Sistema de Protección Eléctrica en Base a Microprocesadores en

C&JfTlT© DE INVESTI8ACI9IÍ Y P£
ESTUDIOS AVA^Z^DOS BFl
I.
P . N.
b i b l i o t e c a
INGENIERIA ELECTRICA
C E N T R O DE I N V E S T I G A C I O N Y DE E S T U D I O S A V A N Z A D O S
DEL
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
D E P A R T A M E N T O DE I N G E N I E R I A E L E C T R I C A
SECCION COMPUTACION
T e m a de tesis:
S I S T E M A DE P R O T E C C I O N E L E C T R I C A EN B A S E A
M I C R O P R O C E S A D O R E S EN C E N T R A L E S T E R M O E L E C T R I C A S
Alumno :
ING.
VICTOR GONZALEZ ROSALES
Asesores :
DR.
M.
JAN JANEC EK
en C.
JORGE BUE N A B A D CHAV EZ
M A R Z O DE 1991
AGRADECIMIENTOS.
Con
cariño
mi madre,
y agradecimiento
Petra Rosales
a
a quien
dedi c o ést e logro.
A mis hermanos,
una parte
quienes
forman
i m p o r t a n t e d e mi.
A mis
amigos,
que me
impulsaron
y apoyaron a culminar éste
C W T M Dí
tíT¡JEMOS
Y tt
ÍFI
!. P. N.
a
IB
L- I O
T E C A
INGENIERIA ELECTRICA
reto
Al
y
Consejo
al
Nacional
Instituto
por el
y en la
A
apoyo
de
y
Tecnología
Investigaciones
de
Ciencia
Eléctricas
brindado en mi
formación profesional
realización de éste proyecto.
los
investigadores del Departamento
E léc t r i c o que de alguna man e r a hicieron
p o s ible la elaboración de é ste proyecto
Un
agradecimiento especial
Domitilo Libreros por el
a l M.
e n C.
apoyo brindado
e n esta tesis y por los c o n sejos q ue de
él obtuve.
Y
a
ti,
que
lo
importante
dispuesto en cualquier
d e s e r l o q u e s e es,
C\MJr^ Dí lf<VEST!Syr'l9t‘ y H
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í. P. N.
1a
L. I o
r E
c
A
' ^ E N IERIA E L E C T R I C A
es
estar
momento a dejar
para ser algo mejor.
INDICE
SISTEMA DE PROTECCION ELECTRICA EN BASE A MICROPROCESADORES
EN CENTRALES TERMOELECTRICAS
INTRODUCCION.
CAPITULO
1.
IDENTIFICACION DEL PROBLEMA.
1.1.
Configuración básica de una Planta Termoeléctrica.
1.2.
Función de las protecciones.
1.3.
Tipos de elementos de protección.
C A P I T U L O 2.
2.1.
CONFIGURACION DEL SISTEMA.
Consideraciones
al
configurar
un
sistema
protección por computadora-
CAPITULO
2.2.
Tipos de protección por computadora.
2.3.
Características de la configuración propuesta.
3.
IMPLEMENTACION DE LAS PROTECCIONES
3 .1.
Organización General.
3.2.
3.1.1.
Hardware.
3.1.2.
Software.
PROPUESTAS.
Algoritmos de protección.
3.2.1.
A l goritmos de p r o t ección al generador.
3.2.2.
Algoritmos de protección de
transformadores.
3.3.
P r o g r a m a s d e a y u d a al o p e r ador.
CONCLUSIONES.
APENDICES.
A.
Glosario de términos.
B.
Protecciones que
BIBLIOGRAFIA.
activan los
relevadores.
de
INTRODUCCION.
INTRODUCCION.
En los primeros desarrollos de sistemas de energía,
las
funciones
de
protección
se
realizaban
por
relevadores
electromagnéticos que muchos sistemas de energía aún utilizan.
Actualmente,
las
nuevas
generaciones
de
mini
y
m i c r o c o m p u t a d o r a s o f r e c e n la a l t e r n a t i v a d e i m p l e m e n t a r r e l e v a d o r e s
por computadora.
Si n e m b a r g o , el u s o de la c o m p u t a d o r a p a r a p r o t e g e r e q u i p o s
de s i s t e m a s d e p o t e n c i a , es r e l a t i v a m e n t e r e c i e n t e . P o r e j e m p l o ,
La s t y S t a l e w s k i s u g i r i e r o n en 1966, q u e r í a c o m p u t a d o r a d i g i t a l
podía ser usa d a en línea para protección de sistemas de potencia,
y desde entonces varios autores han desarrollado técnicas digitales
para p r o t e c c i ó n de líneas, tra n s f o r m a d o r e s y generadores.
Se h an h e cho c o ntribuciones s i g n i f i c a t i v a s en el area de
protección de líneas; sin embargo, la pro t e c c i ó n de transformadores
y generadores usa n d o un a computadora ha tenido poca atención.
Es t a t e s i s p r e s e n t a la a p l i c a c i ó n d e l m i c r o p r o c e s a d o r e n la
p r o t e c c i ó n e l é c t r i c a de los s i s t e m a s d e l G e n e r a d o r y de los
Transformadores Principal y Auxiliar de una Central Termoeléctrica.
En el p r i m e r c a p í t u l o se e x p o n e la f u n c i ó n de las p r o t e c c i o n e s
en los
equipos mencionados
así
como una
d e s c r i p c i ó n de los
elementos
de
protección.
En el segundo
capitulo
se analizan
d i f e r e n t e s c o n f i g u r a c i o n e s de p r o t e c c i ó n p o r c o m p u t a d o r a y se d a n
las c a r a c t e r í s t i c a s de la co n f i g u r a c i ó n q ue se propone. Finalmente,
en
el
tercer
capítulo
se
da
la
filosofía
del
programa
de
co o r dinación de protecciones empleado, así como los algoritmos
propuestos para cada relevador.
Dos anexos: un o contiene las defini c i o n e s de los términos
técnicos e mpleados, y el otro, las p r o t e c c i o n e s q ue se a c t ivan una
vez q ue se ha d i s p a r a d o un relevador de protección.
1
CAPITULO
1.
I D E N T I F I C A C I O N DEL P ROB LEMA.
I D E N T I FI CA C IO N DEL PROBLEMA.
1.1.
C ONFIGURACION BASICA DE UNA P LANTA TERMOELECTRICA.
U na p l a n t a t e r m o e l é c t r i c a f ósil es u n a i n s t a l a c i ó n q u e t i e n e por
objeto
transformar
la
energía
del
vapor
en
electricidad.
Esta
t r a n s f o r m a c i ó n r e q u i e r e de v a r i o s pasos, d e s c r i t o s más a d e l ante, y de
los elementos siguientes:
-
G e nerador de Vapor o Caldera.
Turbina de Vapor.
Generador de Corriente Alterna.
Transformadores Elevadores.
Sistema de Precalentado de Agua de Alimentación.
y su c o r r e s pondiente
funcionamiento.
equipo
auxiliar,
sin
el
cual
no
sería
posible
su
Una planta termoeléctrica fósil genera energía eléctrica a partir
de la e n e r g í a c o n t e n i d a en c o m b u s t i b l e s f ó s i l e s c o m o el carbón, gas o
p e t r ó l e o . D i c h a e n e r g í a es l i b e r a d a e n f o r m a d e c a l o r al c o m b i n a r , en
el q u e m a d o r d e u n a c a l d e r a , el c o m b u s t i b l e f ó s i l c o n aire.
La c a l d e r a es a l i m e n t a d a con ag u a t r a t a d a q u í m i c a m e n t e (fluido de
t r a b a j o ) , q u e al c a l e n t a r s e sub e a u n d e p o s i t o l l a m a d o "domo de vapor",
d o n d e se s e p a r a el agu a d e l vapor. A l v a p o r así g e n e r a d o se le d e n o m i n a
"vapor saturado".
P o s t e r i o r m e n t e , e s t e v a p o r es s o b r e c a l e n t a d o c o n el fin de que
a l c a n c e l a s c o n d i c i o n e s a p r o p i a d a s p a r a s e r l l e v a d o a la t u r b i n a , en
d o n d e r e a l i z a r á " t r a b a j o " al e x p a n d e r s e y c h o c a r c o n t r a lo s á l abes,
i m p r imiendo a la flecha de la turbina u n m o v i m i e n t o m e c á n i c o giratorio
q u e se t r a n s m i t e a u n g e n e r a d o r e l é c t r i c o . L a e n e r g í a m e c á n i c a se ha
transformado en energía eléctrica. A hora ésta se conducirá por cables
a t ransformadores encargados de elevar su v o l taje para transportarla,
a t r a v é s d e g r a n d e s d i s t a n c i a s , h a s t a c e n t r o s d e c o n s u m o e n d o n d e su
v o l t a j e es d i s m i n u i d o a v a l o r e s a d e c u a d o s p a r a su e m p l e o en i n d u s t r i a s
o c a s a s h a b i t a c i ó n (ver fig u r a 1.1.).
A s i m i s m o , u n a vez q u e el v a p o r ha h e c h o t r a b a j o en la t u r b i n a y
perdido presión, se hace pasar a u n equipo llamado Condensador, donde
pasa a su fase lí q u i d a para, seguidamente, a l m a c e n a r l o en u n depósito
conocido como Pozo Caliente.
D u r a n t e s u f a s e l í q u i d a e l v a p o r se
denomina "condensado".
2
D e s d e el p o z o c a l i e n t e el c o n d e n s a d o se h a c e p a s a r a tra v é s de una
serie de c a lentadores, los que le a g r e g a n c a lor por m e dio de vapor
e x t r a í d o d e l a t u r b i n a . A q u í - s e p r e s e n t a u n p r o b l e m a , y e s q u e el
c o n d e n s a d o a r r a s t r a o x í g e n o y g a s e s n o c o n d e n s a b l e s q u e p r o v o c a n la
corrosión de varios equipos.
H a c i e n d o p a s a r el c o n d e n s a d o por el t a n q u e d e s a e r a d o r estos gases
se e l i m inan: se e x t r a e n y v e n t e a n a la a t m ó s f e r a , q u e d a n d o n u e v a m e n t e
p u r i f i c a d o el c o n d e n s a d o q u e a h o r a se a l m a c e n a e n la p a r t e i n f e r i o r del
t a n q u e d e s a e r a d o r . A p a r t i r de aq u í el a n t e s c o n d e n s a d o se l l a m a "agua
d e a l i m e n t a c i ó n " , la c u a l es b o m b e a d a n u e v a m e n t e a la c a l d e r a p a s a n d o
por u n a s e g u n d a e t a p a d e c a l e n t a m i e n t o . C o n e s t o se c o m p l e t a el ciclo
cerrado de trabajo agua-vapor, iniciándose de nu e v o el proceso.
E n e s t e p r o y e c t o , se t o m o c o m o r e f e r e n c i a a l a U n i d a d N^. l de la
Central Termoeléctrica de Tula Hidalgo, cuya localización, aportación
al S i s t e m a E l é c t r i c o N a c i o n a l , así c o m o l a s c a r a c t e r í s t i c a s p r i n c i p a l e s
de su equipo se d e s c r i b e n a continuación:
L O C A L I Z A C I O N . L a C e n t r a l T e r m o e l é c t r i c a F ó s i l (CTF), " F r a n c i s c o
P é r e z R í o s " s e l o c a l i z a a 96 K m . a l n o r o e s t e d e l a C i u d a d d e M é x i c o y
a 8 Km. a l s u r d e l a C i u d a d d e T u l a , H i d a l g o . E s t e s i t i o c o l i n d a c o n l a
R e f i n e r í a "Miguel Hidalgo" de Petróleos M e x i canos, de la q ue se surte
el c o m b u s t ó l e o y gas n a t u r a l p a r a su g e n e r a c i ó n .
SI S T E M A E L E C T R I C O NACIONAL. Esta C TF es u n a de las principales
fu e n t e s d e g e n e r a c i ó n d e e n e r g í a e l é c t r i c a d e l país, es la p r i m e r a en
la N a c i ó n en c u a n t o a g e n e r a c i ó n t e r m o e l é c t r i c a . D i c h a C e n t r a l cuenta
c o n 5 P l a n t a s g e n e r a d o r a s d e 300 MW. c a d a u n a , h a c i e n d o u n t o t a l d e 1500
MW de capacidad instalada y efectiva, aportando al Sistema Eléctrico un
promedio de 10,500 millones de KMW anuales, suficientes para abastecer
de energía eléctrica a una población de 11.5 m i llones de habitantes
aproximadamente.
Sus
generadores
de
vapor,
del
tipo
de
hogar
p r e s u r i z a d o , p u e d e n u s a r i n d i s t i n t a m e n t e c o m b u s t ó l e o o ga s n a t u r a l . El
ag u a pa r a el c i r c u i t o de e n f r i a m i e n t o se o b t i e n e d e u n a p l a n t a de
t r a t a m i e n t o d e a g u a s n e g r a s p r o v e n i e n t e d e l a C i u d a d d e M é x i c o y d e 15
p o z o s . El c i r c u i t o d e e n f r i a m i e n t o es c e r r a d o c o n s i s t e m a d e T o r r e de
En f r i a m i e n t o tipo húmedo. Las turbinas son d el tipo de reacción.
GENERADOR:
C a p a c i d a d 300 M V A ( n o m i n a l e s ) .
F a c t o r d e P o t e n c i a 0 .9.
3600 R.P.M.
3 F a s e s , 60 H z .
Enfriado por Hidrógeno.
4
TRANSFORMADOR PRINCIPAL:
P o t e n c i a 107 MVA, 1 Fa s e , 60 H z .
V o l t a j e 20 - 2 3 0 KV.
E n f r i a d o p o r A c e i t e (FOA).
Conexión Delta-Estrella.
TRANSFORMADOR AUXILIAR:
P o t e n c i a 21 M V A , 3 F a s e s , 60 H z .
V o l t a j e 2 0 - 4 . 3 6 / 2 . 5 2 KV.
E n f r i a d o p o r A c e i t e y A i r e (OA-FA)
Conexión Delta-Estrella.
5
1.2.
FUNCION DE LAS
PROTECCIONES.
L a f u n c i ó n de la p r o t e c c i ó n p o r r e l e v a d o r e s es o r i g i n a r el retiro
rápido del servi c i o de cu a l q u i e r e l e mento de u n si s t e m a de potencia,
cuando un elemento sufre un cortocircuito o cuando éste empieza a
funcionar
en
cualquier
forma
anormal
que
pueda
originar
daño
o
i n t e r f e r i r c o n el f u n c i o n a m i e n t o e f i c a z d e l r e s t o d e l s istema. El equipo
de protec c i ó n esta
ayudado por
interruptores
que
son
c a p a c e s de
d e s c o n e c t a r e l e l e m e n t o d e f e c t u o s o c u a n d o e l e q u i p o d e p r o t e c c i ó n s e lo
manda.
Los
interruptores
están
localizados
de
tal
manera
que
cada
generador,
transformador,
línea
de
transmisión,
etc.,
puedan
desconectarse por completo del resto del sistema. Estos interruptores
d eben tener la capacidad suficiente para poder c o nducir momentáneamente
la corriente máxima de cortocircuito e interrumpir esta corriente.
A u n q u e l a f u n c i ó n p r i n c i p a l d e l a p r o t e c c i ó n p o r r e l e v a d o r e s es
reducir los efectos de los cortocircuitos, s u r g e n otras condiciones
anormales de funcionamiento que también necesitan esta protección.
Una función secundaria
el s i t i o y el t i p o d e la
reparación oportuna sino que
p r o p o r c i o n a n los m e d i o s par a
de la falla.
de la p r o t e c c i ó n p o r r e l e v a d o r e s es indicar
f alla. D i c h o s ' d a t o s n o s ó l o a y u d a n e n la
también, por c o m p a r a c i ó n c on otros equipos,
el a n á l i s i s de la e f i c a c i a d e la p r e v e n c i ó n
E n e s t e t r a b a j o s e c o n s i d e r a al g e n e r a d o r e l é c t r i c o a s í c o m o a los
transformadores principal y auxiliar,
los
cuales podemos
observar
e n c e r r a d o s c o n l í n e a p u n t e a d a e n la f i g u r a 1.1.
Protección del Generador.
A continuación se listan las características
generador:
d e l a p r o t e c c i ó n del
1.
Una fa l l a e n el G e n e r a d o r i n v a r i a b l e m e n t e es de
c a r á c t e r p e r m a n e n t e , su r e p a r a c i ó n r e q u i e r e t i e m p o
y es cost o s a . En c o n s e c u e n c i a se j u s t i f i c a e m p l e a r
una protección lo más sensible y completa posible.
2.
