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Protección contra sobrecorriente
Bryan Snyder
Corriente Eléctrica, Caterpillar Inc.
INTRODUCCIÓN
Un suceso de sobrecorriente en un grupo electrógeno síncrono ocurre en cualquier momento que la carga demanda más corriente que la potencia nominal que figura en la placa de identificación del grupo electrógeno. La sobrecorriente puede deberse al arranque de un motor grande, la entrada asociada con la carga de un transformador, un cortocircuito o cualquier otra cantidad de sucesos. Si bien los sucesos de sobrecorriente son inevitables, la duración del suceso se debe controlar para evitar dañar el grupo electrógeno u otro equipamiento. Las normas y los requisitos varían según la región, y en estos figuran las protecciones requeridas para los grupos electrógenos y conductores ante sucesos de sobrecorriente. Además, se deberían consultar para conocer los requisitos específicos del sitio.
Caterpillar brinda varias opciones para asistir a los clientes con el cumplimiento de estos requisitos, junto con disposiciones adicionales destinadas a los controles del grupo electrógeno ECMP Cat®, con el fin de asistir en la protección de los activos del cliente.
Los controles del Grupo Electrógeno ECMP 4 Cat cuentan con algoritmos de detección de sobrecorriente mejorados. Con estos, el usuario puede configurar la cantidad de sobrecorriente permitida en un enfoque basado en el tiempo antes de que se desencadene un suceso de sobrecorriente. Estas funciones algorítmicas adicionales se pueden utilizar junto con las protecciones contra sobrecorriente existentes para generar un suceso en cualquier momento. El algoritmo de sobrecorriente mejorado se ofrece con la configuración ajustable para permitir una integración específica del sitio.
SOBRECORRIENTE DEL GRUPO ELECTRÓGENO
Antes de revisar las protecciones, se debería comprender cómo reacciona un grupo electrógeno ante un suceso de sobrecorriente. En el momento en que ocurre un suceso de sobrecorriente, el grupo electrógeno proporciona la corriente máxima disponible del alternador. En este momento, los sistemas de control del grupo electrógeno no controlan la corriente, pero se limita mediante los magnéticos inherentes del sistema.
Durante los primeros seis ciclos después del suceso, el grupo electrógeno se limita mediante la reactancia subtransitoria y la excitación generada por el regulador de voltaje. Los grupos electrógenos con reguladores de voltaje que reciben potencia de la salida del grupo electrógeno (autoexcitado, SE [Self Excited]) reducen la corriente con rapidez, mientras que los grupos electrógenos con una fuente de alimentación externa (imán permanente, PM [Permanent Magnet] o internamente excitada, IE [Internally Excited]) reducen la corriente a un ritmo menor, como se visualiza en la Figura 1.
Figura 1: curvas de decrecimiento de la corriente del grupo electrógeno
Figura 2: protección ante la sobreexcitación
Figura 3: curvas de coordinación de la sobrecorriente
Luego de los primeros seis ciclos de la sobrecorriente durante los primeros cinco segundos, la corriente del grupo electrógeno se basará en la reactancia transitoria y la corriente de excitación del regulador de voltaje. Durante este periodo, los reguladores SE no podrán obtener corriente suficiente para continuar la excitación del grupo electrógeno, y la corriente se seguirá reduciendo hasta llegar a cero.
Los grupos electrógenos accionados por reguladores de voltaje PM/IE comenzarán a recuperarse de la demanda de carga inicial y comenzarán a obtener la máxima corriente del regulador de voltaje. La corriente total disponible a través de las fases transitorias y síncronas del suceso de sobrecorriente se determinará mediante la reactancia del grupo electrógeno y la corriente de excitación disponible del regulador de voltaje.
