La protección diferencial para generadores eléctricos es esencial para evitar daños catastróficos y garantizar la continuidad operativa. El cálculo preciso de estos sistemas, bajo normativas IEC y IEEE, es crucial para la seguridad industrial.
Aquí descubrirás cómo calcular, seleccionar y ajustar protecciones diferenciales para generadores eléctricos según IEC y IEEE, con ejemplos, fórmulas y tablas.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de protecciones diferenciales para generadores eléctricos – IEC, IEEE
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- Calcular la corriente de ajuste diferencial para un generador de 10 MVA, 13.8 kV, según IEC 60034-1.
- Determinar el rango de sensibilidad de protección diferencial para un generador de 5 MVA, 6.6 kV, IEEE C37.102.
- Obtener la configuración de relé diferencial para un generador de 20 MVA, 15 kV, con CTs de 1000/5 A.
- Calcular la corriente de disparo mínimo para un generador de 2.5 MVA, 4.16 kV, según IEC 60255.
Tablas de valores comunes en la Calculadora de protecciones diferenciales para generadores eléctricos – IEC, IEEE
| Parámetro | Valor típico | Rango común | Norma de referencia | Descripción |
|---|---|---|---|---|
| Relación de transformación CT | 1000/5 | 100/5 – 5000/5 | IEC 60044-1 | Relación de corriente de los transformadores de corriente |
| Corriente nominal del generador (In) | 725 A | 100 A – 5000 A | IEC 60034-1 | Corriente a plena carga del generador |
| Corriente de ajuste diferencial (Idiff) | 0.2 In | 0.1 – 0.3 In | IEC 60255-151 | Corriente mínima para disparo del relé diferencial |
| Tiempo de disparo | 0.05 s | 0.02 – 0.1 s | IEEE C37.102 | Tiempo de operación del relé diferencial |
| Factor de saturación de CT | 20 | 10 – 30 | IEC 60044-1 | Relación de saturación de los transformadores de corriente |
| Relación de ajuste de restricción (K) | 0.5 | 0.3 – 0.7 | IEC 60255-151 | Factor de restricción para evitar disparos por corrientes de inrush |
| Corriente de restricción (Irest) | 0.1 In | 0.05 – 0.2 In | IEEE C37.102 | Corriente mínima para activar la restricción |
| Relación de ajuste de pendiente (S) | 20% | 10% – 40% | IEC 60255-151 | Pendiente de la característica de disparo diferencial |
| Voltaje nominal del generador | 13.8 kV | 3.3 – 22 kV | IEC 60034-1 | Tensión de operación del generador |
| Potencia nominal del generador | 10 MVA | 1 – 100 MVA | IEC 60034-1 | Potencia aparente máxima del generador |
| Clase de precisión CT | 5P20 | 5P10 – 10P20 | IEC 60044-1 | Clase de exactitud del transformador de corriente |
| Tipo de relé diferencial | 87G | 87G, 87T | IEEE C37.2 | Designación ANSI para relé diferencial de generador |
Fórmulas para la Calculadora de protecciones diferenciales para generadores eléctricos – IEC, IEEE
El cálculo de la protección diferencial para generadores eléctricos se basa en la comparación de corrientes de entrada y salida del generador, utilizando transformadores de corriente (CTs) y relés diferenciales. A continuación, se presentan las fórmulas fundamentales y la explicación detallada de cada variable:
In = S / (√3 × V)
- In: Corriente nominal (A)
- S: Potencia aparente del generador (VA)
- V: Tensión nominal del generador (V)
Idiff = |I1 – I2|
- Idiff: Corriente diferencial medida por el relé (A)
- I1: Corriente medida en el lado 1 del generador (A)
- I2: Corriente medida en el lado 2 del generador (A)
Irest = (|I1| + |I2|) / 2
- Irest: Corriente de restricción (A)
- I1, I2: Corrientes en ambos extremos del generador (A)
Idiff > (K × Irest + S)
- Idiff: Corriente diferencial (A)
- K: Factor de restricción (adimensional, típicamente 0.3 – 0.7)
- Irest: Corriente de restricción (A)
- S: Corriente de umbral o pendiente (A o % de In)
Isec = Iprim / Relación_CT
- Isec: Corriente secundaria del CT (A)
- Iprim: Corriente primaria (A)
- Relación_CT: Relación de transformación del CT (por ejemplo, 1000/5 = 200)
Iset = α × In
- Iset: Corriente de ajuste mínimo (A)
- α: Factor de ajuste (típicamente 0.1 – 0.3)
- In: Corriente nominal del generador (A)
Estas fórmulas permiten calcular los parámetros clave para la configuración y ajuste de la protección diferencial de generadores eléctricos, asegurando la correcta discriminación y sensibilidad ante fallas internas.