El m a r g e n de sobrecarga, o t o lerancia para operar
fuera
de
sus
límites
nominales,
es
menor
en
generadores que en otros
equipos
eléctricos. Esta
propiedad
exige una protección
adicional,
de
re s p aldo, q u e i m p i d a su o p e r a c i ó n p r o l o n g a d a baj o
condiciones anormales debidas a causas externas.
6
3.
La gran importancia de los generadores dentro
del sistema eléctrico exige qu e la p rotección de
re s paldo sea selec c i o n a d a y aj u s t a d a con m u c h o
cuidado para evitar disparos innecesarios.
E n l a f i g u r a 1.2. se m u e s t r a u n d i a g r a m a
que co n d e n s a en forma
gl o b a l , t o d a s l a s p r o t e c c i o n e s d e l g e n e r a d o r . T a m b i é n s e m u e s t r a n los
efectos a qu e dan lugar dichas fallas y las causas que las provocan,
dando como c o n s ecuencia finalmente u na inestabilidad del sistema.
Protección de Transformadores.
En c o n t r a s t e con los generadores, en los q ue p u eden surg i r muchas
circunstancias
anormales,
los
transformadores
sólo
pueden
sufrir
cortocircuito,
circuitos
abiertos
y
sobrecalentamiento
en
los
arrollamientos.
Los
transformadores
que
se uti l i z a n
en la unidad
"Francisco Pérez Rios" son de potencia, están totalmente cerrados y
s u m e r g i d o s e n a c e ite, p r e s e n t a n f a l l a s e n r a r a s o c a s i o n e s , p e r o las
c o n s e c u e n c i a s d e u n a f a l l a , p o r e s p o r á d i c a q u e s e a , p u e d e s e r g r a v e si
el t r a n s f o r m a d o r no se d e s c o n e c t a r á p i d a m e n t e d e l s istema.
D e a h í la
importancia de contar con esquemas de pr o t e c c i ó n rápidos y seguros.
7
1.3. T I P O S D E E L E M E N T O S D E P R O T E C C I O N E S
Todos
los
relevadores
de- p r o t e c c i ó n
funcionan
en
base
a la
c o r r i e n t e y / o t e n s i ó n p r o p o r c i o n a d a a é s t o s p o r l o s t r a n s f o r m a d o r e s de
c o r r i e n t e y t e n s i ó n cone c t a d o s , en d i v e r s a s c o m b i n a c i o n e s , al elem e n t o
d e l s i s t e m a q u e v a n a p r o t e g e r . P o r c a m b i o s i n d i v i d u a l e s o r e l a t i v o s en
estas
dos
magnitudes
las
fallas
señalan
su
presencia,
tipo
y
localización,
a los
relevadores
de
protección.
Para
cada
tipo y
l o c a l i z a c i ó n de falla, hay algu n a d i f e r e n c i a c a r a c t e r í s t i c a en estas
m a g n i t u d e s ( c o r r i e n t e y / o v o l t a j e ) , a s í c o m o v a r i o s t i p o s d e e q u i p o de
p r o t e c c i ó n p o r relev a d o r e s , c a d a u n o d e los c u a l e s e s t á d i s e ñ a d o para
r e c o n o c e r u n a d i f e r e n c i a p a r t i c u l a r y f u n c i o n a r e n r e s p u e s t a a ésta.
L a s d i f e r e n c i a s en c o r r i e n t e y / o v o l t a j e son p o s i b l e s en u n o o más
de los siguientes atributos:
a).
b).
c).
d).
e) .
Magnitud.
Frecuencia.
A n g u l o d e fase.
Duración.
R a z ó n de cambio.
Principios de
funcionamiento de los
relevadores.
Los relevadores pueden funcionar fundamentalmente de dos maneras
diferentes:
(1)
atracción
electromagnética,
y
(2)
inducción
e l e c t r o m a g n é t i c a . L o s r e l e v a d o r e s d e l t i p o (1) f u n c i o n a n e n v i r t u d de
u n é m b o l o q u e e s a t r a í d o d e n t r o d e u n s o l e n o i d e , o u n a a r m a d u r a q u e es
a t r a í d a p o r l o s p o l o s d e u n e l e c t r o i m á n . D i c h o s r e l e v a d o r e s p u e d e n ser
a c c i o n a d o s p o r m a g n i t u d e s d e c o r r i e n t e d i r e c t a (CD) o c o r r i e n t e a l t e r n a
( C A ) . L o s r e l e v a d o r e s d e l t i p o (2) u t i l i z a n e l p r i n c i p i o d e l m o t o r de
i n d u c c i ó n p o r m e d i o d e l c u a l el p a r s e d e s a r r o l l a p o r i n d u c c i ó n e n un
rotor. E s t e pri n c i p i o de funcio n a m i e n t o se aplica sólo a relevadores
a c c i o n a d o s por c o r r iente alterna. El m o v i m i e n t o m e c á n i c o del mecanismo
d e a c c i o n a m i e n t o es i m p a r t i d o a u n a e s t r u c t u r a de c o n t a c t o p a r a cerrar
y abrir contactos.
Indicadores de funcionamiento.
En general,
u n r e l e v a d o r d e p r o t e c c i ó n e s t á p r o v i s t o c o n un
i n d i c a d o r q u e m u e s t r a c u á n d o ha f u n c i o n a d o el r e l e v a d o r p a r a d i s p a r a r
un interruptor.
Dichos indicadores de funcionamiento son elementos
c olore a d o s de u n modo característico y accionados ya sea mecánicamente,
p or el m o v i m i e n t o del m e c a n i s m o de accio n a m i e n t o de l relevador, o
T a l e s
e l é c t r i c a m e n t e p o r el f l ujo de la c o r r i e n t e de c o n t a c t o .
i n d i c a d o r e s s a l e n a la vi s t a c u a n d o el r e l e v a d o r ha f u n c i o n a d o , qued a n d o
d i s p u e s t o s p a r a r e p o n e r s e m a n u a l m e n t e , d e s p u é s d e q u e s e h a n o t a d o su
i n d i c a c i ó n , l i s t o s par a el s i g u i e n t e f u n c i o n a m i e n t o .
9
A justes de puesta en trabajo o de reposición.
El
ajuste de puesta en trabajo o de reposición está previsto
e l é c t r icamente por bobinas, con tomas de corriente; por transformadores
de potencial auxiliares, con tomas o resistencias; o mecánicamente, con
re s o r t e de t e n s i ó n a j u s t a b l e o por v a r i a c i ó n d e l e n t r e h i e r r o i n i cial del
e l e m e n t o de m a n i o b r a c o n r e s p e c t o a su s o l e n o i d e o e l e c t r o i m á n .
A c c i ó n retardada y sus definiciones.
Al g u n o s relevadores tienen acción de re t a r d o ajustable, y otros
so n i n s t a n t á n e o s o d e a l t a veloc i d a d . El t é r m i n o i n s t a n t á n e o s i g nifica
q u e n o t i e n e a c c i ó n d e r e t a r d o i n t e n c i o n a l y se a p l i c a a r e l e v a d o r e s que
f u n c i o n a n e n u n t i e m p o m í n i m o a p r o x i m a d o d e 0. 1 seg. E l t é r m i n o "alta
v e l o c i d a d " i n d i c a f u n c i o n a m i e n t o e n m e n o s d e 0 . 1 s e g a p r o x i m a d a m e n t e y,
po r lo gene r a l , en 0.05 seg o menos. El t i e m p o d e f u n c i o n a m i e n t o para
r e l e v a d o r e s d e a l t a v e l o c i d a d e s t á e x p r e s a d o e n c i c l o s y s e b a s a e n la
f r e c u e n c i a d e l s i s t e m a d e p o t e n c i a . P o r e j e m p l o , u n c i c l o s e r í a 1/60 seg
e n u n s i s t e m a d e 60 h e r t z .
L a a c c i ó n d e r e t a r d o e n r e l e v a d o r e s d e l t i p o d e i n d u c c i ó n , se
o b t i e n e p o r u n i m á n d e a r r a s t r e d i s p u e s t o d e t a l m a n e r a q u e el r o t o r del
r e l e v a d o r c o r t a el f l u j o e n t r e los p o l o s d e l m i s m o imán. E s t o produce
u n e f e c t o r e t a r d a n t e en el m o v i m i e n t o del r o t o r e n c u a l q u i e r dirección.
En otros relevadores, se h an ut i l i z a d o di v e r s o s d i s p o s i t i v o s mecánicos
que incluyen é m b olos amortiguadores, fuelles y m e c a n i s m o s de escape.
L a t e r m i n o l o g í a p a r a e x p r e s a r l a f o r m a d e l a c u r v a d e l t i e m p o de
f u n c i o n a m i e n t o c o n t r a la m a g n i t u d de i n f l u e n c i a son; t i e m p o d e f i n i d o y
t i e m p o i n v e r s o . U n a c u r v a d e t i e m p o i n v e r s o e s a q u e l l a e n l a c u a l el
t i e m p o d e f u n c i o n a m i e n t o v i e n e a s e r m e n o r a m e d i d a q u e e l v a l o r d e la
m a g n i t u d d e i n f l u e n c i a s e i n c r e m e n t a . C u a n d o m á s p r o n u n c i a d o e s la
m a g n i t u d de i n f l u e n c i a , m á s i n v e r s a se d i c e q u e es la curva. Una curva
d e t i e m p o d e f i n i d o e s e s t r i c t a m e n t e a q u e l l a e n l a c u a l e l t i e m p o de
f u n c i o n a m i e n t o n o es a f e c t a d o p o r el v a l o r de la m a g n i t u d de influencia.
A c o n t inuación se explican brevemente
relevadores de protec c i ó n típicos.
10
el
funcionamiento
de
unos
Relevadores Diferenciales.
Lo s r e l e v a d o r e s d i f e r e n c i a l e s t o m a n u n a v a r i e d a d d e formas que
d e p e n d e n d e l e q u i p o q u e é s t o s - p r o t e g e n . U n r e l e v a d o r d i f e r e n c i a l se
define c omo " un o que funciona cuando el vector d iferencia de dos o más
magnitudes eléctricas similares excede una cantidad predeterminada".
La m a y o r í a de las a plicaciones d el r e l e vador d i f e r e n c i a l son del
tipo d i f e r e n c i a l de corriente. El e j e mplo más simple de u n arreglo
s e m e j a n t e se m u e s t r a e n la f i g u r a 1.3. La p a r t e p u n t e a d a d e l c i r c u i t o
r e p r esenta el el e m e n t o
de sistema que está protegido por el relevador
diferencial.
Este elemento de sistema puede ser una longitud de circuito, un
a r r o l l a m i e n t o d e u n g e n e r a d o r , u n a p a r t e d e l a s b a r r a s c o l e c t o r a s , etc.
En c a d a c o n e x i ó n al e l e m e n t o de s i s t e m a se m u e s t r a u n t r a n s f o r m a d o r de
c o r r i e n t e (TC). Lo s s e c u n d a r i o s d e l o s T C s e i n t e r c o n e c t a n u n o a otro;
mi e n t r a s q u e la bobina de un r e l e vador de sob r e c o r r i e n t e se c o n ecta a
t r a v é s d e l c i r c u i t o s e c u n d a r i o d e l o s TC.
rio .
1.3.
protección
ael
reievoaor
airerencioi
L a c o r r i e n t e e n el r e l e v a d o r d i f e r e n c i a l s e r á p r o p o r c i o n a l al
v ect o r d i f e r e n c i a e n tre las c o r r ientes qu e e n t r a n y s a len d el circuito
p r o t e g i d o . Si la c o r r i e n t e d i f e r e n c i a l e x c e d e el v a l o r de p u e s t a en
trabajo del relevador, éste funcionará.
R e l e vadores de Distancia.
En los
relevadores anteriores,
c on los que se e q u i l i b r a una
c o r r i e n t e c o n t r a otra corriente, su c a r a c t e r í s t i c a de f u n c i o namiento
puede e x presarse como una relación entre dos corrientes.
En los relevadores de distancia, hay un equilibrio entre tensión
y c o r r i e n t e que puede expresarse en función de la impedancia.
La
i m p e d a n c i a , es la m e d i d a e l é c t r i c a de la d i s t a n c i a a lo l a r g o d e una
línea de
transmisión,
lo q u e e x p l i c a el n o m b r e a p l i c a d o
a estos
relevadores.
11
E n u n r e l e v a d o r d e i m p e d a n c i a e l p a r p r o d u c i d o p o r u n e l e m e n t o de
c o r r i e n t e e s t á e q u i l i b r a d o c o n e l p a r d e u n e l e m e n t o d e t e n s i ó n . El
e l e m e n t o d e c o r r i e n t e p r o d u c e -un p a r p o s i t i v o ( p u e s t a e n t r a b a j o ) ,
mientras
que
el
elemento
de tensión
produce
un
par
negativo
(reposición).
En otras palabras,
u n r e l e v a d o r d e i m p e d a n c i a es un
r e l e v a d o r d e s o b r e c o r r i e n t e d e t e n s i ó n d e r e t e n c i ó n . S i d e c i m o s q u e el
e f e c t o d e l r e s o r t e d e c o n t r o l e s K 3 , l a e c u a c i ó n d e l p a r es:
T = K l I 2 - K 2V 2 - K 3
d o n d e I y V son m a g n itudes e f i caces de la cor r i e n t e y de la tensión,
r e s p e c t i v a m e n t e . E n e l p u n t o d e e q u i l i b r i o , c u a n d o e l r e l e v a d o r e s t á en
el l í m i t e d el
f u n c i o n a m i e n t o , el p a r n e t o es ce r o ,
y
22=
k v
V
2
- k
3
s i d e s p r e c i a m o s e l e f e c t o d e l r e s o r t e d e c o n t r o l , d e m a n e r a q u e su
e f e c t o s ó l o es n o t o r i o a m a g n i t u d e s de c o r r i e n t e r a z o n a b l e m e n t e bajas
d e a q u e l l a s e n c o n t r a d a s o r d i n a r i a m e n t e , e n t o n c e s K3 es i g u a l a cero, y
a l d i v i d i r e n t r e e l p a r d e c o r r i e n t e l a e c u a c i ó n s e t r a n s f o r m a en:
constante
E n o t r a s p a l a b r a s , u n r e l e v a d o r d e i m p e d a n c i a e s t á e n e l l í m i t e de
f u n c i o n a r a u n v a l o r c o n s t a n t e d a d a la r e l a c i ó n d e v a I q u e puede
ex p r e s a r s e como una impedancia.
Protección por computadora.
A c o n t i n u a c i ó n se d e s c r i b e n los e l e m e n t o s
configuración de un relevador por computadora,
las s i g u i e n t e s c u a t r o p a r t e s (ver f i g u r a 1.4.):
que intervienen en
el cual se compone
(1).
Circuito
de
entrada.
Esta
parte
obtiene
i n f o rmación en la forma de valores ana l ó g i c o s de
corriente o voltaje a través de los transformadores
d e p o t e n c i a l (TP) y t r a n s f o r m a d o r e s d e c o r r i e n t e
(TC) y l o s c o n v i e r t e e n v a l o r e s d i g i t a l e s .
(2).
Operaciones del procesador. Las funciones de éste
son leer datos de corriente y voltaje digital y
señales
de
estado
de
aparatos
externos,
para
ej e cutar rápidamente las operaciones n ecesarias para
simular
las
características
del
relevador,
y
es c ribir los resultados.
12
le
de
(3).
A j u s t e s . E s t a p a r t e es u n a i n t e r f a c e h o m b r e m á q uina para cambiar la zona de protección.
(4).
C i r c u i t o d e sal i d a . La s f u n c i ó n d e e s t a p a r t e es
tra n s f e r i r los comandos de d i s p a r o a los circuitos
de disparo.
13
Notación:
CAD. C o n v e r t i d o r A n a l ó g i c o - D i g i t a l .
ED.
Entrada Digital.
M P X . Multiplexor analógico.
SD.
Salida Digital.
S E T & IND. A j u s t e s e I n d i c a c i ó n .
TC.
Transformador de Corriente.
TP.
Transformador de Potencial.
Fig.1.4.
Configuración Básica de Relevadores
14
por Computadora.
C A P I T U L O 2.
C O N F I G U R A C I O N DEL SISTEM A .
C O N F I G U R A C I O N DEL SISTEMA.
E n e s t a p a r t e se a n a l i z a n c a d a u n o de los
elementos que
intervienen
en
la c o n f i g uración
básica
de
un
relevador por
computadora
y
las d i f e r e n t e s
configuraciones,
en
base
a
m i c r o p r o c e s a d o r e s , q u e p u e d e n ser a p l i c a d a s a las p r o t e c c i o n e s de
una central termoeléctrica.
