Energización Accidental de Generadores AC

¿Cómo ocurre la energización accidental de los generadores AC? ¿Cómo se pueden mitigar los daños?

La energización accidental de los generadores AC (mientras están fuera de línea) suele ocurrir por errores de operación, fallas en los enclavamientos, descargas disruptivas en los terminales del interruptor, mal funcionamiento del circuito de control, o por una combinación de todos estos eventos.

Aunque no es una condición que ocurra comúnmente, los ingenieros de protecciones deben considerar este escenario para poder complementar los esquemas de protección de generadores de forma adecuada. De lo contrario, los generadores AC podrían dañarse o quedar completamente destruidos si llegase a ocurrir una energización accidental.

Energización Accidental Generador AC 2
Imagen Referencial de Generadores Hidroeléctricos.

Escenarios más comunes de Energización Accidental de Generadores AC

Los escenarios más comunes de energización accidental de generadores AC están vinculados a aquellas plantas de generación cuya subestación de interconexión con la red eléctrica tiene topologías complejas en que más de un interruptor está vinculado con el circuito del generador. Como por ejemplo, las Subestaciones con Barra en Anillo, o las Subestaciones de Interruptor y Medio.

En este tipo de subestaciones, los interruptores del circuito del generador también están vinculados a las lógicas de operación y comando que influyen en la topología de la barra. Es decir, se abren y se cierran los interruptores para abrir o cerrar el anillo de la barra, o para habilitar o deshabilitar las diagonales de la topología de interruptor y medio.

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Si el generador se desconecta intencionalmente, usualmente para gestiones de mantenimiento, deben emplearse enclavamientos en los interruptores de la subestación para evitar el cierre accidental de los interruptores asociados al circuito del generador. Sin embargo, se han reportado situaciones en que los generadores se dañan o se destruyen completamente debido a que los enclavamientos fueron anulados o debido a que fallaron inadvertidamente y el interruptor se cerró de forma accidental.

¿Qué le ocurre al Generador AC cuando se Energiza Accidentalmente?

Cuando los generadores están apagados y se energizan accidentalmente recibiendo energía de la red eléctrica, se aceleran como un motor de inducción y se inducen altas corrientes en el rotor que pueden llegar a ser 5 veces la corriente nominal de la máquina, ocasionando daños graves en el rotor en cuestión de segundos.

Cabe destacar que el voltaje de los terminales del generador y la corriente son función de las impedancias del generador, del transformador y del sistema.

¿Cómo opera el Sistema de Protecciones en este caso?

Las funciones de protección más comunes en generadores tienen limitaciones al intentar detectar energizaciones accidentales, dado que funcionan cuando el generador está en línea, y dejan de funcionar cuando se apaga el generador. De hecho, se han detectado casos de daños en los generadores debido a que todo su sistema de protección estaba inoperativo cuando la máquina se energizó accidentalmente.

Por ejemplo, los relés que dependen del voltaje (como los relés de potencia inversa ANSI 32) se desactivan si durante el mantenimiento se quitan los fusibles del transformador de voltaje (TV) cuando el generador está fuera de línea. Por otro lado, los relés con retardo de tiempo intencional son demasiado lentos para proporcionar una protección sustancial contra la energización accidental de los generadores AC.

Esquema de Protección de Generadores de Potencia.
Imagen Referencia de un Esquema de Protección de Generadores de Potencia. Fuente: GE Grid Solution, Multilin G60 Generator Protection Relay

En este sentido, se deben diseñar esquemas de protección especiales para proteger el generador cuando está fuera de línea, de forma de ubicar los puntos de medida donde sea menos probable que se desactiven durante el mantenimiento del generador.

Protección contra la Energización Accidental

A continuación, describiremos los esquemas más comunes utilizados para detectar energizaciones involuntarias.

1. Protección de Sobrecorriente Supervisada por Frecuencia

Este esquema utiliza una combinación de relés de frecuencia y sobrecorriente que solo se habilitan cuando la máquina está fuera de línea.

Los relés de sobrecorriente son instantáneos con un ajuste de activación que ronda la mitad del valor de la corriente de energización accidental esperada.

Los relés de frecuencia se configuran para cerrar sus contactos cuando la frecuencia cae por debajo del ajuste predeterminado, habilitando al relé de sobrecorriente instantánea. Es decir, para que el esquema funcione correctamente, el contacto del relé de baja frecuencia debe estar cerrado cuando no hay voltaje.

Cabe destacar que para aplicaciones con relés numéricos se puede configurar este esquema en la lógica de programación del relé.

2. Protección de Distancia

Consiste en un esquema de protección que monitoriza el generador desde el patio de la subestación de interconexión. En este sentido, se configura el relé de distancia para detectar la suma de la reactancia del transformador elevador de la unidad generadora y la reactancia de secuencia negativa del generador con el margen adecuado.

Sin embargo, esta solución es compleja y podría provocar disparos erróneos si no se configura correctamente.

3. Protección de Sobrecorriente Supervisada por Voltaje

Consiste en utilizar relés de baja tensión y de sobretensión con retardos de tiempo de activación y desactivación para supervisar a los relés de sobrecorriente instantánea.

En este sentido, cuando se apaga el generador los detectores de baja tensión habilitan automáticamente a los relés de sobrecorriente instantánea para detectar condiciones de energización accidental.

Mientras que, cuando se enciende el generador, los relés de sobretensión desactivan el equema de sobrecorriente instantánea para evitar disparos erróneos.

La ventaja de este esquema es que funcionará correctamente incluso si se desconectan los transformadores de tensión del generador durante el mantenimiento.

Conclusión

Los generadores son equipos muy complejos que están sujetos a muchas situaciones de operación anormal que pueden causar daños costosos y atentar contra la seguridad de los operadores de la planta. Es por eso que es imprescindible conocer todos los escenarios catastróficos que pueden ocurrir para poder diseñar un sistema de protección confiable y seguro.

→ Artículo Recomendado: ¿Qué es la Motorización de un Generador de Potencia? • LeiryChinchilla.com

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Fuentes

IEEE Std C37.102. Guide for AC Generator Protection.

IEEE Std 242. Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems.

Generator Protection :: GE Grid Solutions

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