Ejemplos del mundo real: Aplicación de la Calculadora de protecciones diferenciales para generadores eléctricos – IEC, IEEE
Caso 1: Generador de 10 MVA, 13.8 kV, CTs 1000/5, ajuste según IEC 60034-1
- Datos:
- Potencia nominal (S): 10 MVA = 10,000,000 VA
- Tensión nominal (V): 13,800 V
- Relación CT: 1000/5 (200:1)
- Factor de ajuste (α): 0.2
- Factor de restricción (K): 0.5
- Pendiente (S): 0.2 In
- 1. Corriente nominal del generador (In):
- In = 10,000,000 / (√3 × 13,800) = 418.5 A
- 2. Corriente secundaria del CT (Isec):
- Isec = 418.5 / 200 = 2.09 A
- 3. Corriente de ajuste mínimo del relé (Iset):
- Iset = 0.2 × 418.5 = 83.7 A (primario) o 0.42 A (secundario)
- 4. Característica de disparo:
- Idiff > (0.5 × Irest + 0.2 × 418.5)
- Por ejemplo, si Irest = 100 A, entonces: Idiff > (0.5 × 100 + 83.7) = 133.7 A
- Interpretación:
- El relé diferencial disparará si la corriente diferencial supera 133.7 A en condiciones de restricción.
Caso 2: Generador de 5 MVA, 6.6 kV, CTs 500/5, ajuste según IEEE C37.102
- Datos:
- Potencia nominal (S): 5,000,000 VA
- Tensión nominal (V): 6,600 V
- Relación CT: 500/5 (100:1)
- Factor de ajuste (α): 0.15
- Factor de restricción (K): 0.4
- Pendiente (S): 0.1 In
- 1. Corriente nominal del generador (In):
- In = 5,000,000 / (√3 × 6,600) = 437.6 A
- 2. Corriente secundaria del CT (Isec):
- Isec = 437.6 / 100 = 4.38 A
- 3. Corriente de ajuste mínimo del relé (Iset):
- Iset = 0.15 × 437.6 = 65.6 A (primario) o 0.66 A (secundario)
- 4. Característica de disparo:
- Idiff > (0.4 × Irest + 0.1 × 437.6)
- Por ejemplo, si Irest = 50 A, entonces: Idiff > (0.4 × 50 + 43.76) = 63.76 A
- Interpretación:
- El relé diferencial disparará si la corriente diferencial supera 63.76 A en condiciones de restricción.
Estos ejemplos ilustran cómo aplicar las fórmulas y parámetros de la calculadora de protecciones diferenciales para generadores eléctricos bajo normativas IEC y IEEE, asegurando una protección efectiva y confiable.
Consideraciones adicionales y mejores prácticas en la protección diferencial de generadores eléctricos
- Seleccionar CTs con clase de precisión adecuada (5P20 o mejor) para evitar errores de medición y disparos indeseados.
- Verificar la saturación de los CTs bajo condiciones de cortocircuito, utilizando el factor de saturación recomendado por IEC 60044-1.
- Configurar la pendiente de la característica de disparo para discriminar entre fallas internas y corrientes de inrush o transitorias.
- Realizar pruebas periódicas de inyección secundaria para validar el correcto funcionamiento del sistema de protección diferencial.
- Consultar siempre las recomendaciones específicas del fabricante del relé y las normativas IEC 60255, IEC 60034, IEEE C37.102 y IEEE C37.2.
Para profundizar en la teoría y práctica de la protección diferencial de generadores eléctricos, se recomienda consultar los siguientes recursos de autoridad:
La correcta aplicación de la calculadora de protecciones diferenciales para generadores eléctricos – IEC, IEEE, es fundamental para la seguridad, confiabilidad y eficiencia de los sistemas eléctricos industriales y de generación.