Esto permitirá contar con elementos
de d e c i s i ó n
para,p o steriormente,
proponer un modelo para
la
realización del prototipo.
2.1.
CONSIDERACIONES AL CONFIGURAR UN SISTEMA DE PROTECCION
ELECTRICA POR COMPUTADORA.
El s i s t e m a d e p o t e n c i a q u e e s t a m o s p r o t e g i e n d o es o b v i a m e n t e
de naturaleza analógica.
Los relevadores por computadora difieren
de los relevadores analógicos en que están diseñados para detectar
fallas, en el sistema de p o t e n c i a por computación, d e s pués de
muestrear las formas de onda de e n t r a d a , y convertirlas a datos
digitales.
M u c h a s c o n s i d e r a c i o n e s t é c n i c a s d e b e n t o m a r s e e n c u e n t a al
convertir una señal análogica a digital para alimentar un relevador
por
computadora.
Algunas
de
estas
consideraciones
son
los
requerimientos de exactitud, resolución, linealidad y estabilidad
en la calibración.
Factores tales como errores g enerados por
c a m b i o s d e t e m p e r a t u r a , t i e m p o de c o n v e r s i ó n , y e s t a b i l i d a d en el
suministro de alimentación deben analizarse cuidadosamente.
E l p r i m e r p a s o es o b t e n e r u n a i n f o r m a c i ó n c o n f i a b l e d e los
e q u i p o s q ue se protegen, lo cual se logra a través d el u s o de
transformadores de corriente o voltaje.
Los transformadores de corriente y voltaje tienen niveles
n o r m a l i z a d o s e n sus s e c u n d a r i o s , e s t o s s o n 5 a m p s . y 120 v o l t s
respectivamente.
Estos son los rangos de entrada para la mayoría
de los relevadores de p r o t ección comerciales, pero no son niveles
t ípicos p ara los circuitos encontrados en computadoras. Por lo que
es n e c e s a r i o , e n la m a y o r í a d e l o s caso s , q u e las a m p l i t u d e s de
voltaje
y/o
corrientes
sean
atenuados,
con
transformadores
a u x i l i a r e s , a v a l o r e s n o r m a l i z a d o s p a r a e q u i p o e l e c t r ó n i c o , los
c u a l e s t i e n e n n i v e l e s d e 4 a 20 m i l i a m p s y 1 a 5 vo l t s .
15
Por otra parte, en base a los r e q u e r imientos de d a tos de un
relevador digital particular, es necesario algunas veces hacer un
f i l t r a d o a n a l ó g i c o del d a t o r e c i b i d o de los t r a n s f o r m a d o r e s de
c o r r i e n t e o v o l t a j e . E l p r o p ó s i t o d e e s t e f i l t r a d o a n a l ó g i c o es
p e r m i t i r la t r a n s f e r e n c i a d e c i e r t a s f r e c u e n c i a s e n las s e ñ a l e s de
entrada y atenuar a otras frecuencias. Por ejemplo, u n relevador
d i g i t a l u s a d o p a r a d e t e c t a r c o n d i c i o n e s d e s o b r e c o r r i e n t e d e la
f o r m a d e o n d a d e 60 H z . , p o d r í a r e q u e r i r s e ñ a l e s d e c o r r i e n t e q u e
f i l t r e n l a f r e c u e n c i a f u n d a m e n t a l y a d e m á s q u e l a p r e s e n t e n al
relevador.
Por su parte, el m u l t i p l e x o r es u n d i s p o s i t i v o q u e s e l e c c i o n a
un a señal de uno de sus canales de entrada y lo t ransfiere a
canales de salida.
A los c a n a l e s de e n t r a d a d e l m u l t i p l e x o r se
pueden aplicar señales singled-ended
(refe r i d a s al s i s t e m a de
t i e r r a ) o u n o de sus d i f e r e n c i a l e s (dos t e r m i n a l e s r e q u e r i d a s ) .
En lo que respecta a la conversión de magnit u d e s eléctricas
analógicas
a sus
correspondientes
representaciones
digitales,
existen muchas técnicas, y una de las características principales
q u e d e b e t e n e r el C o n v e r t i d o r A n a l ó g i c o D i g i t a l
(CAD) es, su
l o n g i t u d d e p a l a b r a e x p r e s a d a e n bits, la cua l a f e c t a la h a b i l i d a d
del CAD para representar la señal analógica en un a representación
d i g i t a l d e t a l l a d a . P a r a n u e s t r o fin, u s a r e m o s e l C A D q u e e m p l e a el
método de aproximaciones sucesivas.
Por último, para determinar que tan frecuente deben ocurrir
los pulsos de muestreo,
e s t o es,
determinar la
" r e l a c i ó n de
muestreo"
para
un
sistema
dado,
se
deben
examinar
las
c a r a c t e r í s t i c a s de la señal analógica.
O b v i a m e n t e , la r e l a c i ó n de
m u e s t r e o d e b e ser m á s r á p i d a q u e c u a l q u i e r c a m b i o s i g n i f i c a t i v o en
la señal analógica con el o b jeto de retener toda la i n f o rmación
útil.
El T e o r e m a de M u e s t r e o de N y q uist d e fine u n a re l a c i ó n de
m u e s t r e o m í n i m a p e r m i s i b l e a s e r u s a d a , e s t e t e o r e m a e x p r e s a : "Si
una
señal
continua
limitada
en
ancho
de
banda
no
contiene
componentes de frecuencia más grandes que la frecuencia fundamental
(fe) , e n t o n c e s l a s e ñ a l o r i g i n a l p u e d e s e r c o m p l e t a m e n t e r e c u p e r a d a
s i n d i s t o r s i ó n si e s t a es m u e s t r e a d a en u n a r e l a c i ó n d e p o r lo
m e n o s 2 f e m u e s t r a s p o r s e g u n d o ”.
16
2.2. TIPOS DE PROTECCION POR COMPUTADORA.
Ya
conocidos
los
componentes
de
los
relevadores
por
computadora, se a n alizarán las diferentes c onfiguraciones en base
a microp r o c e s a d o r e s que se pueden aplicar para las protecciones.
Las d i f e r e n t e s c o n f i g u r a c i o n e s son:
-
Sistema de Protección Centralizado.
Sistema de Protección Individual.
Sistema de Protección con Respaldo.
2.2.1.
SISTEMA DE PROTECCION CENTRALIZADO.
Este
sistema
se e n c uentra u b i c a d o en el c u arto de control,
a cierta
d i s t a n c i a del elemento a proteger. Es claro observar
que
por
encontrarse
en
dicho
lugar
cuentacon
medios
de
comunicación,
hacia
el
operador,
más
versátiles,
así
como
impresoras e inclusive computadoras personales, las cuales permiten
tener
una
representación visual
del
tipo defalla que
esta
ocurriendo.
L a f i g u r a 2.1. m u e s t r a e s t a c o n f i g u r a c i ó n .
F IG .
2 , -1 .
S IS T E M A
DE
P R O TEC C IO N
C E N T R A L IZ A D A .
Si la d i s t a n c i a q u e hay e n t r e el s i s t e m a de p r o t e c c i ó n y el
c u arto de c o n t r o l es c o n s i derable
(aprox.
1 5 0 m. o m a y o r )
se
presentan c o n d iciones de atenuación en la señal, siendo necesaria
la i n s t a l a c i ó n d e e t a p a s de a m p l i f i c a c i ó n , c r e a n d o c o n e s t o q u e se
t eng a n líneas de c o m u n i c a c i ó n de alto costo.
17
O tro de los fenómenos que se encuentran presentes
e s t a c a r a c t e r í s t i c a es l a s e n s i b i l i d a d al ruido.
debido
a
E n c a s o de falla, el s i s t e m a de p r o t e c c i ó n q u e d a p a r c i a l o
c o m p l e t a m e n t e despr o t e g i d o s e gún sea el caso.
Esto es d e bido a
que se cuenta con un modulo de funcionamiento por cada relevador
que exista.
P o r e s o si el ú n i c o m i c r o p r o c e s a d o r q u e e s t a r e a l i z a n d o la
p r o t e c c i ó n falla, el s i s t e m a a u t o m á t i c a m e n t e q u e d a d e s p r o t e g i d o .
2.2.2.
SISTEMA DE PROTECCION INDIVIDUAL.
Este sistema esta compuesto por un número de microprocesadores
e q u i v a l e n t e al n ú m e r o de p r o t e c c i o n e s , se e n c u e n t r a u b i c a d o en u n a
á r e a c e r c a n a al e l e m e n t o d e
protección, por consiguiente no hay
p r o blemas de atenuación en la
señal, sus líneas de c o m u n i c a c i ó n
son de b ajo costo.
Presenta la posibilidad de c o m u nicarse con una
c omp u t a d o r a central, con
la finalidad de que el o p e rador cuente
c o n u n r e g i s t r o de a c c i o n e s y
fallas p r e s entadas en la central
g e n e r a d o r a . E n la f i g u r a 2.2. s e m u e s t r a e s t a c o n f i g u r a c i ó n .
Dos puntos importantes que pueden tomarse en contra de este
tipo de sistemas son :
- Costo excesivo.
- Mal aprovechamiento del microprocesador y de todo
h a r d w a r e q u e i n v o l u c r a u n s i s t e m a de e s t e tipo.
FIG, 2,2, SISTEMA DE PROTECCION INDIVIDUAL,
18
el
2.2.3.
SISTEMA DE PROTECCION CON RESPALDO.
E s t e s i s t e m a t a m b i é n se e n c u e n t r a u b i c a d o en u n a ár e a c e r c a n a
al e l e m e n t o de p r o t e c c i ó n ,
p o r lo c u a l n o h a y p r o b l e m a s de
ate n u a c i ó n en la señal.
Un aspecto muy importante
que presenta
esta
configuración
es
seguridad
en
cuanto
a protección
y
comunicación, dado que ambas micros ven lo mismo.
En cas o de falla, el sistema de p r o t e c c i ó n q u eda compl e t a m e n t e
p r o t e g i d o , ya q u e si u n a m i c r o f a l l a e n t r a la o t r a o
viceversa.
E s t e t i p o d e c o n f i g u r a c i ó n i n c r e m e n t a sus c o s t o s p o r la
duplicación
de
funciones
pero
se
obtiene
un
alto
grado
c o n f i a b i l i d a d , lo que no sucede con los sistemas anteriores.
de
2.3. C A R A C T E R I S T I C A S D E L A C O N F I G U R A C I O N P R O P U E S T A .
Una
vez
descritas
las
configuraciones
aplicables,
la
a r q u i t e c t u r a q ue se tomo en c o n s i d e r a c i ó n fue la de p r o t e c c i ó n con
respaldo. Los puntos a c o n s iderar en el d i s e ñ o del s i s tema de
p r o t e c c i ó n q u e s e p r o p o n e son:
*
D e f i n i r la a plicación q ue
microprocesador.
*
Determ i n a r los requerimientos de las entradas
y salidas, tomando en c u enta la c a n tidad y tipo
de señales analógicas y/o digitales a manejar,
así c o m o la f orma d e c o m u n i c a c i ó n q u e se
requiere entre hombre-máquina.
*
E s t i m a r los
*
Qu e la información obtenida
c o nfiable y no ambigua.
*
Q u e se p r o p orcione r e d u n dancia par a el control
del equipo crítico del proceso.
*
El
equipo
del
sistema
debe
cubrir
requerimientos de alta disponibilidad.
*
Que se u sen métodos de
versátiles y avanzados.
E n l a f i g u r a 2.3.
la
figura
2.4.
se
configuración.
se
le
desea
dar
al
requerimientos de memoria.
del
medición
proceso
y
sea
los
control
se m u e s t r a la c o n f i g u r a c i ó n p r o p u e s t a , y en
muestran
las
características
de
esta
19
FIGURA 2 .a
CONFIGURACION DE PROTECCION EN BASE A MICROPOCESADORES
PARA CENTRALES TERMOELECTRICAS
INT
: MODULO DE INTERFACES DE VOLTAJE, DE CORRIENTE
Y DE FRECUENCIA
CAD : MODULO DE CONVERTIDORES ANALOGICO/DIGITAL
SCC
: MICRO COMPUTADORA DE UNA TABLILLA
RELE
: MODULO
DE RELEVADORES
CS
: MODULO
DE COMUNICACIONSERIE
n
: FUENTE
ININTERRUMPIBLE
E
: ENTRADAS AL SISTEMA DE PROTECCION
S
: SALIDAS DEL SISTEMA DE PROTECCION
CARACTERISTICAS DE ESTA CONFIGURACION.
CPU.
Palabra.
Reloj .
Ciclo del procesador.
Coprocesador.
Capacidad de memoria.
8088
8 bits.
8.0 M H z .
125nseg.
8087
128KRAM.
128KROM.
CONVERTIDOR ANALOGICO/DIGITAL.
Método de aproximaciones
sucesivas.
T i e m p o tie c o n v e r s i ó n m e n o r
de 40 m i c r o s e g .
R e s o l u c i ó n d e 14 b i t s .
Rango de entrada bipolar
+ / - 5 V . y + / - IV.
16 c a n a l e s d i f e r e n c i a l e s .
CANAL DE C O M U N I C A C I O N SERIE.
UA R T : C o n v i e r t e los niveles
TTL a RS232 para comunicar
el
sistema
cualquier
equipo
que
tenga
dicha
interfaz.
21
Esta
arquitectura
tiene las siguientes
características:
L a f r e c u e n c i a d e l s i s t e m a e l é c t r i c o es d e 60 H z . c o n un
p e r í o d o de 16.6 m i l i s e g . . T o m a n d o el t i e m p o d e c o n v e r s i ó n del
c o n v e r t i d o r a n a l ó g i c o / d i g i t a l d e 40 m i c r o s e g p o r c a n a l , t e n e m o s qu e
16 c a n a l e s s e m u e s t r e a n e n 6 4 0 m i c r o s e g . , d á n d o n o s e n u n c i c l o l a
c a p a c i d a d d e t o m a r h a s t a 25 m u e s t r a s d e t o d a s l a s s e ñ a l e s .
Sin embargo, se d e b e n tomar en c u enta f a c tores como:
*
El tiempo qu e emplea cada u no de los a l g o ritmos
de protección.
*
El
t i e m p o e n q u e el m i c r o tom a la i n f o r m a c i ó n ,
la p r o cesa y la a l m acena en memoria.
*
El
tiempo empleado en establecer una
salida a campo.
Estos
capítulo.
factores
los
veremos
22
más
a
detalle
señal de
en
el
siguiente
C A P I T U L O 3.
I M P L E M E N T A C I O N DE L A S P R O T E C C I O N E S P R O P U E S T A S .
I M P L E M E N T A C I O N DE L A S P R O T E C C I O N E S P R O P U E S T A S .
3.1.
ORGANIZACION GENERAL;
3.1.1.
HARDWARE.
C U A NTIFICACION DE SEÑALES ANALOGICAS Y DIGITALES DE
E N T R A D A Y SALIDA UTILIZ A D A S POR EL SISTEMA.
La i m p o r t a n c i a que tiene el co n o c e r el n ú m e r o de señales
a n a l ó g i c a s y d i g i t a l e s , t a n t o de e n t r a d a c o m o d e salida, es d e g r a n
importancia, ya que en base a esta información se d e termina el tipo
de a r q u i t e c t u r a y equipo a u t i l i z a r c on la c a p acidad y v e l ocidad
de respuesta más apropiada para este tipo de aplicación.
A c o n t i n u a c i ó n se m u e s t r a u n a t a b l a c o n el n ú m e r o de s e ñ a l e s
qu e re q u i e r e cada sistema.
PROTECCION.
ENTRADAS
ANALOGICAS .
GENERADOR.
23
ENTRADAS
DIGITALES.
SALIDAS
DIGITALES.
D e a c u e r d o al n ú m e r o de s e ñ a l e s a n a l ó g i c a s d e e n t r a d a y
d i g i t a l e s d e s a l ida, el e q u i p o r e q u e r i d o es el s i g uiente:
Par a las entradas analógicas se r e q u ieren 3 t a r jetas que
c u e n t a n c o n 16 c a n a l e s c a d a u n a . E n e s t e p u n t o s e p u e d e a ú n r e d u c i r
el n ú m e r o de señales de entrada, d e b i d o a que varios r e l e vadores
e m p l e a n l a s m i s m a s s e ñ a l e s d e c o r r i e n t e y v o l t a j e , p e r o e s t o se
a nalizará en otro momento.
Con respecto a señales digitales de entrada, las tarjetas
c u e n t a n c o n 16 c a n a l e s , p o r l o q u e s e r e q u i e r e d e u n a s o l a .
E n c u a n t o a l a s s e ñ a l e s d i g i t a l e s d e s a l i d a , s o n d e 16 c a n a l e s
r e q u i r i e n d o u n t o t a l d e 10 t a r j e t a s .
