Download 8.5. Funciones de control y protección Un sistema de

Unidad Generadora
Existente
Nuevas
Tipo de Excitatriz
Excitatrices estáticas
Ts
≤ 3 seg
Otras excitatrices
≤ 5 seg
Cualquier
≤ 2 seg
8.5. Funciones de control y protección
Un sistema de control de excitación moderno es mucho más que un
simple regulador de tensión.
Incluye una cantidad de funciones de control, de limitación y de
protección que asisten al cumplimiento de los requerimientos de
desempeño del control de excitación.
Figura 8.14: Funciones de control y protección del sistema de excitación
[P.Kundur]
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Referencia: “Power System Stability and Control” Prabha Kundur
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Las funciones de control regulan ciertas cantidades y las funciones de
limitación previenen que ciertas cantidades excedan sus valores límites.
Si los limitadores fallan las funciones de protección desconectan los
componentes adecuados o saca la unidad de servicio.
Algún sistema de excitación dado puede incluir sólo algunas o todas estas
funciones dependiendo del tipo de excitatriz y de los requerimientos de
desempeño.
8.5.1. Reguladores de AC y DC
• La función básica de los reguladores AC y DC es mantener la tensión
del estator del generador. El que se usa en operación normal es el de
AC.
• Algunas funciones de control y de protección actúan a través del
regulador AC para controlar la tensión de campo.
• El regulador DC mantiene constante la tensión de campo del
generador y se suele denominar control manual. Se usa para prueba,
arranque y ante fallas del regulador AC regulando la tensión de campo.
Set point manual o automatic set point tracking.
8.5.2. Circuito estabilizador del sistema de excitación
• Los sistemas de excitación (AC y DC) incluyen componentes con
retardos significativos que producen un pobre desempeño dinámico ➠
requiere una alta ganancia.
• Aún con muy bajas ganancias el sistema de excitación puede ser
inestable cuado el generador opera a circuito abierto.
• Estabilización utilizando compensación serie con un compensador
atraso-adelanto o en lazo menor de realimentación con acción
derivativa (la más utilizada) → minimiza la desviación de fase
introducida por los retardos de tiempo.
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Figura 8.15: Estabilización de un control de excitación con un derivador
en lazo menor de realimentación [P.Kundur]
• Estabiliza la operación off line del generador (previa a la
sincronización o ante un rechazo de carga).
• Mejora la respuesta dinámica del generador operando en línea.
8.5.3. Estabilizador del sistema de potencia (Power System Stabilizer
PSS)
• Utiliza señales estabilizantes auxiliares para modular la tensión de
campo del generador para amortiguar las oscilaciones del sistema.
• Utiliza como señales de entrada: la velocidad en el eje, potencia
eléctrica y frecuencia en terminales.
• Mejora el desempeño dinámico del sistema de potencia.
• Mejora la estabilidad de pequeña señal.
8.5.4. Compensación de carga
• Los reguladores de tensión (RAT) normalmente controlan la tensión
en terminales del generador.
• La compensación de cargas es utilizada para controlar una tensión
representativa de la tensión en un punto externo del generador.
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• Se implementa con la inclusión de un circuito adicional en el lazo de
RAT.
~
~
Vc = Et + ( Rc + j X c ) I t
(8 − 1)
• La resistencia Rc y la reactancia inductiva Xc simulan la impedancia
entre los terminales del generador y el punto de tensión controlada.
• Con Rc y Xc positivos el compensador provee un salto de tensión y
regula la tensión en un punto dentro del generador.
Se utiliza para asegurar una adecuada distribución de potencia reactiva
entre generadores cuando sus terminales están conectados a la misma
barra con un solo transformador de máquina. Sino QG1 > 0 y QG2 < 0.
Esquema utilizado en unidades hidráulicas y en unidades térmicas
cross-compound.
• Con Rc y Xc negativos el compensador regula la tensión en un punto
más allá de los terminales del generador.
Se utiliza para compensar los saltos de tensión en el transformador de
máquina cuando los generadores están conectados a transformadores
individuales para mantener la tensión de la carga.´
Permite la adecuada operación en paralelo de los generadores.
