En condiciones normales de estabilidad, el flujo en el
entrehierro de un generador gira en la misma dirección y en sincronismo con el
devanado de campo. Cuando en el sistema que alimenta se produce un cortocircuito a tierra
o entre fases, el corte de una fase o un gran consumo monofásico, el generador
funcionará con carga desequilibrada, en estas condiciones, la componente de
secuencia negativa o inversa de la corriente, crea un campo giratorio que corta
a la periferia del rotor a una velocidad doble de la de sincronismo, el efecto
es como si de un frenado a contracorriente se tratara.
Si analizamos el problema
desde el punto de vista mecánico, estas corrientes inducen fuerzas
electromotrices que se oponen al giro normal del generador durante el tiempo
que permanece el defecto.
Como el sentido de giro lo
determina la turbina, los esfuerzos mecánicos se ejercen sobre el acoplamiento
rotor-turbina. Los engranajes del reductor de velocidad funcionan como fusibles
mecánicos, y se destruyen cuando se excede su capacidad, evitando así un daño
mayor en los elementos principales como son la turbina y el propio generador.
Desde el punto de vista
eléctrico las corrientes de doble frecuencia generadas circulan por la
superficie del rotor donde se encuentran las cuñas y los anillos de retención.
- El calentamiento de las cuñas da lugar a su flexión y la fuerza
centrífuga del rotor terminará provocando su ruptura.
-
El calentamiento dilatará el anillo de retención liberándolo del cuerpo
del rotor y provocará su desprendimiento.
En cualquier caso la avería
del generador es grave y los medios de protección deben ser sensibles a la
componente inversa de la corriente, se ha demostrado que los relés térmicos no son eficaces ante
estos fenómenos.
Los fabricantes fijan límites al tiempo que una máquina puede trabajar en
estas circunstancias, como una función del cuadrado de la corriente de
secuencia negativa: K = I22t. El producto I22t
es el cuadrado de la corriente de secuencia negativa (I22)
y de la duración de la falta en segundos (t), la constante K es variable y
depende del tipo de máquina con valores entre 5 para grandes turboalternadores
y 40 para máquinas hidráulicas, lo que permite ajustar la característica del
relé a la capacidad de la máquina a proteger.
El calentamiento del rotor no será excesivo siempre y cuando I22
t sea menor que K.
La figura 2 corresponde a las características I22 =
f (t) de alternadores con diferentes sistemas de refrigeración.
Tipo de máquina
|
Refrigeración
|
Curva nº
|
(I2) permitida en % de In
|
K
(I22
t)
|
Turbo
Alternador
|
Hidrógeno
(directo)
2,1 kg/cm2
|
1
|
10
|
7
|
Hidrógeno
(convencional)
2,1 kg/cm2
|
2
|
15
|
12
|
|
Hidrógeno
(convencional)
1,05 kg/cm2
|
3
|
15
|
15
|
|
Hidrógeno o aire
(convencional)
0,035 kg/cm2
|
4
|
15
|
20
|
|
Polos salientes
|
Aire
(convencional)
|
5
|
40
|
60
|
Figura 2: Características I22t
de diferentes tipos de alternadores
De la figura 2 se desprende que la capacidad de soportar desequilibrios
en la corriente de fase está íntimamente relacionada con el sistema de
refrigeración de la máquina.
Como protección para este fin, se emplean relés contra desequilibrios de
fases o de máxima componente inversa (ANSI 46), obtenida a partir de un filtro
de secuencia inversa como se representa esquemáticamente en la figura
3.
Figura 3: Protección contra corrientes de secuencia
inversa
La
magnitud de I2 se obtiene entre los puntos A y B, y se aplica a un
relé con característica de tiempo extremadamente inversa, Fig. 4, lo que
permite ajustarse a las características
de la figura 2. Estos relés suelen incorporar una unidad de alarma
previa, que permite al operador intervenir en condiciones de débiles asimetrías.
Figura 4: característica de tiempo de
un relé de secuencia inversa
Ver regulación de protecciones en el post “Clasificación de
las protecciones de un Generador según la naturaleza del defecto y sus
regulaciones”
Disponible en pdf en la siguiente URL:
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