S e r e q u i e r e l a t a r j e t a p r i n c i p a l q u e c o n t i e n e e l C P U , al
c o p r o c e s a d o r , etc. m e n c i o n a d o a n t e r i o r m e n t e . A s i m i s m o se r e q u i e r e
del gabinete o canasta que soporta a las tarjetas y que cuenta con
un trasplano de comunicación.
La
figura
3.1 .
nos muestra
su
d i s p o s i c i ó n física.
FIG.
3.1.
CONFIGURACION
DE
PROTECCIONES
Los a lgoritmos de protección están grabados en m e m o r i a EPROM
y f u n c i o n a n i n d e f i n i d a m e n t e u n a vez q u e se a c t i v e el sist e m a .
C o n e s t a p r o p u e s t a se c o n t e m p l ó la n e c e s i d a d q u e t e n í a el
o p e r a d o r y el supervisor, de t e ner a su a l c ance u na h e r r a m i e n t a
que
les
permita
poder
modificar
parámetros
de
ajuste
de
relevadores,
de
tener
reportes
de
las
protecciones
que
se
a c t i v a r o n , así c o m o el de p o d e r h a c e r u n a n á l i s i s de falla, el de
po d e r r e s t a b l e c e r las p r o t e cciones d e s d e el c u arto de c o n t r o l y de
t e n e r u n a i n d i c a c i ó n v i s u a l m á s a g r a d a b l e al operador.
E s t a s n e c e s i d a d e s s e i m p l e m e n t a r o n t o m a n d o e n c u e n t a q u e el
o p e r a d o r p o d r í a t e n e r u n a C o m p u t a d o r a P e r s o n a l en el c u a r t o de
control y considerando a éste como equipo complementario del
c o n t r o l m a e s t r o , q u e en n u e s t r o c a s o s e r í a la c a n a s t a c o n las
tarjetas ya mencionadas. La i m plementación de estos requerimientos
s e e x p l i c a n d e t a l l a d a m e n t e en l a s e c c i ó n d e P r o g r a m a s d e A y u d a al
Operador.
24
3.1.2.
SOFTWARE.
L o s a l g o r i t m o s d e p r o t e c c i ó n de t o d o s l o s r e l e v a d o r e s se
llevaron
a cabo
en lenguaje
ensamblador;
su o b j e t i v o
es
la
n e c e s i d a d d e u t i l i z a r el t i e m p o d i s p o n i b l e d e s p u é s de q u e o c u r r a
u n a f a l l a t a n e f i c i e n t e m e n t e c o m o s e a p o s i b l e y as í o p t i m i z a r el
tiempo de e j ecución de los algoritmos de protección.
Los programas
de r e l e vadores tienden a estar entre el límite de la comp u t a c i ó n
y entrada-salida.
Es p o s i b l e que en poc o t i e m p o los l e n g u a j e s d e a l t o n i v e l
pu e d a n r e e m p l a z a r m u c h o de la p r o g r a m a c i ó n en le n g u a j e e n s a m b l a d o r
en r e l e vadores en base a computadoras.
L o s p r i m e r o s a l g o r i t m o s s e p r o g r a m a r o n s i n t o m a r e n c u e n t a el
coprocesador
matemático
(8087),
dando
tiempos
de
ejecución
cr í t i c o s , d e b i d o a q u e u t i l i z a n d o ú n i c a m e n t e el p r o c e s a d o r c e n t r a l
se p e r d í a t i e m p o en la r e a l i z a c i ó n de o p e r a c i o n e s m a t e m á t i c a s . En
las
siguientes
versiones,
ya
se
consideró
el
coprocesador,
o b t e n i e n d o v e l o c i d a d e s de e j e c u c i ó n b a s t a n t e a c e p t a b l e s p a r a las
protecciones eléctricas.
E l t i e m p o q u e se o b t u v o d e l o s a l g o r i t m o s e n c o n j u n t o , c o n el
p r o c e s a d o r t r a b a j a n d o a 8 M h z ., e s d e 3 . 4 6 9 m i l i s e g . E n e s t o s
tiempos se consideraron rutinas de desplegado en pantalla, valores
de p r u e b a etc. que u na vez opti m i z a d o s nos d an v a lores i nferiores
a l o s o b t e n i d o s , y q u e s e p u e d e n m e j o r a r a ú n m á s d e a c u e r d o al
programa de coordinación que será empleado.
PROGRAMA DE COORDINACION.
U n a vez q u e se p l a n t e a d a s las p r i n c i p a l e s c a r a c t e r í s t i c a s de
las p r o t e c c i o n e s elé c t r i c a s , d o n d e el p r i n c i p a l re t o es el t i e m p o
en q ue d e b e n de actuar las protecciones. Se a n a l i z a r o n varias
a l t e r n a t i v a s d e l p r o g r a m a q u e c o o r d i n a r í a t o d o s y c a d a u n o d e los
a l g o r i t m o s d e p r o t e c c i ó n , e s t a s a l t e r n a t i v a s son:
1.-
La primera alternativa que se analizó
fue la de
elaborartemporizadores
por
software:
en
esta
a l t e r n a t i v a , el p r o c e s a d o r c e n t r a l se e s c l a v i z a b a c u a n d o
entraba en un algoritmo que contaba con un temporizador,
y a q u e p e r m a n e c í a o c i o s o h a s t a q u e f i n a l i z a r a c o n su
l a p s o de tiempo, p a r a d e s p u é s v e r i f i c a r n u e v a m e n t e la
v a r i a b l e y así c h e c a r si h a b í a v u e l t o a n o r m a l i z a r s e o
seguía
anormal,
para
restablecer
el
temporizador
o
activar
las
protecciones
respectivamente,
y después
c ontinuar con el s i guiente algoritmo.
El
inconveniente
es
obvio,
ya
que
funcionaba
ú n i c a m e n t e p a r a u n a l g o r i t m o , d e j a n d o la s u p e r v i s i ó n de
los demás algoritmos.
25
2.-
La se g u n d a o p ción consistió en e m p l e a r t e m p o r izadores
hechos en h a r d w a r e en lugar de los hech o s por software,
d o n d e se t e n í a n varios dispo s i t i v o s 8253, c onectados a
u n o o m á s c o n t r o l a d o r e s de i n t e r r u p c i ó n (8259), do n d e
cada uno
de los
temporizadores
se
a c t i v a b a c o n el
a l g o r i t m o en c u e s tión, d e s a c t i v á n d o l o si la v a r i a b l e
v o l v í a a su e s t a d o n o r m a l o p r o v o c a n d o u n a i n t e r r u p c i ó n
p a r a s o l i c i t a r la atención del p r o c e s a d o r central y
ac t ivar la p r o t e c c i ó n pertinente.
En
esta
opción
se
analizaron
varios
aspectos
técnicos,
t a l e s como: los de a c o p l a m i e n t o e n t r e los
dispos i t i v o s , el protocolo de c o m u n i c a c i ó n entre los
d i f e r e n t e s módulos, etc., así como a s p ectos económicos,
los cuales harían de la p ropuesta de sustitución un
inconveniente importante.
3.-
O t r a a l t e r n a t i v a q u e fue a n a l i z a d a fue la de che c a r
a l g ú n t i p o de b a n d e r a q u e nos i n d i c a r a si h a b í a algu n a
a n o r m a l i d a d e n el a l g o r i t m o de p r o t e c c i ó n y si no se
p a s a b a al s i g u i e n t e algor i t m o , O b t e n i e n d o c o n el l o que
se tomaran más muestras dentro del ciclo del proceso sin
t e n e r q u e r e c o r r e r c a d a a l g o r i t m o e n s u t o t a l i d a d . E n el
cas o de u n a falla, en los algo r i t m o s c on t e m p o r i z a d o r ,
se establ e c í a una cuenta que se incrementaba y comparaba
c a d a v e z q u e s e e n t r a b a al a l g o r i t m o , e s t a c u e n t a e r a u n
e q u i v a l e n t e del retardo de tiempo, en el q ue si éste era
igual o mayor, y persistía la anormalidad, se activaba
la protección,
en caso contrario,
se r e s t a b l e c í a la
c u e n t a y se cont i n u a b a la s u p e r v i s i ó n de los algoritmos.
C o n e s t a o p c i ó n se r e c o r r í a n m á s n ú m e r o d e ve c e s los
algoritmos críticos debido a la v e locidad del CAD y que
son m u y inferiores a los del p e r í o d o d el proceso.
E l inconveniente, c o n est a o p c i ó n es q u e f u n c i o n a b a
p a r a u n a o dos p r o t e c c i o n e s a f e c t a d a s , p e r o en el cas o
en que se activaran más protecciones,
se tenían que
r e c o r r e r c a d a u n o de los a l g o r i t m o s a f e c t a d o s lo que
i mplicaba tiempo de procesamiento,
y a l r e g r e s a r al
p r i m e r alg o r i t m o e i ncrementar la cuenta, ésta ya no era
equivalente
al
retardo
de
tiempo
que
se
había
establecido,
ocasionando
tiempos
mayores
en
el
accionamiento de protecciones.
4.-
La a l t e r n a t i v a que se p r o p o n e finalmente,
es e n
p r i n c i p i o p a r t e de la a n t erior, en lo q u e se r e f i e r e a
la b a n d e r a q u e indi c a si e x i s t e u n a a n o r m a l i d a d en u n
a l g o r i t m o y e n e s e c a s o s e r e c o r r e e n s u t o t a l i d a d , si
no se p asa al s i g u iente algoritmo.
26
En el caso de que u n algoritmo requiera la función
de u n temporizador, se p r o c e d e ahora a o b t ener el tiempo
del reloj del proc e s a d o r y se suma a éste el r e tardo de
ti e m p o que n e c e sita, y se co n t i n u a c h e cando los demás
algoritmos.
Cuando
se
vuelve
a
entrar
nuevamente
a
este
al g o r i t m o , c o m p a r a n u e v a m e n t e la v a r i a b l e a n o r m a l pe r o
y a no se i n i c i a l i z a el t e m p o r i z a d o r si n o q u e se o b t i e n e
n u e v a m e n t e el t i e m p o d e l p r o c e s a d o r y s e c o m p a r a c o n el
q u e s e l e s u m ó al r e t a r d o d e t i e m p o : si é s t e es m a y o r o
i g u a l se a c t i v a n l a s p r o t e c c i o n e s p e r t i n e n t e s , si n o se
c o n t i n ú a c o n l o s d e m á s a l g o r i t m o s . E n e l c a s o e n q u e la
v a r i a b l e re g r e s a a su v a l o r n o r mal, a n t e s de q u e se
c u m p l a el tiempo, se r e s t a b l e c e el t e m p o r i z a d o r y se
continua.
C o n est e p r o g r a m a d e c o o r d i n a c i ó n se l o g r a q u e el
procesador esté vigilando todos
y cada uno de
los
a l g o r i t m o s de p r o t e c c i ó n y lo q u e es i m p o r t a n t e , es que
cumple
con
los
requerimientos
de
las
protecciones
i n s t a n t á n e a s , c h e c á n d o l a s m á s d e u n a vez, e v i t a n d o con
ello disparos innecesarios.
Configuración del Programa de Coordinación.
E n l a f i g u r a 3.2 se m u e s t r a n l o s r e q u e r i m i e n t o s p r i m o r d i a l e s
con q u e c u e n t a el p r o grama que ha de c o o r d i n a r las p r o t e c c i o n e s
eléctricas. Cada paso del p r ograma que c o m ponen las rutinas de
p r o c e s a m i e n t o e l e m ental e s tán alma c e n a d a s en m e m o r i a ROM.
L a o p e r a c i ó n d e p r o c e s a m i e n t o , e n c a d a t i e m p o d e m u e s t r e o , es
l l e vada a cabo y ejecutada repetidamente u na y otra vez en el curso
del tiempo.
En cua n t o a los requerimientos más importantes para cada uno
d e l o s a l g o r i t m o s d e p r o t e c c i ó n son:
(1).
Exact i t u d en la detección.
(2).
Dete c c i ó n de falla
(3).
Aplicación a varios
rápidamente.
(4).
Simplicidad
(5) .
F u nciones de filtro para reducir la influencia
de armónicas.
tipos
de
relevadores.
en la o p e r a c i ó n de procesamiento.
27
Inicialización de procesamiento
Hay
solicitud para cambiar parámetros
?
P r o c e s a m i e n t o de
alteración de parámetros.
Procesamiento de entrada de datos.
Procesamiento computacional de los rele v a d o r e s por los esquemas de protección.
Juic i o lógico basado en los esquemas de
p r otección (Secuencia de procesamiento).
Procesamiento de salida del comando de
d i s p a r o e i n d i cación del dato.
Figura.
3.2.
Diagrama de Flujo del Programa de Coordinación
28
PROGRAMAS DEL SISTEMA DE COORDINACION.
COORDINA.
E s t e p r o g r a m a c o n t i e n e el a l g o r i t m o p r o p i o de c o o r d i n a c i ó n
del s i s t e m a de p r o t e c c i ó n e l é ctrica en base a r e l e v adores por
c o m p u t a d o r a , e n el c u a l se t i e n e n u n a s e r i e d e l l a m a d o s a f u n c i o n e s
m e d i a n t e la d i r e c t i v a "CALL", en d o n d e se r e a l i z a l a p r o g r a m a c i ó n
de puertos, ajustes de parámetros, algo r i t m o s de los r e l e vadores
y las t a blas de datos.
En
la
opción de
ajuste de
parámetros
se lleva
a cabo
ú n i c a m e n t e al d a r de a l t a al s i s t e m a , c o n l a c a r a c t e r í s t i c a d e n o
poder efectuar ningún cambio durante la operación del mismo.
U n a d e l a s c a r a c t e r í s t i c a s d e l p r o g r a m a de c o o r d i n a c i ó n es
o p erar de m a n e r a cíclica, para lo cual, el m i c r o p r o c e s a d o r recorre
cada uno de los algoritmos y en caso de existir una falla o
a l t e r a c i ó n anormal, en cada rutina, se e j e cuta u na i n t e r r u p c i ó n
p a r a a v i s a r al p r o g r a m a s u p e r v i s o r i o d e l e s t a t u s de a l g u n a d e las
partes del sistema, reálizandose m ediante una rutina de atención.
Dentro
del
programa
se
establece
un
segmento
de
datos
d e c l a r a d o c omo público, ya que las v a r i a b l e s ahí i n v o l ucradas son
p r e c i s a m e n t e los p a r á m e t r o s de los r e l e v a d o r e s . A s í t a m b i é n , se
tiene una
p a r t e en la cual se d e p o s i t a n los datos de c o n v e r s i ó n
analógico-digital provenientes de campo,
c o m o son: v o l t a j e s y
c o r r i e n t e s , al ig u a l q u e se u b i c a n las b a n d e r a s de e s t a d o d e ca d a
u n o de los d i s t i n t o s r e l e v a d o r e s las c u a l e s i n d i c a n si e x i s t e u n a
falla o alarma.
Estatus de la bandera
00H
FFH
estado normal
estado de falla
Una
vez
i n s t a l a d o el siste m a ,
entran en oper a c i ó n los
a l g o r i t m o s r e p r e s e n t a t i v o s p a r a c a d a p r o t e c c i ó n . L a f i g u r a 3.3.
muestra el diagrama de flujo de este programa.
SEGMENTO.
Este
programa contiene un procedimiento llamado VIDEO_DATA,
q u e s o l o e s u n a a y u d a v i s u a l p a r a p r u e b a s d e s i m u l a c i ó n e n l a PC,
donde se d e s p l i e g a el nombre,
e s tado y el con t e n i d o de las
variables.
29
i ísofm .ia
de
-lujo rel
:•£ .;.;-pi>i:í.-:-:;:u.
8250.
Estas
rutinas
tienen . la
finalidad
de
realizar
i n i c i a l i z a c i ó n d e l p u e r t o d e c o m u n i c a c i o n e s s e r i e (U A R T 8 2 5 0 ) ,
las siguientes c a r a c terísticas :
*
*
*
*
*
Longitud de palabra de 7 bits
Sin paridad
2 bits de paro
Baud rate de 9600 b.p.s.
Transmisión / recepción mediante
la
con
interrupciones
A d e m á s de c o l o c a r el v e c t o r de i n t e r r u p c i ó n é s t e c o n t i e n e la
r u t i n a de a t e n c i ó n a la i n t e r r u p c i ó n , m e d i a n t e el c u a l se a t i e n d e
a los proce s o s en los qu e se recibe i n f o r mación d e s d e el programa
supervisor, para reali z a r cambios en los ajustes de p a r á metros o
realizar una restitución,
al i gual q u e r e a l i z a el p r o c e s o de
t r a s m i t i r i n f o r m a c i ó n q u e s e ñ a l a c u a l r e l e v a d o r se e n c u e n t r a en
estado de alarma o disparo.