Figura 8.16: Diagrama esquemático del compensador de carga
[P.Kundur]
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8.5.5 Limitador de subexcitación (UEL)
• El UEL protege el generador para evitar que la excitación del
generador se reduzca a un nivel tal que se excedan límites de
estabilidad de pequeña señal o los límites de calentamiento de la
región final del estator.
• La señal de control se obtiene de una combinación de la corriente y de
la tensión o de la potencia activa y reactiva del generador.
• Existe una gran variedad de formas de implementación: sumado a la
señal de error cuando alcanza un valor límite o en una compuerta
HVG.
• Debe ser coordinado con la protección de pérdida de excitación.
Figura 8.17: Coordinación entre UEL, la protección de pérdida de
excitación y el límite de estabilidad [P.Kundur]
8.5.6. Limitador de sobreexcitación (OEL)
• El propósito del OEL es proteger al generador del sobrecalentamiento
producido por sobre corrientes de campo prolongadas.
• El OEL detecta una condición de elevada corriente de campo y
después de un retardo de tiempo actúa sobre el regulador AC para
bajar la excitación a un 110% de la corriente de campo nominal. Si
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esta acción no resulta desconecta el regulador AC y transfiere el
control al regulador DC ajustando la referencia al valor nominal.
• Existen dos tipos de retardo de tiempo fijo y de tiempo inverso. Este se
ajusta a la curva de capacidad térmica del arrollamiento de campo.
• El limitador de corriente actúa a una tensión de excitación de 1,6.
Figura 8.18: Coordinación de los límites de sobreexcitación con la
capabilidad térmica del campo [P.Kundur]
8.5.7. Limitador y protección Volt/Hertz
• Utilizado para proteger el generador y el transformador de máquina
del daño producido por un excesivo flujo magnético resultante por baja
frecuencia o por sobretensión.
• Un flujo magnético excesivo en forma sostenida puede causar
sobrecalentamiento y dañar el transformador y el rotor del generador.
• La razón Volt/Hertz es una magnitud medible proporcional al flujo
magnético.
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• El limitador Volt/Hertz controla la tensión de campo de manera de
limitar la tensión del generador cuando Volt/Hz exceda el valor límite.
• La protección Volt/Hertz desconecta el generador cuando el valor
V/Hz excede el valor límite un tiempo especificado.
V/Hz (pu)
Tiempo de
daños en
minutos
1.25
1.2
1.15
1.10
1.05
GEN
0.2
1.0
6.0
20.0
∞
XFMR
1.0
5.0
20.0
∞
Valores típicos de límites de V/Hz para el generador y para el
transformador de máquina [P.Kundur]
8.5.8. Circuitos Field-shorting
• Utilizados en sistemas de excitación AC o estáticos.
• Debido a que los rectificadores no pueden conducir en sentido inverso
la corriente de excitación no puede ser negativa.
En condiciones de cortocircuito la corriente inducida en el
arrollamiento de campo puede ser negativa. Si no se provee un camino
a esta corriente negativa pueden presentarse tensiones muy altas en el
circuito de campo.
➠ entonces se incluye un circuito especial para puentear la excitatriz y
permitir que fluya la corriente negativa.
• El circuito especial (crowbar) consiste de un tiristor y un resistor de
descarga conectado en paralelo con el campo. El tiristor recibe un
pulso de disparo en respuesta a una condición de sobretensión creada
por una corriente inducida que inicialmente no tiene camino para fluir.
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Figura 8.19: Circuito para puentear el campo utilizando un crowbar
[P.Kundur]
Otro circuito utiliza un varistor que es una resistencia no lineal, que
puentea a la excitatriz bajo condiciones de alta tensión. El varistor al
tomar valores bajos de resistencia provee un camino a la corriente de
campo negativa.
Figura 8.20: Circuito para puentear el campo utilizando un varistor
[P.Kundur]
En algunos casos el rotor provee el camino para estas corrientes
inducidas sin utilizar circuitos field-shorting.
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