Protección electrica de generador 24 V/Hz

Empezando en esto de ser bloggero pues se me vino la idea de escribir de una forma breve, sencilla y con base a experiencia propia sobre protecciones eléctricas de generadores tomando en consideración no tener un conocimiento absoluto sobre el tema pero si queriendo aportar un poco de ese  conocimiento al respecto, por lo que en esta ocasión quiero aportar sobre la protección 24 V/Hz. a veces cuando buscas una información como esta no encuentras mucha o lo que encuentras son presentaciones o documentos en los que te explican de una forma compleja, pues el proposito del presente es tratar de interpretar un poco como funciona esta protección. la protección 24 V/Hz es la relación de voltaje y frecuencia de un generador con base a sus datos nominales.
En una planta de generación eléctrica o hidroeléctrica como en el caso personal ya que trabajo en una, hay reles de protecciones los cuales se ajustan conforme a los datos técnicos de un generador.
la protección 24 V/Hz se ajusta en los reles de protecciones para disparar o desconectar un generador del sistema ante una sobreexcitación, esta se da por un flujo magnético excesivo en el devanado del rotor, generando una inducción eléctrica mayor permisible en el devanado del estator que incrementa el voltaje en terminales del generador.
Las normas ANSI/IEEE han establecido el siguiente límite:
Generadores 1.05 pu (En la base del generador).
Transformadores 1.05 pu.
A partir de las relaciones entre los campos de dispersión y el calentamiento, pueden desarrollarse curvas que definen los límites en la magnitud y duración de los eventos de V/Hz. Los fabricantes generalmente proporcionan curvas para sus equipos, que muestran los límites de operación permisible en términos de porcentaje de V/Hz normales contra tiempo.
Al ajustar la protección de V/Hz para una unidad generadora, es importante que las curvas de operación permisibles para los generadores sean referidas a una base común de tensión. los reles de protecciones ven esta relación en razón de porcentaje, por lo que una relación a valores nominales es del 100% y los ajustes típicos para actuar la protección 24 es de 105%, por lo que al superarse esta relación así como el tiempo de retardo provoca la activación del disparo o desconexión del generador.
Al existir una condición de sobrexcitación se eleva la temperatura del generador lo cual puede causar daños en el aislamiento, La sobrexcitación no solo afecta al generador sino también al transformador de potencia y al transformador de servicios auxiliares, y ocurre generalmente al poner en la puesta en marcha o parada de una máquina no conectada a la red.

La figura de arriba es un ejemplo de curva que utiliza un rele de protección para el ajuste de la protección 24 V/Hz. de generador.

Ejemplo de experiencia sucedida;

Como lo dije al principio del blog la razón de esta entrada es para hacerlo de una forma diferente y sencilla, en ese sentido contarles que en una ocasión nos disponíamos con el grupo de trabajo a sincronizar un generador hidroeléctrico, ejecutamos el comando para sincronizar a la red y el control sincronizador empezó a comparar y ajustar los parámetros eléctricos, voltaje y frecuencia, observamos que el delta de frecuencia estaba cercano a cero, pero el voltaje aun no, en pantalla observamos un valor de 13.6kV, el voltaje nominal del generador en mención es 13.8kV, este no reflejaba que subiera pero en un instante mostró 14.2kV, cuando nos dispusimos a reducir el voltaje se activo el disparo por protección eléctrica 24 V/Hz. la unidad no había sincronizado obviamente pero el rele envió el disparo y ejecuto la secuencia programada en el PLC de control llevando la unidad hasta el paro completo.   

Posteriormente realizamos la descarga oscilografica y eventos del rele de protecciones en donde pudimos constatar que efectivamente fue alcanzado el ajuste de 105% de relación V/Hz y el tiempo programado (Time Delay). 

Aunque la falla se determino que la provoco el sincronizador al ejecutar regulación de parametros causa de una mala referencia, fuimos testigos de una situación practica como podría presentarse la activación de la protección eléctrica 24 V/Hz. 

En la oscilografia del rele (Figura de arriba) pudimos observar que el voltaje del generador se incremento, en la gráfica se observa en las fases A, B y C un voltaje de 70.1V, el nominal en este caso es 66.4V, este es el valor en el secundario de los transformadores de potencial (TP) para el monitoreo del voltaje del generador, el voltaje de linea para el generador conectado en estrella corresponde a multiplicar ese dato por √3. la relación de los TP es de 13.kV/115V. dando como resultado de 14.6kV al momento de la activación 24V/Hz, valor que observo el rele de protecciones.

El tema de las protecciones eléctricas de generador es bien amplio, pero el propósito sera dar una explicación básica sobre la operación de cada una de ellas o al menos de las mas utilizadas en generadores.

Espero que la información sirva de complemento para la investigación o estudio que realice el lector con el propósito de tener una mejor comprensión del tema.