PROCEDIMIENTOS DE
8250.ASM.
* VECTOR_82SO.
E st e p r o c e d i m i e n t o colo c a la dirección, en la tabla de
vectores
del
controlador
de
interrupciones,
c o r r e s p o n d i e n t e al offs e t de la rutina de atención.
* INT_8250.
Esta
rutina
realiza dos diferentes procesos:
el de
t r a n s m i t i r i n f o r m a c i ó n d e l e s t a d o d e u n r e l e v a d o r y,
recibir
info r m a c i ó n par a el cambio de p a r á m e t r o s
o
restitución.
TABLA.
L a f u n c i ó n p r i m o r d i a l d e e s t e p r o g r a m a e s e l d e r e a l i z a r el
camb i o de parámetros de u n d eterminado relevador desde la PC o
programa supervisor.
E s t a r u t i n a i d e n t i f i c a si se t r a t a d e un
a j u s t e od e u n a r e s t i t u c i ó n y s e
auxilia del estado de la
bandera
"restituye", siendo los po s i b l e s valores de ésta:
restituye = 0FH
restablece una protección
restituye = F0H
cambio de parámetros
31
PROCEDIMIENTOS DE TABLA.ASM.
* INSERTA.
E sta s e c u e n c i a solo coloca la d i r e c c i ó n e f e ctiva que
o b t i e n e el p r o c e d i m i e n t o de T a b l a al "buffer" l l a m a d o
" t a b l a _ o f f s e t " , me d i a n t e los apun t a d o r e s índice.
* INICIAL.
E s t a s e c u e n c i a t i e n e com o f i n a l i d a d el s a b e r si se d e s e a n
r e a l i z a r c a m b i o s o no d e s d e l a PC. P a r a e l l o h a c e u n a
i n d i c a c i ó n al p r o grama s upervisor de q ue se e n c u entra en
c o n d iciones de realizar un ajuste, m e d i a n t e el contenido
d e l a b a n d e r a ''cam b i a _ p a r a m ' ' , l a c u a l l e i n d i c a q u é
d e c i s i ó n d ebe seguir.
S i el v a l o r d e la b a n d e r a es u n a "s", s e e j e c u t a la
rutina de "AJUSTA" hasta que se d e t ecta
fin de cambio,
d a n d o i n i c i o a l p r o g r a m a d e c o o r d i n a c i ó n . L a f i g u r a 3.4.
m u e s t r a el d i a g r a m a de flujo.
* AJUSTA.
Se
encarga
de modificar
los
parámetros
dentro
del
s e g m e n t o d e datos, lo cual se l o g r a i n s p e c c i o n a n d o la
b a n d e r a l l a m a d a "restituye", p a r a v e r i f i c a r si se t r a t a
de u n a j u s t e de p a r á m e t r o s o d e u n a r e s t i t u c i ó n . El
d i a g r a m a d e f l u j o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 3 .5.
TIME.
E s t e p r o g r a m a se e n c a r g a de r e a l i z a r la l e c t u r a del reloj del
s i s t e m a p a r a l l e v a r el c o n t e o e n t i e m p o r eal, c o n v i r t i e n d o la
cuenta alta y baja de estos contadores en u n o solo, que equivale
al tiem p o r e c o r r i d o h a sta el momento. Est a m a n e r a de lectura,
g a r a n t i z a q u e l o s t i e m p o s a s i g n a d o s s e a n d e m a n e r a real.
contador
=
( TIMER_HIGH * OFFFFH
Su dia g r a m a de
) + TIMER_LOW
f l u j o se m u e s t r a e n la
32
figura
3.6.
3.2. A L G O R I T M O S D E P R O T E C C I O N
E n e s t e p u n t o se e x p l i c a r á la f u n c i ó n d e c a d a u n o d e los
relevadores de protección que se emplean actualmente en la unidad
p r o p u e s t a y q u e se i m p l e m e n t a r o n p o r c o m p u t a d o r a , m e n c i o n a n d o sus
p r i n c i p a l e s c a r a c t e r í s t i c a s y m o s t r a n d o u n d i a g r a m a e n d o n d e se
a p recian sus conexiones con el equipo principal, d ando finalmente
u n d i a g r a m a d e flujo, q u e p r o g r a m a d o e n e n s a m b l a d o r , r e a l i z a la
contraparte del relevador convencional.
3.2.1.
ALGORITMOS DE PROTECCION AL GENERADOR.
Los
algoritmos
a implementar son los siguientes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Protección
Protección
Protección
Protección
Protección
Protección
Protección
Protección
Protección
Protección
d i f e r e n c i a l (87G).
c o n t r a f a l l a s a t i e r r a e n el e s t a t o r (64G).
c o n t r a p é r d i d a d e c a m p o (40 ) .
c o n t r a f a l l a s a t i e r r a e n el c a m p o (64F).
c o n t r a s o b r e v o l t a j e (59G).
d e s o b r e c o r r i e n t e d e s e c u e n c i a n e g a t i v a (4 6 G )
c o n t r a t e m p e r a t u r a a l t a e n el e s t a t o r (49G).
d e v o l t a j e b a l a n c e a d o (60).
d e p o t e n c i a i n v e r s a (32G).
de baja frecuencia
(81G).
1.- PROTECCION DIFERENCIAL DEL GENERADOR
(87G).
Esta protección actúa principalmente contra corto circuito
entre fases dentro de los devanados del generador.
Se emplea u n relevador d iferencial de corriente, el cual puede
d e f i n i r s e como un relevador que opera cuando la dif e r e n c i a de dos
o
más
cantidades
eléctricas
similares
exceden
una
cantidad
predeterminada.
E n e s t o s r e l e v a d o r e s , l o s T r a n s f o r m a d o r e s d e C o r r i e n t e (TC)
s o n c o l o c a d o s en a m b o s e x t r e m o s d e l e l e m e n t o a p r o t e g e r , y sus
s e c u n darios son conectados en paralelo con la bobina de operación
del relevador para formar un sistema de corriente circulante, como
s e m u e s t r a e n la f i g u r a 3.7a.
El voltaje inducido en el secundario de los TC hará circular
u na corr i e n t e a través de la impedancia combinada de los alambres
y l o s TC, c o m o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 3.7b.
N o r m a l m e n t e , las
c or r i e n t e s secundarias de lo TC circula entre ellos y no fluye
c o r r i e n t e a t r a v é s d e la b o b i n a d e l r e levador, p o r lo que:
36
Cto
Flg.
3,7,
Protección
usando
cQ , P r i n c i p i o d ©
b D . Diagrama de
r e l e v o d o r e e d If e r e n c 1e. Ie e ,
protección diferencial
aiamoraao
para
la p r o t , d i r ,
E s t e es el caso para las fallas qu e o c u r r e n fuera de la zona
protegida.
P e r o s i u n a f a l l a o c u r r e e n e l p u n t o F, d e n t r o d e l a
zona protegida, se presenta una d iferencia de corriente de :
37
q u e c i r c u l a p o r l a b o b i n a d e .o p e r a c i ó n d e l r e l e v a d o r , si es t a
c o r r i e n t e es m a y o r q u e u n v a l o r p r e d e t e r m i n a d o |lp|, c a u s a r á q u e
el r e l e v a d o r d i s p a r é las p r o t e c c i o n e s de los c i r c u i t o s c o n e c t a d o s
a éste.
Por lo tanto,
y se
el r e l e v a d o r d i s p a r a cuando:
rest r i n g i r á cuando:
El algoritmo de protección diferencial del generador responde
d e m a n e r a in s t a n t á n e a , es decir, n o u t i l i z a el c o n c e p t o d e r e tardo
de tiempo. Sin embargo, para no realizar un disparo innecesario,
se a n a l i z a n las c o r r i e n t e s de e n t r a d a y s a l i d a de las tr e s fases,
s i s e d e t e c t a q u e l a d i f e r e n c i a e s t a e n el- l í m i t e o p o r a r r i b a d e
lo e s t a b l e c i d o , se r e g i s t r a el e v e n t o y se c o n t i n u a c o n los d emás
algoritmos.
Si e n el s i g u i e n t e r e c o r r i d o de la c o o r d i n a c i ó n se v o l v i e r a
a r e g i s t r a r la i n c i d e n c i a d e fa l l a , el a l g o r i t m o r e s p o n d e a la
s i t u a c i ó n a c t i v a n d o su p r o t e c c i ó n , est o s i g n i f i c a q u e sac a de
o p e r a c i ó n a los dispo s i t i v o s involucrados y da a v iso a la central
de que operó dicha protección.
En la
figura
3 .8.
se m u e s t r a el di a g r a m a de
flujo.
2. P R O T E C C I O N C O N T R A F A L L A A T I E R R A E N E L E S T A T O R D E L
G E N E R A D O R (64G).
La p rotección contra
falla
a tierra
en
el
estator
del
g e n e r a d o r f u n c i o n a s o b r e l a b a s e d e d e t e c c i ó n d e v o l t a j e e n el
neutro
del
sistema
estando
aterrizado
a través
de una
alta
impedancia.
En este esquema se emplea u n transformador
(como se m u e s t r a en la fig. 3.9.), d e b i d o a q u e
resistencia para amortiguar el circuito.
38
de
se
distribución
requiere una
PROTECCIONES:
1.DISPARO INTERRUPTOR GENERADOR (52G).
2.BLOQUEO CIERRE INT. GENERADOR (52G).
3.DISPARO INTERRUPTOR DE CAMPO <41G>.
4.BLOQUEO CIERRE INT. DE CAMPO <4iG).
5.DISPARO ÜALUULA DE PARO (65).
6.DISPARO INT. DE AUXILIARES (52A).
7.BLOQUEO CIERRE INT. DE AUXILIARES.
8.ALARMA ’
’
DISPARO PROTECCION GENERADOR”
9.DISPARO UALUULAS CORTE COMBUSTIBLE
A CALDERA.
Relevfldor
de
SobrevoItaj e
FIg,
3.9,
Protección
el
estator
contra
aei
follo
a
tierra
en
generador ,
E n c o n d i c i o n e s n o r m a l e s el v o l t a j e es cero, e x c e p t u a n d o la
c o m p o n e n t e d e 3era. a r m ó n i c a q u e p u e d e s e r s i g n i f i c a t i v a p e r o q u e
se e l i mina m e d i a n t e u n filtro dent r o del p r o p i o relevador.
P a r a e s t a p r o t e c c i ó n se e m p l e a u n r e l e v a d o r de s o b r e v o l t a j e ,
el cual p r e s e n t a las siguientes c a r a c t e r í s t i c a s :
a).
F i l t r o d e 3era. a r m ó n i c a . Q u e c o n s i s t e e n
un
capacitor
en
serie
con
la
bobina
del
r e l e v a d o r , q u e r e d u c e su s e n s i b i l i d a d a la
tercera armónica.
b) .
R a n g o bajo. N o r m a l m e n t e d e 5 a 20 V o l t s p a r a
energizarse.
El v o l t a j e de a r r a n q u e se a j u s t a p o r m e d i o del "tap" de la
bo b i n a d e o p e r a c i ó n , el t i e m p o c o n la " p a l a n c a d e t iempo", lo que
se l o g r a v a r i a n d o el á n g u l o de r e c o r r i d o d e l disco.
Par a c u b r i r el 95% del devanado, el t ap de la bobi n a del
r e l e v a d o r d e b e a j u s t a r s e a 5% d e l v o l t a j e q u e se o b t i e n e p a r a u n a
f a l l a e n la s a l i d a d e l d e v a n a d o , o sea:
Vmax
= 240
Vtap = 0 . 0 5
/ 1.732
= 138.6 V o lts
V m a x = 6.9 3 V o l t s
40
en secundario.
Donde se us a el tap más próximo,
sensibilidad deseada.
5 ó 7 Volts de acuerdo
a la
La a c c i ó n de r e t a r d o d e .tiempo a d m i t e u n a j u s t e mayor, en
vista de q u e la falla a tierra no c a usa d e s t r u c c i ó n de lam i n a c i ó n
por ser de c o r r i e n t e baja, por otra parte, se desea un t i empo mayor
para e v i t a r oper a c i o n e s no de s e a d a s p or fallas externas.
El a l g o r i t m o de p r o t e c c i ó n p r e s e n t a dos p o s i b l e s s i t u a c i o n e s
de operación, que consisten: en u n e s tado de alarma que se origina
cu a n d o el v o l t a j e s e n s a d o e n t r e el e s t a t o r y tierra, est a e n t r e los
r a n g o s de:
5 volts
y el e s t a d o d e d i s p a r o
>=
voltaje a tierra
se p r e s e n t a
voltaje a tierra
> 0 volts
cuando:
> 5 volts.
t e n i e n d o u n r e t a r d o de t i e m p o de 2 se g u n d o s . Si al f i n a l i z a r
este
l a p s o s e o b s e r v a q u e e l v o l t a j e s e n s a d o e s t á p o r e n c i m a d e 5v o l t s ,
se a c t i v a n las prot e c c i o n e s .
para
este
En ambos casos,
su registro. La
algoritmo.
3.
se t ransmiten señales de aviso a la central
f i g u r a 3.10. m u e s t r a el d i a g r a m a d e f l u j o de
PROTECCION CONTRA PERDIDA DE CAMPO
(40G).
La protección contra pérdida de campo tiene por función
detectar excita c i ó n baja y dar alarma antes de que la o p eración
del gener a d o r se vuelva inestable.
Las causas
a).
p r i n c i p a l e s d e b a j a e x c i t a c i ó n son:
Regulador de voltaje desconectado y
m a n u a l de e x c i t a c i ó n d e m a s i a d o bajo.
ajuste
b).
Falla de escobillas.
c).
Apertura del interruptor de campo principal o
del campo del excitador.
d).
C o r t o circuito en el campo.
e).
F a l t a de a l i m e n t a c i ó n al e q u i p o de exci t a c i ó n .
Para esta protección, se emplean c omúnmente los relevadores
de distancia conectados a transformadores de corriente y potencial
del generador.
41
El f e n ó m e n o de p é r d i d a de e x c i t a c i ó n es trifá s i c o , p o r lo que
se e m p l e a s o l a m e n t e u n r e l e v a d o r m o n o f á s i c o p a r a d e t e c t a r l o , el
cu a l es r e p r e s e n t a t i v o de las c o n d i c i o n e s t r i f á sicas.
La c o n e x i ó n p a r a d i c h a p r o t e c c i ó n se m u e s t r a en la figu r a
3.11.
"
Pig.
a.'l'l. P r o t a c c i o n c o n t r a p a r d i d a d a c a m p o
<3e I g e n e r a d o r
Los relevadores de distancia son de acción instantánea, por
lo q u e c o n t i e n e n u n r e l e v a d o r d e t i e mpo, p a r a r e t a r d a r la o p e r a c i ó n
del c o n j u n t o y e v i t a r así d i s p a r o s n o d e s e a d o s . E s t o es d e b i d o a
que el g e n e r a d o r no requiere un d i s p a r o i n m e diato con la p é r dida
parcial del campo.
E l d i s p a r o d e é s t a p r o t e c c i ó n s e b l o q u e a c o n e l r e l e v a d o r 60,
el cu a l d e t e c t a f u s i b l e s fundi d o s en el c i r c u i t o d e t ensión.
El a l g o r i t m o de p r o t ección r e a liza lecturas de voltajes,
corrientes y factor de potencia requerido,
c a l c u l a n d o así la
impedancia del generador.
A t r a v é s de e s t a i m p e d a n c i a se d e t e c t a u n a f alla d e n t r o d e la
o p e r a c i ó n d e l s i stema, c o m p a r a n d o los v a l o r e s de i m p e d a n c i a q u e se
o b t u v i e r o n c o n t r a valores fijos, q ue s i r v e n como los d e l i m i t a d o r e s
pa r a s e ñ a l a r el r e t a r d o de t i e m p o c o r r e s p o n d i e n t e . El d i a g r a m a de
f l u j o se o b s e r v a e n la f i g u r a 3.12.
43
4. PROTECCION CONTRA FALLAS A TIERRA EN EL CAMPO
(64F).
E s t a p r o t e c c i ó n a c t ú a c u a p d o se p r e s e n t a u n a falla a tie r r a
en cualquier punto del circuito de campo, y se emplea para dar
a l a r m a c o n la f i n a l i d a d d e que la u n i d a d s e a r e t i r a d a de s e r v i c i o
p ar a su i n s p e c c i ó n , t a n p r o n t o c o m o las c o n d i c i o n e s de ca r g a del
sistema lo permitan.