PROTECCIÓN CONTRA LA SOBREEXCITACIÓN DEL MÓDULO DE EXCITACIÓN IVR
Para asistir en la protección del grupo electrógeno ante un suceso de sobrecorriente, el módulo de excitación del regulador de voltaje integrado (IVR, Integrated Voltage Regulator) Cat utiliza una protección incorporada ante la sobreexcitación. Con esta estrategia de protección, ilustrada en la Figura 2, se proporciona una corriente de excitación continua muy por debajo del límite superior en condiciones normales.
En el suceso de una condición de sobrecorriente, la corriente de excitación aumentará con rapidez, conocida como "forzado de campo". El módulo de excitación limitará la corriente del forzado de campo al límite superior definido en las pautas de diseño del grupo electrógeno Cat que, en general, es del 300 % de la corriente nominal para un periodo fijo de 10 segundos.
Una vez transcurrido el tiempo de demora fijo, el módulo de excitación "limitará" la corriente de excitación a un nivel más seguro, que es el 10 % del límite superior. Mediante la protección ante sobreexcitación, Caterpillar proporciona al cliente las funcionalidades de sobrecorriente necesarias y requeridas para respaldar la coordinación de protección de la falla del sitio y la carga, mientras protege la inversión del cliente en el grupo electrógeno.
PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTE DEL ECMP 4 CAT®
Además de la capacidad de sobreexcitación, con el ECMP 4 Cat los clientes pueden utilizar protección de tiempo definido ajustable, junto con los ajustes de curvas de tiempo inverso o disparo de curva de daños térmicos del grupo electrógeno, para integrarse en la coordinación de protección a nivel del sitio general del cliente.
Las curvas de tiempo inverso brindan a los clientes una característica de lento a disparo con una corriente baja y una característica de rápido a disparo con una corriente alta. A su vez, la protección de tiempo definido proporciona, en general, un mayor nivel de corriente durante un periodo más corto para evitar disparos durante la carga de irrupción, como se visualiza en la Figura 3.
Mediante los ajustes configurables para estos valores, el cliente puede alcanzar niveles personalizados de protección mientras se asegura de que el grupo electrógeno funciona dentro de sus capacidades.
RESISTOR DE CONEXIÓN A TIERRA NEUTRAL
Un resistor a tierra neutral (NGR, Neutral Grounding Resistor) es un resistor de potencia que se conecta entre el neutro de una fuente y la conexión a tierra del sistema. Un NGR se puede implementar como parte de un sistema de potencia para varios propósitos, incluida la asistencia en la identificación de una falla. Sin embargo, se utiliza en esencia para limitar las corrientes presentes en una línea a falla de puesta a tierra y evitar dañar el equipo.
Si bien cada sitio se debería evaluar según sus condiciones particulares, las protecciones descritas en este documento se pueden emplear para proteger el grupo electrógeno del cliente sin la implementación de un NGR.
Mediante las protecciones Cat, el NGR representa una protección adicional que los clientes pueden utilizar para aumentar la vida útil potencial de su grupo electrógeno. Como dato general, un suceso de sobrecorriente aumenta el calor del grupo electrógeno y el neutro. El aumento de calor resulta en una reducción de la vida útil del material aislante.
Las protecciones contra sobrecorriente de Cat descritas en este informe técnico sirven para limitar los daños y evitar una falla catastrófica. Sin embargo, cualquier sobrecarga de cualquier tamaño se puede considerar un desgaste adicional del producto. Un NGR es una opción relativamente accesible recomendable para limitar la energía con el objetivo de prolongar la vida útil del producto. Cada sitio se debería evaluar para determinar si la incorporación de un NGR proporcionaría valor al cliente. Por cualquier consideración sobre la puesta a tierra adicional, consulte los códigos eléctricos aplicables y las normas de la puesta a tierra.
CONCLUSIÓN
Mediante las protecciones contra sobrecorriente disponibles de Caterpillar, se proporciona a los clientes la flexibilidad necesaria para integrarse en el programa de protección de sus sitios y, a la vez, protegen la inversión realizada en sus grupos electrógenos. Para obtener más información sobre las capacidades de este u otro producto, comuníquese con el distribuidor Cat local y obtendrá respaldo.
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