiempo de operación mayor que el de la protección de respaldo 51V del generador, para que coordine con este y a su vez con todas las protecciones que estén coordinadas con el respaldo 51V, lo cual no puede hacerse porque el disparo del generador sería muy prolongado entonces para grandes desbalances (como el simulado anteriormente), que es al parecer lo que se logra con el ajuste de 0,5s dado en la tabla, por lo que lo ideal sería tener 2 escalones de tiempo disponibles para disparo o implementar un disparo con un retardo que garantice el respaldo como se mencionó anteriormente. Esto se puede remediar con la etapa de tiempo inverso que se expone a continuación, pero como se contacta entonces en la tabla no tiene implementada la lógica de disparo (está en 0000). [10, 13-15]

Etapa con característica de tiempo inverso.

Primeramente es importante destacar que la lógica de disparo de esta protección se encuentra deshabilitada. Por lo tanto además de las observaciones siguientes se debe ajustar la lógica de disparo de la etapa a 0003, garantizando la desconexión del mismo tanto para fallas asimétricas pequeñas dentro de la zona del generador al transformador, como fallas asimétricas de otras magnitudes en las líneas de salida que sean detectadas por la protección.

La ecuación 2.2 se usa como criterio de operación para esta etapa. El análisis de los valores de ajuste de la etapa, da como resultado, que el valor de ajuste de la corriente de arranque (0,18 A secundarios), es inoperativo para corrientes que estén entre el valor de ajuste y la corriente de desbalance de larga duración (8% de la In o 0,325 A secundarios). Para justificar lo antes planteado se hace uso de la ecuación 3.1, donde se expresan los valores de ajustes en pu sobre la base del generador y se determina, si el relé opera o no después de que la corriente vista por la protección sobrepasa el ajuste.

Para un valor de A=40 como muestran los ajustes de la tabla 3.4 (A_Therm_RotBody) e independientemente del tiempo de duración de la sobrecarga, mientras la corriente esté entre 0,044 pu (0,18 A) y 0,08 pu (0,325 A) la etapa no operará a pesar de que se sobrepasa el valor de la corriente de arranque, ya que la gráfica obtenida al despejar la ecuación 3.1, en función del tiempo, es asintótica al eje de las abscisas en el valor correspondiente a la corriente permisible de larga duración, que en este caso es 0,08 pu. Por lo tanto el ajuste de la corriente de arranque de la etapa con característica de tiempo inverso, puede ser de 0,325 A y se obtendrían resultados más lógicos, esto es matemáticamente hablando del ajuste del parámetro, pero se señala también que hasta el momento el autor no dispone de otra información adicional que explique más detalladamente las condiciones de calentamiento adiabático o no de este generador ABB, y que puedan justificar el ajuste anterior dado por los especialistas chinos.

Así, también se comprobó que el tiempo de retardo máximo de la etapa está limitado a 1000s, cuando pude ser extendido al máximo retardo de tiempo que permite el relé 5000s sin que represente problemas para el generador. Si en la ecuación 3.1 se usan los valores de ajustes de la tabla 3.4 para las contantes A_Therm_RotBody e I_Neg_Perm_Gen, se tiene en cuenta el ajuste recomendado para la corriente de arranque (0,325 A o 0,08pu) y se despeja el tiempo de operación asumiendo que la corriente de secuencia negativa está muy próxima al límite superior de la corriente de arranque, el tiempo obtenido es mucho mayor que 5000s por ejemplo; si la corriente de arranque expresada en pu es aproximadamente igual a 0,081 pu el tiempo obtenido es de 69 horas.

3.4 Protección de sobretensión 59.

La protección de voltaje del PCS-985B tiene incluida protección de sobre y bajo voltaje del generador, los ajustes de estas protecciones son accesibles al usuario luego de ser activada la protección de voltaje en la configuración general de la protección[15]. En la tabla 3.5 se muestran la configuración de los ajustes de la protección de sobretensión de las 12 unidades diésel MTU del SACSM

Tabla 3.5 Ajustes de la protección de sobretensión.

Análisis de la etapa 1:

La etapa 1 de la protección de sobrevoltaje, está ajustada al 125% del Vn con un retardo de tiempo de 0.2s. El ajuste de la etapa es adecuado para la primera etapa al igual que el retardo de tiempo, ya que esta etapa tiene en cuenta la condición más crítica de sobrevoltaje no corregida por el regulador de tensión.

Análisis de la etapa 2:

La etapa 2 de esta protección como se describe en el capítulo II, puede ser ajustada de manera tal que sólo opere para condiciones de sobrevoltaje en el estado sin carga del generador, pero esto no es recomendable ya que se aprovecha mejor la etapa si se utiliza en los dos estados de operación (generador conectado y desconectado del sistema).

En los ajustes de la tabla 3.5, esta etapa quedó configurada para operar cuando el generador se encuentra conectado y cuando está desconectado del sistema, ya que se deshabilitó la función En_CB_Blk_OV2_Gen. Un ajuste bajo y con un retardo de tiempo que asegure coordinación con el regulador de tensión y sea mayor que el tiempo de operación de la primera etapa, permite un mejor aprovechamiento de la función de alarma.

En el reporte de las pruebas hechas por el fabricante a los generadores[20] se determina que el regulador de tensión tarda aproximadamente 0.8s en estabilizar el incremento del voltaje en los terminales del generador. Por ello los criterios de

ajustes tanto para el pickup de voltaje, como para el tiempo de operación de 2s de la segunda etapa, son adecuados.