La p r i m e r a f a l l a a t i e r r a en el c a m p o no imp i d e segu i r
operando
pero
se deb e
reparar
antes
de
que
se p r e s e n t e
la
siguiente,
pues
eso
significaría
un
corto
circuito,
lo
que
o c a s i o n a r í a v i b r a c i o n e s y c a l e n t a m i e n t o i r r e g u l a r en el rotor.
E n la f i g u r a 3.13. se m u e s t r a la c o n e x i ó n u t i l i z a d a p a r a la
protección:
Fig.
3.13.
Protección
contra
falla
en
el
campo
de i g e n e r a d o r ,
E l e l e m e n t o d e t e c t o r es u n r e l e v a d o r s o b r e c o r r i e n t e o de
s o b r e v o l t a j e i n s t a n t á n e o , y a j u s t e q u e t i e n e es la c o r r i e n t e o
voltaje al que se deb e disparar.
El a l g o r i t m o de p r o t e c c i ó n s e n s a el v o l t a j e e x i s t e n t e en los
d e v a n a d o s d e c a m p o d e l g e n e r a d o r r e a l i z a n d o u n a c o m p a r a c i ó n c o n el
v o l t a j e de r e f e r e n c i a . E n el cas o de q u e d e t e c t e u n v o l t a j e m a y o r
se da un aviso de alarma a la central, par a que el op e r a d o r decida
si r e t i r a o n o a la u n idad.
El d i agrama de
flujo se representa en la
45
figura
3.14.
5. PROTECCION CONTRA SOBREVOLTAJE EN EL GENERADOR
(59G).
La p r o t e c c i ó n p o r sobrevpl-taje se p r o p o r c i o n a al g e n e r a d o r
d e b i d o a q u e al h a b e r u n a p é r d i d a de carga, el g e n e r a d o r esta
sujeto a una sobrevelocidad.
E s t e f e n ó m e n o es t r i f á s i c o por lo c u a l b a s t a c o n m e d i r v o l t a j e
entre dos fases del generador, usando un relevador monofásico.
El a j u s t e p a r a el e l e m e n t o i n s t a n t á n e o o p e r a e n t r e 1.15 y 1.20
v e c e s el v o l t a j e m á s alt o de o p e r a c i ó n no r m a l . Par a el r e t a r d o de
t i e m p o se da u n l a p s o de 2 a 3 s e g u n d o s p a r a el v o l t a j e de 1.15
veces.
P a r a e s t e t i p o d e f alla, se p r e f i e r e m a n t e n e r r o d a n d o al
g e n e r a d o r p a r a v o l v e r a e x c i t a r y r e s i n c r o n i z a r t a n p r o n t o c o m o se
hay a e l i m i n a d o la c a u s a q u e p r o v o c ó el d i s t u r b i o .
La figura
3.15.
mu e s t r a la forma de c o n e x i ó n para está
protección:
Flg,
3,13,
Protección
contra
soorevoitajs
en
e
generador
El algoritmo de protección involucra tan solo la comparación
d el v o l taje de l í nea con valores p r e v i a m e n t e e s tablecidos, lo cual
da inicio a un r e t ardo de tiempo.
47
S i al e s t a r r e a l i z a n d o el a n á l i s i s de l a i n f o r m a c i ó n el
v o l t a j e e s t a p o r a r r i b a d e l v a l o r d e l v o l t a j e de a r r anque, se da
p a s o a l e e r el t i e m p o del s i s t e m a s u m á n d o l e el re t a r d o d e t i e m p o
correspondiente y
solo se t i ene
que
analizar las
siguientes
m u e s t r a s p a r a o b s e r v a r si el v o l t a j e s i g u e en falla, d a n d o pas o
posteriormente
al
disparo de
los
interruptores,
o
en
caso
contrario, reinicializar los t e m p o r i z a d o r e s .
Sin embargo,
si al d e t e c t a r
que el voltaje sobrepasa un
voltaje m áximo permitido, de manera
inmediata sé procede a dar una
acción de disparo.
L a f i g u r a 3.16. m u e s t r a el d i a g r a m a d e flujo.
48
FIG. 3.ib. PROTECCION DE 30BPEU0LTAJE EN
EL GENERAI'ÚF: <59G).
6. PROTECCION DE SOBRECORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA
(46).
La protección de sobrecorriente de secuencia negativa protege
al g e n e r a d o r de t o d a c l a s e de c o r r i e n t e s a s i m é t r i c a s q u e c a u s a n
c o r r i e n t e s d e d o b l e f r e c u e n c i a y c a l e n t a m i e n t o en el rotor.
Estas
corrientes
asimétricas
a).
Fallas
b).
Una fase abierta
al g e n erador.
c).
Cargas desbalanceadas
s e p u e d e n d e b e r a:
asimétricas en alta tensión.
en
algún
circuito
conectado
o monofásicas.
Los
relevadores
de
sobrecorriente
de
secuencia negativa
c o n t i e n e n u n f i l t r o de s e c u e n c i a s q u e a p a r t i r de las c o r r i e n t e s
ae las t res fases obtiene u n v o l t a j e p r o p o r c i o n a l a su com p o n e n t e
de sec u e n c i a negativa.
La c a r a c t e r í s t i c a de o p e r a c i ó n d el »relevador asemeja a
c u r v a d e r e s i s t e n c i a al c a l e n t a m i e n t o d e l r o t o r del gener a d o r .
El d i a g r a m a de c o n exión se m u e s t r a en la figura
= ig
3
"7
^c-.scc'on
es
soorecorr iente
neostf va
50
3.17.
Ge s s c ü s n c ' e
la
del
La ecuación que expresa la curva de calentamiento tolerable
r o t o r e n f u n c i ó n d e s u c o r r i e n t e d e s e c u e n c i a n e g a t i v a es:
d o n d e la c o n s t a n t e K d e p e n d e d e l d i s e ñ o d e l g e n e r a d o r , e I d e la
capacidad nominal del generador.
El t a p d e l r e l e v a d o r s e a j u s t a al v a l o r m á s p r ó x i m o a la
corriente nominal del generador.
El a j u s t e d e l r e t a r d o de t i e m p o se t o m a a p a r t i r de la c u rva
de tiempo-co r r i e n t e de secuencia negativa, donde se escoge un valor
de tiempo tal que q uede siempre abajo de la curva del generador.
Esta protección
opera en
función de
causas
externas
al
generador, por lo que la unidad debe quedar rodando y excitada para
ser r e s i n c r o n i z a d a t a n p r o n t o com o se h a y a e l i m i n a d o la c a u s a del
disparo.
E l a l g o r i t m o o p e r a b a j o d o s p o s i b l e s s i t u a c i o n e s , q u e son: el
d e d a r u n a v i s o d e a l a r m a y la d e r e a l i z a r u n a a c c i ó n de disparo.
Para ello, a n a l i z a la c o r riente de sec u e n c i a n e g a t i v a p roveniente
de c a m p o y v e r i f i c a si est á en la zona de d i s p a r o o de alarma, de
acuerdo a valores ya especificados del relevador.
Si e s t á en la zon a de alarma, se p r o c e d e a i n i c i a l i z a r el
t e m p o r i z a d o r , y en c a s o de q u e la f a lla p e r s i s t a se p r o c e d e a dar
una acción de disparo.
El d i a g r a m a de flujo se ve en la figura
51
3.18.
c I'j. ¿.lo. PROTECCION DE SOBRECOSÍIENTE DE
SECUENCIA NEGATIVA (4b<3>.
7. PROTECCION CONTRA TEMPERATURA ALTA EN EL ESTATOR
(49G).
Esta p r o t e c c i ó n de t e c t a las c o n d iciones de op e r a c i ó n
c a u s a n c a l e n t a m i e n t o e n el gener a d o r , q u e son p r i n c i p a l m e n t e :
a).
que
Sobrecarga continua.
b ) . S i s tema de e n f r i a m i e n t o dañado.
c ) . Sistema de enfriamiento mal
ajustado.
La p r o t e c c i ó n c o n t r a t e m p e r a t u r a alt a e n el e s t a t o r op e r a por
m e d i o de u n m e d i d o r de t e m p e r a t u r a q u e es g e n e r a l m e n t e del tipo
puente
de
Wheatstone,
que
recibe
señal
de
un
detector
de
resistencia intercalada en el embobinado del generador.
Para la c a l i b r a c i ó n de los puntos
de d i s paro y alarma
se
t i enen los siguientes ajustes: para la alarma,
se a j u s t a n los
c o n t a c t o s a u n a t e m p e r a t u r a d e l o r d e n d e '10 a 15°C a b a j o d e
la
temperatura máxima de operación del aislamiento del estator, para
el c a s o de dispa r o ,
se ajustan entre 0
y 5°C a b a j o d e
la
temperatura máxima de operación de aislamiento del estator.
El f e n ó m e n o d e c a m b i o s d e t e m p e r a t u r a es u n p r o c e s o q u e t arda
u n t i e m p o c o n s i d e r a b l e m e n t e largo, por lo q u e no es t a n i m p o r t a n t e
realizar su análisis de m a nera continua,
sino que solo cada
d e t e r m i n a d o pe r í o d o de tiempo, y ú n i c a m e n t e v e r i f i c a r en que rango
de temp e r a t u r a esta la u n idad y tomar la d e c i s i ó n de dar u n aviso
de alarma o en el caso extremo u n
disparo.
El di a g r a m a de flujo se mu e s t r a en la f i gura
53
3.19.
FIG. 3.19. PROTECCION POR TEMPERATURA
EN EL ESTATOR (49<3).
ALTA
8. PROTECCION DE VOLTAJE BALANCEADO
(60).
La
protección
de
voltaje
balanceado
bloquea
a
otros
relevadores de p r otección del generador cuando se funde un fusible
en los transformadores de potencial a los cuales se encuentran
co n e c t a d o s , c o n el o b j e t o de e v i t a r q u e d i c h o s r e l e v a d o r e s ope r e n
c u a n d o se p i e r d e el v o l t a j e de a l i m e n t a c i ó n , lo q u e n o es d e s e a b l e
para el funcionamiento del generador.
Estas
fallas
se p u e d e n m a n i f e s t a r de dos maneras:
a).
Falla de fusible en el lado de excitación:
que produce sobreexcitación del generador.
lo
b).
F a l l a de f u s i b l e en el la d o d e p r o t e c c i ó n : lo
que
produce
disparo
equivocado
de
algunas
protecciones.
El relevador d e t ecta a qué circuito c o r r esponde el fusible
fundido,
y toma las
precauciones necesarias
para
evitar
las
c o n s e c u e n c i a s m e n c i o n a d a s . L a f i g u r a 3.20. m u e s t r a l a f o r m a de
c onexión para esta protección:
m e d i c io n
y
e x c ít a c i o n
proteccion
Fía,
3,20,
Protección
55
ae
vo lta je
Da l a n c e a d o ,
E l r a n g o d e a j u s t e , p a r a q u e l o s c o n t a c t o s c i e r r e n , es d e 80%
del v o l t a j e n o m i n a l (120 volts) a p l i c a d o a u n j u e g o de bob i n a s , y
de 100% del v o l t a j e n o minal en.el otro j u ego de bobinas.
E n el a l g o r i t m o de p r o t e c c i ó n se a n a l i z a la c o n d i c i ó n d e los
fusibles del lado de protección y del lado de excitación, indicando
si a l g u n o de e s t o s e s t á f uera de o p e r a c i ó n , c o n so l o v e r i f i c a r qué
porcentaje de d esbalance existe entre las fases de voltaje.
El e s t a d o de a l a r m a se da c u a n d o se d e t e c t a u n v a l o r n u l o en
los d a t o s de c a m p o o c u a n d o se d e t e c t a q u e el d e s b a l a n c e e n t r e las
f a s e s e s m a y o r o i g u a l a u n 20% .
El d i a g r a m a
de
f lujo se p u e d e o b s e r v a r en la figu r a
56
3.21.
F I G . 3 . 2 1 . P R O T E C C I O N D E 'JOLT A J E B f l L A N C E A D C '.‘O ’.
9. PROTECCION DE POTENCIA INVERSA
(32G).
La p r o t e c c i ó n de p o t e n c i a i n v e r s a d e t e c t a si el g e n e r a d o r esta
r e c i b i e n d o p o t e n c i a d e l sistem?,- d i s p a r a n d o d e s p u é s d e u n r e t a r d o
de tiempo.
E s t e f e n ó m e n o se p r e s e n t a c u a n d o su t u r b i n a ya no le
en t rega potencia, y empieza a a b s orber la n e c e s a r i a para m a n t e n e r s e
en sincronismo.
Esta pé r d i d a de potencia se p u ede d e ber a las s iguientes
causas:
a).
F a l l a en la
propia turbina.
b).
F a l l a en la
caldera.
c).
Pr o b l e m a de
o p e r a c i ó n en el s i s t e m a e l é c t r i c o
(subdivisión desequilibrada delsistema,
etc).
La c o n e x i ó n de esta p r o t e c c i ó n se m u e s t r a en la figura
Fig
3.22
Protección
ce
potencia
58
inversa
aeI
3.22.
genersoor
La m o t o r i z a c i ó n d e l g e n e r a d o r es t o l e r a b l e p o r u n c o r t o t i e m p o
si n o e s u n a f a l l a m e c á n i c a d e l a t u r b i n a .
Si se ma n t i e n e por un
tiempo mayor, causa c a l e n tamiento e x c e s i v o en partes de la turbina.
E n c a s o s d e q u e la m o t o r i z a c i ó n d e l g e n e r a d o r se d e b a a u n a
f alla e n la t u r b i n a , o u n a f alla en la c a l d e r a , la p r o t e c c i ó n de
p o t e n c i a i n v e r s a se c o m p o r t a c o m o u n a p r o t e c c i ó n de r e s p a l d o a las
p r o t e c c i o n e s d e e s e e q u i p o , las c u a l e s d e b e n s a c a r d e o p e r a c i ó n al
generador.
El a j u s t e d e e s t e r e l e v a d o r se t i e n e a u n 50% d e la p o t e n c i a
m í n i m a d e m o t o r i z a c i ó n d e l g e n e r a d o r , e s t o es, la p o t e n c i a q u e
tiende a t o mar del sistema e l é c trico al cual esta conectado.
Para el
segundos.
retardo
en
tiempo
se
tiene un
ajuste
del
orden de
5
El algoritmo de protección
se basa en c a l cular la pot e n c i a
real de la línea trifásica.
Par a ello, t r a s l a d a de la zon a de
m e m o r i a , l o s v a l o r e s de v o l t a j e y c o r r i e n t e d e c a d a f ase, y se
i n s e r t a n e n el " s t a c k " d e l c o p r o c e s a d o r p a r a m u l t i p l i c a r l o s p o r el
f a c t o r de p o t e n c i a ; es t e p r o c e s o se r e a l i z a u n o p o r cad a fase. Al
finalizar,
se s u m a n las p o t e n c i a s c a l c u l a d a s y se i n s p e c c i o n a
c o n t r a u n v a l o r d e r e f e rencia, y se o b s e r v a si e s t e v a l o r es n o r m a l
o p r e s e n t a u n a falla.
E n el c a s o de e x i s t i r la falla, se i n i c i a l i z a la c u e n t a
t e m p o r i z a d o r . L a f i g u r a 3.23. m u e s t r a e l d i a g r a m a de flujo.
59
del
i
Q
RETURN
)
FIG'. 3 . 2 3 . P R O T E C C I O N D E P O T E N C I A I N V E R S A ' 2 2 3 )
10. PROTECCION DE BAJA FRECUENCIA
(81).
Esta protección
se emplea
en
turbogeneradores
de
gran
c a p a c i d a d , e n v i s t a d e q u e l a s .aspas g r a n d e s , en l a p a r t e d e baja
p r e s i ó n de la turbina, p r e s e n t a n problemas de v i b r a c i ó n a baja
velocidad.
La ope r a c i ó n a baja frecuencia se p u e d e p r e s entar
t r a n s i t o r i a m e n t e c u a n d o se s u b d i v i d e el s i s t e m a e l é c t r i c o o a una
s obrecarga del sistema.
E l c r i t e r i o q u e s e u t i l i z a p a r a m e d i r l a v e l o c i d a d d e la
t u r b i n a es la f r e c u encia, q u e a d e m á s ind i c a q u e el g e n e r a d o r esta
e x c i t a d o . La f orma de c o n e x i ó n es s i m i l a r a la d e p r o t e c c i ó n con t r a
sobrevoltaje.
Los pasos de frecuencia de 58.5 H z . h a cia abajo se c o n ectan
p ara d i s p a r a r ex c l u s i v a m e n t e a los i n terruptores de potencia.
En
este caso la unidad quedará girando y excitada, dando servicio a
sus auxiliares, disponible para ser resincronizada tan pronto como
las condiciones del sistema lo permitan.
E l e l e m e n t o a j u s t a d o a 59 H z . g e n e r a l m e n t e s e c o n e c t a p a r a
dar
alarma
únicamente.
La
turbina resiste
H z . b a s t a n t e tiempo, de m a n e r a q u e se d a o p o r t u n i d a d al o p e r a d o r
para efectuar maniobras correctivas.
Lo s r a n g o s d e a j u s t e se
m u e s t r a n e n la f i g u r a 3.24.
_ D I ___ } _ D R
_
58.5
[
_N
| ___ N
60
59'
]_DR
61
J_ _ D I _
61.5
En donde:
DI: D i s paro Instantáneo.
DR: D i s p a r o c o n retardo.
N : O p eración normal.
Fig.
3.24.
Rangos
de ajuste de los
frecuencia.
relevadores
de
El a l g o ritmo de p r o t e c c i ó n analiza las c o n d i c i o n e s del estado
d e la t u r b i n a del ge n e r a d o r , ya sea q u e se e n c u e n t r e en c o n d i c i o n e s
n o r m a l e s d e o p e r a c i ó n o, s i a l e x i s t i r c a m b i o s s i g n i f i c a t i v o s e n
la fre c u e n c i a de op e r a c i ó n de la línea originen, en
un momento
determinado, un aviso de alarma o disparo de unidad.
S i l a f a l l a s e e n c u e n t r a e n l a z o n a A, s e i n i c i a l i z a e l
t e m p o r i z a d o r c o n s u r e t a r d o d e t i e m p o d e t e r m i n a d o , d a n d o a v i s o de
a l a r m a al o p e r a d o r p a r a q u e d e c i d a si c o n t i n u a o n o o p e r a n d o la
u n i d a d . E n e l c a s o d e q u e l a f a l l a s e l o c a l i c e e n l a z o n a B, s e
a c t i v a u n r e t a r d o d e t i e m p o m e n o r a l a p r i m e r a z ona, c o n la
finalidad de
s a l v a g u a r d a r al e q u i p o de u n a f a l l a m á s severa.
El d i a g r a m a d e f l u j o s e m u e s t r a en l a f i g u r a 3.25.
61
opera
1
FI'3. ¿.-i. FRúTEC'vION P O R BhJh F R E C ü E N v . I.s i j .
3.2.2. ALGORITMOS DE PROTECCION DE TRANSFORMADORES.
A
continuación
se d e scriben
utilizadas
en los transformadores.
1.
2.
3.
4.
5.
Protección
Protección
Protección
Protección
Protección
1.
PROTECCION DIFERENCIAL
las
protecciones
comúnmente
D i f e r e n c i a l (87A).
B u c h h o l z (63).
'
T é r m i c a (49).
de S o b r e c o r r i e n t e de Fase (50/51).
d e S o b r e c o r r i e n t e a T i e r r a (51N).
(87T).
En el sistema tipo unidad,
el relevador d i f e r e n c i a l del
transformador
se
conecta
normalmente
para
incluir
tanto
al
generador
como
al
transformador.
Este
arreglo
proporciona
p r o t e c c i ó n a d i c i o n a l al g e n e r a d o r p o r s u p e r p o s i c i ó n d e las zonas
d e p r o t e c c i ó n . El a r r e g l o se m u e s t r a e n la f i g u r a 3.26.
transrormador en consxlon ttpo unidad
Se d e b e n o tar que los tra n s f o r m a d o r e s de p o t e n c i a p r i ncipal
en conexión Estrella-Delta presentan problemas especiales.
El
p r o b l e m a , e n e s t e caso, es q u e l o s t r a n s f o r m a d o r e s d e c o r r i e n t e
q ue e stán conectados en las líneas,
tienen un ángu l o de fase
d i f e r e n t e e n t r e las c o r r i e n t e s p r i m a r i a s y s e c u n d a r i a s .
63
E s t e á n g u l o d e f a s e c r e a u n a c o r r i e n t e d i f e r e n c i a l e n el
r e l e v a d o r si los t r a n s f o r m a d o r e s de c o r r i e n t e e s t á n c o n e c t a d o s
d i r e c t a m e n t e al r e levador. El m é t o d o m á s s i m p l e y a m p l i a m e n t e u s a d o
es el d e c o n e c t a r los devanados, s e c u n d a r i o s de los T C e n t a l f o r m a
de q u e se p r o d u z c a u n a c o m p e n s a c i ó n de la d i f e r e n c i a de á n g u l o de
fase.
E s t o se logra con e c t a n d o los TC en el lado estrella, del
t r a n s f o r m a d o r principal, en c o n e x i ó n d e lta y los TC en el lado
delta, del transformador principal, en una conexión estrella.
Por
otro parte,
la v a r i a c i ó n
en las
conexiones
de los
t r a n s f o r m a d o r e s de c o r riente c on respecto a la con e x i ó n d i f e r e n c i a l
no r m a l , s e d e b e a q u e la c o r r i e n t e m a g n e t i z a n t e del t r a n s f o r m a d o r
t i e n e u n c o n t e n i d o a p r e c i a b l e d e a r m ó n i c a s d u r a n t e c o n d i c i o n e s de
sobrevoltaj e .
C o n est a a l t e ración se p u ede evit a r la ope r a c i ó n del r e l e vador
diferencial bajo condiciones de sobreexcitación.
E n c u a n t o a la p r o t e c c i ó n del t r a n s f o r m a d o r de p o t e n c i a de
servicios auxiliares, se utiliza u n relevador diferencial separado,
como se m u e s t r a en la figura 3.27., ya que el relevador q ue protege
al t r a n s f o r m a d o r p r i n c i p a l no es lo s u f i c i e n t e m e n t e s e n s i b l e pa r a
proporcionar esta protección.
F íg .
3 . 27 .
P r o t e c c I orí
tra n s fo rm a a o r
d ife re n c ia I
de I
a u x llla r
Además,
el transformador
principal
requiere de una
alta
re l ación de TC para limitar la c o rriente secundaria, mie n t r a s que
el t r a n s f o r m a d o r de servicios p r opios p u ede o p e r a r s e c on TC con
u n a r e l a c i ó n m á s a p r o p i a d a al t a m a ñ o d e l mismo.
64
C o n el fin de d i s m i n u i r el d a ñ o q u e ocurre, c o m o c o n s e c u e n c i a
d e u n a f a l l a en el t r a n s f o r m a d o r de s e r v i c i o s a u x i l i a r e s ,
se
utilizan
protecciones
diferenciales
de
alta
velocidad
de
porcentaje, t a nto en éste como en el tr a n s f o r m a d o r de p o t encia
principal.
En el
realizar la
se o b s e r v a
arriba del
ca l c u l a el
2.
a l g o r i t m o d e p r o t e c c i ó n s e d e t e c t a l a f a l l a c u a n d o al
comparación, entre las c o r r ientes de e n t rada y salida,
qu e la diferencia, en t é r minos de porcentaje, está por
2 0 %, e n e s t e c a s o s e i n i c i a l i z a e l t e m p o r i z a d o r y s e
retardo de tiempo correspondiente.
PROTECCION BUCHHOLZ
(63 ) .
Esta
protección
se
aplica
a
transformadores
del
tipo
"conservador",
en
el
que
el
tanque
del
transformador
está
c o m p l e t a m e n t e lleno de aceite, y u n tubo un e dicho tanque a uno
auxiliar o "conservador", que actúa como cámara de expansión.
El r e l e v a d o r e m p l e a d o en e s t a p r o t e c c i ó n a p r o v e c h a el c a l o r
pr o d u c i d o por la alta corriente local q ue h ace que se d e s c o m p o n g a
e l a c e i t e d e l t r a n s f o r m a d o r a t e m p e r a t u r a s s u p e r i o r e s a l o s 3 5 0 "C,
lo c u a l h a c e q u e se p r o d u z c a u n gas q u e s i r v e p a r a d e t e c t a r las
fallas en los devanados.
A este relevador se le conoce como
relevador de Buchholz.
El re l e v a d o r se coloca en la tu b e r í a q ue c o m unica el tanque
p r i n c i p a l c o n el tanque conservador, y co n t i e n e dos ele m e n t o s de
a c c i ó n , c o m o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 3.28.
La v e n t a j a p r i n c i p a l de los r e l e v a d o r e s B u c h h o l z c o n s i s t e en
q u e i n d i c a n fal l a s i n c i pientes, es decir, fal l a s e n t r e v u e l t a s o
c a l e n t a m i e n t o del núcl e o y con ello, p e r m i t e n que u n t r a n s f o r m a d o r
se p u e d a r e t irar de servicio antes de que le o c urra un d a ñ o grave.
Par a fallas severas, la g e n e r a c i ó n súbita de gases causa
movimiento
de
aceite
y gas
en
el
tubo
que
interconecta
al
t r a n s f o r m a d o r c o n el t a n q u e c o n s e r v a d o r y p o r lo t a n t o en el
r e l e v a d o r B u c h h o l z , a c c i o n á n d o s e u n s e g u n d o m e c a n i s m o q u e a su vez
opera u n interruptor de mercurio para disparo. Esta protección debe
l l e v a r l a el trans f o r m a d o r principal, el de reserva y el auxiliar.
65
Tanque
transíormaoores.
En el al g o r i t m o de la pro t e c c i ó n Buchholz, lo qu e se compara
es la p r e s i ó n e x i s t e n t e en el t a n q u e de a c e i t e c o n t r a u n a p r e s i ó n
d e r e f e r e n c i a , y e n c a s o d e d e t e c t a r u n a f a l l a s e i n i c i a l i z a el
temporizador.
66
3. PROTECCION TERMICA
(49).
La
protección
al
transformador
contra
daño
debido
a
t emperaturas excesivas, es proporcionada por u n relevador térmico,
que r e s ponde tanto a la temp e r a t u r a del a c e i t e como al efecto
ca l e n t a d o r de la c o r r i e n t e de carga;
e n e s t o s r e l e v a d o r e s el
e l e m e n t o t e r m o s t á t i c o e s t a s u m e r g i d o en el a c e i t e d e l t r a n s f o r m a d o r
y r e cibe además u na c o r r i e n t e p r o p orcional a la c o r r i e n t e de carga,
d e t a l fo r m a , q u e l a t e m p e r a t u r a d e l e l e m e n t o s e r e l a c i o n a c o n la
t e m p e r a t u r a total que los dev a n a d o s del t r a n s f o r m a d o r alcanzan
du r ante su operación.
El d a ñ o q u e p o d r í a c a u s a r las a ltas t e m p e r a t u r a s e n los
d e v a n a d o s es u n a c e l e r a d o d e t e r i o r o del a i s l a m i e n t o .
La f i g u r a 3.29. m u e s t r a e l e s q u e m a d e p r o t e c c i ó n t é r m i c a , en
el c u a l u n t r a n s f o r m a d o r d e c o r r i e n t e m o n t a d o s o b r e u n a d e las
boquillas del
transformador suministra corriente
a la bobina
c a l e n t a d o r a d e l bu l b o t e r m o e l é c t r i c o , la cu a l c o n t r i b u y e al c alor
apr o p i a d o para simular la temp e r a t u r a del transformador.
La f u n c i ó n de la p r o t e c c i ó n t é r m i c a es la d e p r o p o r c i o n a r u n a
i n d i c a c i ó n m á s d i r e c t a de la t e m p e r a t u r a d e l d e v a n a d o q u e la
protección de temperatura del líquido.
'
Fig,
3.29.
P rotección
térm ica,
El a l g o ritmo de p r o t e c c i ó n c o m para la c o r r i e n t e de campo
contra u n valor de corriente de sobrecarga, y en caso de existir
u n a falla, se inicializa el t e m p o rizador y se ca l c u l a el retardo
de tiempo correspondiente.
67
4. PROTECCION DE SOBRECORRIENTE DE FASE
(50/51).
Una falla externa a un transformador resulta en una sobrecarga
q u e p u e d e o c a s i o n a r q u e e l t r a n s f o r m a d o r f a l l e s i l a f a l l a n o es
librada prontamente.
La p r o t e c c i ó n por so b r e c o r r i e n t e y falla a tierra, en la que
se emplean relevadores de tiempo mínimo d e finido inverso,
se
a p l i c a n p a r a p r o t e g e r al t r a n s f o r m a d o r c o n t r a los e f e c t o s de los
c o rto cir c u i t o s externos y las s obrecargas excesivas.
Sin embargo,
e s t a p r o t e c c i ó n ac t ú a c o m o de r e s p a l d o o de r e s g u a r d o c o n los
ajustes correctamente escogidos.
Los ajustes de corriente deben estar a valores superiores a
los de la s o b r ecarga s o s t enida permitida, e i n f e riores a la míni m a
corriente de corto circuito.
La ca r a c t e r í s t i c a e x t r e m a d a m e n t e
i n v ersa es la recomendada, porq u e se asemeja m u c h o a la curva
térmica del transformador.
L a p r o t e c c i ó n se u b i c a e n el lad o d e la a l i m e n t a c i ó n del
t r a n s f o r m a d o r , c o m o se m u e s t r a e n la f i g u r a 3.30. y s o l o se a p l i c a
al t r a n s f o r m a d o r auxiliar.
Fig,
3,30,
P r o t e c c i ó n ae r e s p a l d o c o n r e l e ­
v a d o r e s de s o D r e c o r r 1e n t e
E l a j u s t e del t i e m p o t i e n e q u e ser alto, p a r a q u e c o r r e s p o n d a
a los demás relevadores de sobrecorriente del sistema.
de
de
el
En el algoritmo se c o m p a r a la c o r r iente que se est á sensando
campo contra un valor de TAP previamente establecido, en caso
d e t e c t a r u na falla se i n i c ializa el t e m p o r i z a d o r y se calcula
retardo de tiempo correspondiente.
68
5. PROTECCION DE SOBRECORRIENTE A TIERRA
(51NT).
E st e tip o de p r o t e c c i ó n s e - i n s t a l a para d e t e c t a r las fallas
de
tierra
que
ocurren
dentro
de
la
zona
protegida
del
transformador.
La c a n t i d a d de d e v a n a d o q u e q u e d a p r o t e g i d a c o n t r a f a l l a de
t i e r r a l a d e t e r m i n a l a c o r r i e n t e p r i m a r i a m í n i m a a l a q u e o p e r a el
r e l e v a d o r d e f a l l a de tierra. La p r o t e c c i ó n es p r o p o r c i o n a d a por
u n r e l e v a d o r d e s o b r e c o r r i e n t e c o n e c t a d o c o m o s e m u e s t r a e n la
f i g u r a 3.31.
Flg.3.31.
Protec c i ó n ae s o D r e c o r r l e n t e a tierra
ae
trangrorrmaor principe
P a r a e l t r a n s f o r m a d o r a u x i l i a r , e l r e l e v a d o r s e c o n e c t a al
s e c u ndario de u n transformador de corriente el cual esta aterrizado
a t r a v é s de u n a resistencia: en este caso, la c a n tidad de d e v anado
q u e e s t á p r o t e g i d o varía, de a c u e r d o a la c a p a c i d a d n o m i n a l d e la
r e s i s t e n c i a de conex i ó n a t i erra y con el v a lor de a j uste del
r e l e v a d o r . L a c o n e x i ó n s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 3.32.
69
Fig
2 22
Protección
ae
soorecorri ente
as I tronerormoaor
a tierra
auxiliar.
E n el a l g o r i t m o d e p r o t e c c i ó n lo q u e h a c e es v e r i f i c a r
que
el
v o l t a j e del neut r o sea si e m p r e igual a cer o volts, en caso
c o n t r a r i o , se i n i c i a l i z a el t e m p o r i z a d o r y se c a l c u l a el re t a r d o
de tiempo correspondiente.
El d i a g r a m a de flujo que m u e s t r a todas
o b s e r v a e n l a f i g u r a 3.33.
70
estas
protecciones
se
C I S.
3 . 3 3 a . P R O T E C C I O N E S D E T R 4 N S F O R A I O?,ES.
3.3.
PROGRAMAS DE AYUDA AL OPERADOR.
S e d e s a r r o l l a r o n u n a serie, d e p r o g r a m a s d e a y u d a a l o p e r a d o r ,
con la finalidad de ofrecerle u n a m biente más amigable y pueda
i n t e r a c t u a r c o n l o s r e l e v a d o r e s d e p r o t e c c i ó n . E s t o s p r o g r a m a s se
r e a l i z a r o n en le n g u a j e C y se e n c u e n t r a n en u na c o m p u t a d o r a
pe r s o n a l , l o c a l i z a d a e n el c u a r t o d e c ontrol.
Estos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
programas
son los siguientes:
Desplegar diagrama unifilar.
E stado de interruptores.
A c t u a l i z a r estado de alarma.
S e l e c c i ó n de ajustes.
Reportes.
Fe c h a y hora actuales.
E l d i a g r a m a d e m e n ú s de la f i g u r a 3.34. m u e s t r a q u é es lo q u e
d e s p l i e g a c a d a u n a de las o p c i o n e s m e n c i o n a d a s , así tamb i é n , se
m u e s t r a el d i a g r a m a d e f l u j o e n l a f i g u r a 3.35.
La
función de cada una de las opciones
es la sigui e n t e :
1. D E S P L E G L A R D I A G R A M A U N I F I L A R .
Nos p r e s e n t a el d i a grama u n i f i l a r de la p l anta de Tula,
Hidalgo.
M u e s t r a los d i f e r e n t e s r e l e v a d o r e s y su i n t e r r e l a c i ó n
c o n el e q u i p o p r i n c i p a l , com o son: el g e n e r a d o r , el t r a n s f o r m a d o r
p r incipal y auxiliar. Este diagrama muestra, con u n código de
c o l o r e s y d e u n a m a n e r a a udible, si el r e l e v a d o r e s t á en e s t a d o
p r e c r í t i c o o crítico. El dia g r a m a u n i f i l a r q ue se p r e s e n t a en
p a n t a l l a es el q u e se m u e s t r a e n l a f i g u r a 3.36.
2. E S T A D O D E I N T E R R U P T O R E S .
M u e s t r a u n a s v e n t a n a s en d o n d e p o d e m o s r e v i s a r el e s t a d o de
los r e l e v a d o r e s , t a n t o del g e n e r a d o r , c o m o el t r a n s f o r m a d o r . S a b e r
si e s t á n e n e s t a d o d e o p e r a c i ó n n o r m a l o si e s t á el r e l e v a d o r
a c t i v a d o , e s t o le s i r v e al o p e r a d o r p a r a s a b e r el e s t a d o a c t u a l que
guarda cada relevador.
3. A C T U A L I Z A R E L E S T A D O D E A L A R M A S .
M u e s t r a las mism a s ventanas o m e nús q ue el anterior, solo que
en l u g a r d e o b s e r v a r ú n i c a m e n t e el e s t a d o de los r e l e v a d o r e s , se
p u e d e n r e s t a b l e c e r para que o p e r e n nuevamente. Esto era lo que
h a c í a a n t e r i o r m e n t e el o p e r a d o r c u a n d o iba al c u a r t o de r e l e v a d o r e s
a r e s t a b l e c e r la pro t e c c i ó n que h a bía actuado, u na vez q u e se había
regresado a condiciones de operación normal.
73
MENUS
ESQUEMA DE PROTECCION ES CONVENCIONALES DE UNA CENTRAL
TERMOELECTRICA EN CONEXION TIPO UNIDAD.
4. SELECCION DE AJUSTES.
Muestra
los
menús
anteriores,
en
los
cuales
podemos
s e l e c c i o n a r c u a l q u i e r r e l e v a d o r y c a m b i a r las c a r a c t e r í s t i c a s de
o p e r a c i ó n , c o m o son: c a m b i o d e l tap d e o p e r a c i ó n ,
retardos de
tiempo, valores de v o l taje o corrientes de disparo, temperatura
alta, etc. h a c i é n d o s e d e u n a m a n e r a m á s s e n c i l l a a la q u e se tenía
convencionalmente.
T a m b i é n se p u e d e n r e v i s a r l o s a j u s t e s c o n los
que se está op e r a n d o actualmente.
E n la f i g u r a 3.37.
se m u e s t r a el d i a g r a m a de f l u j o del
p r o g r a m a de ajustes, el cual abarca los dos incisos anteriores.
5. R E P O R T E S .
E n e s t e m e n ú p o d e m o s t e n e r u n r e p o r t e d e p r o t e c c i o n e s de
r e l e v a d o r e s q u e se d i s p a r a r o n en el día,
o t o d o s l o s q u e se
a c t i v a r o n en la semana, o en u n p e ríodo deter m i n a d o ,
podemos
seleccionar que sean del Generador o del Transformador, y además
c u e n t a c on impresión en papel al mo m e n t o en q ue se activa una
protección,
dándonos
el t i e m p o p r e c i s ó de d i s p a r o ,
relevador
a c t i v a d o , u n i d a d a q u e p e r t e n e c e , etc.
Esta secuencia de eventos
se t i ene en todo momento.
L a f i g u r a 3.38.' m u e s t r a e l d i a g r a m a d e
flujo.
6. F E C H A Y H O R A A C T U A L E S .
E s t e punto, es p a r a e s t a b l e c e r la f e c h a y h o r a c o r r e c t a , en
el c a s o
de
algún
reinició
del
sistema,
dándole
al operador
facilidad de poner correctamente estos parámetros
y no usar
comandos de DOS para actualizarlos.
E l d i a g r a m a d e f l u j o se
m u e s t r a e n la f i g u r a 3.39.
E n la f i g u r a 3.40 s e m u e s t r a la c o n e x i ó n d e l g a b i n e t e o equi p o
m a e s t r o qu e contiene: la C PU y las tarjetas de entrad a / s a l i d a , que
se e n c u e n t r a cerca del equi p o principal; y la c o m p u t a d o r a personal
o equipo esclavo que está en el cuarto de control.
U n a de las o p c i o n e s q u e se i m p l e m e n t o f i n a l m e n t e , fue la de
l i m i t a r al o p e r a d o r en las f u n c i o n e s d e l s i s t e m a ,
d e j a n d o al
supervisor
la
responsabilidad
de
cambiar
parámetros
en
los
relevadores.
77
FIS. 3. 3 7 . D I A G R A M A D E F L U J O D E L P R O G R A M D E « J U S T E S .
F I G . 3'.38. D î h ô R h U h - D E F L U J ü D E L PR O ' ì R h H h D E R E P O R T E S .
F I G . 3 , 2 9 . D I A G R A M d e F L U J O I'EL P R O G R A M F E C H A D O R .
81
CONCLUSIONES.
CONCLUSIONES.
Se puede decir,
que
los
beneficios
que
se obtienen
al
i mplementar la nueva t e c n ología del micropr o c e s a d o r en los sistemas
de protección eléctrica, son los siguientes:
E n el a s p e c t o e c o n ó m i c o , se p u e d e d e c i r q u e se
ha est i m a d o que p ara u n funcio n a m i e n t o igual,
el costo del relevador por computadora más
sofisticado (incluyendo el costo del s o f t w a r e ) ,
esta
alrededor
del
mismo
costo
que
los
relevadores convencionales.
No existe la nece s i d a d de ajustes, chequeo y
mantenimiento de relevadores, debido a que no
hay n i nguno físicamente, eli m i n a n d o c on ello,
todos los costos de mantenimiento recurrentes,
la
necesidad
y
dependencia ,de
técnicos
altamente
calificados
y la e l i m inación de
serios errores humanos.
E n c u a n t o al m e j o r a m i e n t o de la c o n f i a b i l i d a d ,
se puede decir que con la introducción del
microprocesador,
se
hace
posible
obtener
funciones de autochequeo satisfactoriamente.
Adicionalmente,
se pueden eliminar
algunos
elementos del circuito convencional, los cuales
s on causa de qu e el f u n c i o namiento de los
r e l e v a d o r e s c a m b i e n s o b r e los años.
También
con
los
relevadores
basados
en
computadora, se han podido obtener funciones
sofisticadas y nuevas características que no
eran
obtenibles
con
los
relevadores
convencionales, como por ejemplo:
Análisis
cronológico
después
de
una
perturbación.
Cambio
dinámico
de
parámetros
de
los
relevadores.
- Seguridad contra perturbaciones.
- Tener una autovigilancia más completa de
t o d a s sus f u n c i o n e s d i s p o n i b l e s .
Se
puede
alterar
el
esquema
de
protección,cambiando
el
algoritmo
del
relevador,etc..
82
Otro punto muy importante, es de que existe
una interfaz visual hombre-máquina, que muestra
en u n a pa n t a l l a las .condiciones d el proceso,
en do n d e se han hecho estudios ergonométricos
de m o s t r a r la i n f o r mación en forma de d i a g ramas
m ímicos y en un código de colores para que
p u e d a a s i m i l a r la m a y o r i n f o r m a c i ó n q u e se le
p r e s e n t a al o c u r r i r u n d i s t u r b i o .
En cua n t o al tamaño del equipo, se puede decir
que
se
reduce
ostensiblemente,
ya
que
a c t u almente se tienen cuartos e x clusivamente
destinados,
en
la
planta,
en
donde
se
encuentran los relevadores de protecciones,
reduciendose a tener en un solo gabinete
todo
el equipo necesarios.
Las
pruebas
que
se
hicieron
en
laboratorio,
mostraron
resultados
satisfactorios,
quedando por
instrum e n t a r l o s en la
C e n t r a l y r e a l i z a r p r u e b a s m á s exhaustivas".
Se p u e d e d e c i r q u e en
el a m b i e n t e d e l a b o r a t o r i o se t i e n e n t o d a s las c o n d i c i o n e s ideales,
c o m o son: el n o t e n e r u n a m b i e n t e r uidoso, n o h a b e r vi b r a c i ó n , no
e x i s t i r el r u i d o e l e c t r o m a g n é t i c o , el c u a l es el q u e a f e c t a r í a
n u e stras s e ñ a l e s de campo. Pero ya se inv e s t i g ó en
ese campo y
existen normas establecidas en cuanto a protección de equipo
e l e c t r ó n i c o y de c o m puto para ambientes com o el de las centrales
g eneradoras, com o son las siguientes normas:
ANSI
C39.5-74
NEMA JCS
CFE J-100
1974
1-1988
1982
SAFETY REQUIREMENTS FOR ELECTRICAL AND
ELECTRONIC MEASURING AND CONTROLING
INSTRUMENTATION.
GENERAL STANDARDS FOR INDUSTRIAL CONTROL
AN D SYSTEMS.
ESPECIFICACIONES DE INSTRUMENTACION,
CONTROL Y AUTOMATIZACION.
Finalmente,
se concluye que este es u n primer paso muy
i m p o r t a n t e e n la a u t o m a t i z a c i ó n de las p r o t e c c i o n e s e l é c t r i c a s , en
donde se p u e d e n h a cer aún m a y ores refin a m i e n t o s e i m p l e m entaciones
a este proyecto, lográndose asimismo contribuir,
en u n futuro
próximo, en los aspectos de monitoreo, control y a u t omatización de
sistemas de potencia.
83
APENDICE A
G L O S A R I O DE T E R M I N O S .
En este apéndice se fijan
empleados en la tesis,
a fin
entenderse dichos términos.
Fase.
de algunos términos
forma en que deben
1.
Angulo
2.
Caldera.
E s u n r e c i p i e n t e a p r e s i ó n , - e n e l c u a l u n f l u i d o es
evaporado a mayor presión.
3.
Campo.
Un d e v a n a d o e n la p a r t e d e r o t a c i ó n d e u n a m á q u i n a
cuyo
propósito
es
la
producción
del
campo:
electromagnético principal de la máquina.
4.
Corto
5.
de
las d e f i n i c i o n e s
de precisar la
Es el despla z a m i e n t o en m a g n i t u d que existe entre
l a i n t e n s i d a d d e c o r r i e n t e i c o n l a t e n s i ó n v.
circuito. Una
conexión
anormal
de
impedancia
ya
sea
hecha
intencionalmente,
entre dos
potencial.
Devanado.
relativamente
baja.
accidentalmente
o
puntos de diferente
U n e n s a m b l a j e d e b o b i n a s d i s e ñ a d a s p a r a a c t u a r en
conjunto y producir un campo de flujo magnético.
6. D i a g r a m a
unifilar. Es aquel en el q ue con líneas sencillas y
s í m b o l o s s i m p l i f i c a d o s i n d i c a n l a e s t r u c t u r a y los;
dispositivos componentes o partes de un circuito
eléctrico.
7.
Estator.
La porción
que
incluye
y
soporta
las
partes
e s t a c i onarias de u na m á q u i n a rotatoria. El estator
incluye las porciones e s t acionarias del circuito
magnético, las guías y d e vanado asociados.
8.
Generador.
Una máquina que
convierte
energía eléctrica.
energía
9.
Hogar.
Es u n a cámara
combustión.
se
10. P o z o c a l i e n t e .
de
en
la
cual
lleva
mecánica
a
cabo
en
la
Un tanque para recibir c ondensado de varias fuentes
e n su v i a j e d e r e g r e s o a la c a l d e r a , a t r a v é s del
sistema de agua de alimentación.
11.
Sistema
e x c i t a c i ó n . L a f u e n t e d e la c o r r i e n t e d e c a m p o p a r a la
excitación
de
una
máquina
eléctrica
p r i n c i p a l ,i n c l u y e n d o m e d i o s p a r a s u c o n t r o l .
12.
Sistemas polifásicos. Un sistema polifásico está formado por dos o
más
tensiones
iguales
con
diferencias
de
fase
c o n s t a n t e s q u e s u m i n i s t r a n e n e r g í a a las cargas
c o n e ctadas a las líneas. En u n sistema de tres
f a s e s , l a d i f e r e n c i a d e f a s e e n t r e l a s t e n s i o n e s es
d e 120°.
13.
Sobrecarga.
Condición de operación de un equipo en
l a q u e se
demanda u n a p o t e n c i a en exce s o de la nominal, cuando
dicha condición persiste durante suficiente tiempo
para
causar
daños
o
sobrecalentamientos
perjudiciales. Una sobrecarga no incluye condiciones
de c o r tocircuito o fallas a tierra.
14.
Sobrecorriente. Cualquier
valor
de
corriente
que
exceda
a la
c o r r i e n t e n o m i n a l d e u n equipo. P u e d e r e s u l t a r de
u na sobrecarga, de u n c o r t o c i r c u i t o o de u na falla
a tierra.
15.
Sobrevoltaje.
Un voltaje arriba del voltaje normal o
de operación máximo de un dispositivo o
16.
Tap.
Una conexión disponible que permite
cambiar
po r ción activa del d i s p o s i t i v o en el circuito.
17.
Transformadores
el voltaje
circuito.
la
de corriente y potencial.
Los
relevadores
de
p r o t e c c i ó n d e l t i p o de C A e s t á n a c c i o n a d o s por
corrientes
y
tensiones
suministradas
por
transformadores de corriente y potencial.
Estos
t r a n s f o r m a d o r e s p r o p o r c i o n a n a i s l a m i e n t o c o n t r a la
alta tensión del circuito de potencia, y alimentan
también
a
los
relevadores
con
magnitudes
proporcionales a aquellas del circuito de potencia,
pero lo s u f i c i e n t e m e n t e reducidas en m a g n i t u d para
que los r e l e vadores p u e d a n h a c e r s e relativamente
pequeños y no costosos.
APENDICE B
P R O T E C C I O N E S QUE AC T I V A N LOS REL EVADORES.
El diagrama s i g uiente m u e s t r a a los r e l e v a d o r e s de p r o t ección
d e l g e n e r a d o r y de l o s t r a n s f o r m a d o r e s e n d o n d e s e i n d i c a n a los
demás relevadores que activan cuando se pre s e n t a un a condición
a n o r m a l . E s t e d i a g r a m a s e obtuv.o-de l o s D i a g r a m a s E l é c t r i c o s d e la
u n idad de referencia, y la n o m e n c l a t u r a es la siguiente:
1. T r a n s f e r e n c i a a u t o m á t i c a d e l b u s d e r e s e r v a .
2. C i r c u i t o d e d i s p a r o d e l
interruptor 152-1E04.
3. C i r c u i t o d e d i s p a r o d e l
interruptor de potencia
452-11.
4. C i r c u i t o d e d i s p a r o d e l
interruptor de potencia
452-12.
5. C i r c u i t o d e d i s p a r o d e l a t u r b i n a .
6. C i r c u i t o d e d i s p a r o d e l
interruptor de campo.
7. C i r c u i t o d e d i s p a r o d e l
interruptor 152-1W06.
8 a 10. B o m b a d e a c e i t e d e l t r a n s f o r m a d o r p r i n c i p a l A ,B y C
fuera.
11 a 18. A n u n c i a d o r e s c r í t i c o s .
19. A n u n c i a d o r p r e c r í t i c o .
20. C i r c u i t o d e l r e g u l a d o r a u t o m á t i c o d e v o l t a j e .
21. C i r c u i t o d e d i s p a r o d e l a t u r b i n a .
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no. 5
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1
El jurado designado por la Sección de Computación del Departamento de
Ingeniería Eléctrica del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del
Instituto Politécnico Nacional, aprobó esta tesis e] 19 de marzo de 1991