PROTECCIONES EN CENTRALES ELÉCTRICASOrlando V. Castro – Profesor Avda. 60 esq. 124 – Tel / Fax (0221) 421 – 7578 / 482 -4855 CARRERA INGENIERÍA ELÉCTRICA ASIGNATURA CENTRALES Y PROTECCIONES ELÉCTRICAS DISEÑO CURRICULAR: 1995 ORDENANZA C.SUP`. Nº 765 DEPARTAMENTO: ELECTROTÉCNIA APROBACIÓN C A RES Nº De la CURRICULA ELECTIVA ANUAL 1er. CUATRIMESTRE 2do. CUATRIMESTRE X NIVEL: 5to. TOTAL DE HORAS: 32 HORAS SEMANALES: 2 OBSERVACIONES l PROGRAMA SINTÉTICO UT1: SISTEMA DE EXCITACIÓN EN GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNADA. UT2: DESEXCITACIÓN RÁPIDA EN GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNADA. UT3: REGULACIÓN AUTOMÁTICA DE LA TENSIÓN EN LOS BORNES, DE LOS GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNADA. UT4: DETALLES Y CONTINGENCIAS DE FALLAS, EN LOS GENERADORES Y TRANSFORMADORES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS. UT5: CONCEPTOS GENERALES SOBRE RELEVADORES. UT6: GENERALIDADES DE LOS DISTINTOS ESQUEMAS DE CIRCUITOS, QUE CONFORMAN LOS MÉTODOS DE PROTECCIONES DE LOS GENERADORES Y TRANSFORMADORES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS. UT7: INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES DE LOS DISTINTOS MÉTODOS DE PROTECCIONES, DESTINADOS A PROTEGER EL TOTAL DE LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA Al finalizar el curso el alumno deberá ser capaz de reconocer e interpretar, los aspectos generales concernientes a las Protecciones en Centrales Eléctricas. Analizar los distinto tipos de Dispositivos Protectores en los Sistemas Eléctricos, orientados a la selección, instalación y calibración de los mismos. VIGENCIA a partir del año 2007. EQUIPO DOCENTE DIRECTOR DE CÁTEDRA: Ingeniero Orlando Vicente Castro Profesor NÚMERO DE DIVISIONES: 1 (una) PROFESOR A CARGO DE CADA DIVISIÓN: Ing. Orlando V. Castro. Profesor Ing. Francisco Chalupa. Jefe de Trabajos Prácticos. ARTICULACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS ASIGNATURAS O CONOCIMIENTOS CON QUE SE VINCULA. CORRELATIVAS PARA CURSAR: PROTECCIONES EN CENTRALES ELÉCTRICAS, se deberán tener: CURSADAS : Física III, Máquinas Eléctricas II, Máquinas Térmicas Hidráulica y de Fluidos, Control Automático. APROBADAS: Máquinas Eléctricas I, Termodinámica, Electrotecnia II. CORRELATIVAS PARA RENDIR EXAMEN FINAL: PROTECCIONES EN CENTRICAS ELÉCTRICAS se deberán tener: APROBADAS: Máquinas Eléctricas II, Máquinas Térmicas Hidráulica y de Fluidos, Control Automático, Física III. PROGRAMA ANALÍTICO BIBLIOGRAFÍA GENERAL OBLIGATORIA: RAMÍREZ VAZQUEZ Y Otros: “Centrales Eléctricas”, Editorial CEAC S.A., Edición... España, 1972. BUCHHOLD- HAPPOLDT: “Centrales y Redes Eléctricas”, Editorial Labor. RUSSELL MASON: “El Arte y la Ciencia de la Protección por Relevadores”, Editorial CECSA. SOBREVILA: “Centrales Eléctricas y Estaciones Transformadoras”, Editorial Marimar, Edición Argentina, Año 1977. JUAN CORREA: “Protecciones Eléctricas”, Editorial CEIP, Edición Argentina Año 1996. DESARROLLO UNIDAD TEMÁTICA 1 : SISTEMAS DE EXCITACIÓN EN GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNADA. CONTENIDOS: Conceptos generales sobre la excitación de los generadores sincrónicos, trifásicos de corriente alternada de las Centrales Eléctricas. Control de los parámetros característi- cos, inherente a las continuas variaciones de carga, tensión de línea y factor de potencia. Interpretar el esquema de un Sistema de Excitación Realimentado con mecanismos de accionamientos automáticos. Sistemas de Excitación conformado por una excitatriz principal (generador de corriente continua) y una excitatriz piloto, acopladas, ambas, al eje del generador principal, provistos de anillos rozantes y escobillas. Sistemas de Excitación Estáticas, cuyo grupo excitador esta compuesto por dos grupos rectificadores, el principal por un puente de diodos y el otro por rectificadores con mando por electrodos de compuertas (tiristor), provistos de dos pequeños generadores auxiliares de corriente alternada y anillos rozantes y escobillas, acoplados al eje principal. Sistemas de Excitación Estáticos, conformado con un grupo rectificador, con mando por electrodo de compuerta (tiristor), alimenta- do con la tensión de línea y provistos de anillos rozantes y escobillas. Sistema de Excitación, conformado por un conjunto rectificador y por un generador auxiliar de corriente alternada de inducido móvil, que gira todo el conjunto acoplado al eje del generador principal, llamado también “generador sin escobillas” TIEMPO ASIGNADO A LA UT1: 3 Horas. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: UTPNº1: Analizar un esquema de Sistemas de Excitación en Generadores de Corriente Alternada de Centrales Eléctricas, visualizar los componentes específicos, tales como la excitatriz principal, la excitatriz piloto, anillos rozantes, escobillas. Visualizar grupos rectificadores estáticos y sus distintos componentes. TIEMPO ASIGNADO A LA UTPNº1: 1 Hora. OBJETIVOS DE LA UT1: Reconocer la importancia que tienen los distintos Sistemas de Excitación en los Generadores de Corriente Alternada de las Central Eléctrica, en cuanto a que sistema es conveniente aplicar, según la potencia de máquina principal, o zonas climáticas contaminantes, o sistema interconectado, o a una electrificación rural. Diferenciar los equipos de mayores ventajas técnicas, o de calidad, en el servicio y su confiabilidad, según estén expuestas a las exigencias que impone la carga de la red en cada caso específico. Se espera obtener una reacción favorable del alumno en el sentido de crear una actitud de introducción de la asignatura “PROTECCIONES EN CENTRALES ELÉCTRICAS” TIEMPO ASIGNADO A LA UNIDAD TEMÁTICA 1: 4 Horas UNIDAD TEMÁTICA 2: DESEXCITACIÓN RÁPIDA EN GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNADA. CONTENIDOS: Conceptos teóricos de cómo actúa la Desexcitación Rápida en una salida intempestiva de un generador de corriente alternada a plena carga. Solución de compromiso para la rápida extinción del campo magnético almacenado en el rotor del generador. Distintas soluciones para desexcitar rápidamente generadores de: pequeña, mediana o grandes potencias. Interpretación de los esquemas de circuitos para la desexcitación rápida de generadores de pequeñas, medianas o grandes potencias. Desexcitación Rápida en generadores de muy alta potencia, con la aplicación del método de inversión, con tiempo de desexcitación extremadamente cortos. Tiempo Asigna UT2: 4 Horas. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: UTPNº2: Analizar casos reales de cortes de energía en regiones industriales. Proyección de videos sobre hechos se salida de máquinas en forma intempestiva, tomando conoci- miento de cómo se restauraría en forma escalonada. Analizar minuciosamente el método de inversión instalados en los grandes generadores. Tiempo Asignado UTPNº2: 1 Horas OBJETIVOS DE LA UT2: Reconocer y estudiar la importancia de instalar adecuadamente los Métodos de Excitación de mayor respuesta técnica a cada generador, según la importancia del servio o lugar, o industria donde se encuentra brindando el servicio. Se espera del alumno poder clasificar y evaluar todos los tipos de esquemas pertinentes para cada caso. TIEMPO ASIGNADO A LA UNIDAD TEMÁTICA 2 : 5 Horas. _____________________________________________________________ UNIDAD TEMÁTICA 3 : REGULACIÓN AUTOMÁTICA DE LA TENSIÓN EN LOS BORNES DE LOS GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNADA. CONTENIDOS: Conceptos y exigencias pertinentes, para que los generadores de corriente alternada de las Centrales Eléctricas mantengan su tensión de servicio dentro de valores sensiblemente constantes. Conocimientos referidos al principio de funcionamiento del primer Regulador de Tensión: TIRRILL. Principio de funcionamiento de los Reguladores de Tensión Rápidos, de sectores rodantes. Principio de funcionamiento de los Regula- dores de Tensión Rápidos, de sectores rodantes, con compoundaje adicional. Regula- dores de Tensión Rápidos de alta potencia. Amplificador Transductor, para la Regula- ción de la Tensión. TIEMPO ASIGNADO A LA UT3: 3 Horas. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: UTPNº3: Reconocer y estudiar distintos tipos de Reguladores de Tensión, ya sea en forma manual o automática, o sean de regulación lentas o rápidas. Visualizar reguladores para generadores de gran potencia. TIEMPO ASIGNADO A LA UTPNº3: 1 Horas. OBJETIVOS DE LA UT3: Analizar y reconocer el mecanismo de funcionamiento de los distintos Reguladores de Tensión, y la importancia que tienen estos aparatos en mantener permanentemente la tensión de línea, dentro de los valores normales. Se espera sensibilizar al alumno sobre la importancia de los Reguladores de Tensión como control permanente de la tensión de servicio. TIEMPO ASIGNADO A LA UNIDAD TEMÁTICA 3 : 4 Horas. _____________________________________________________________ UNIDAD TEMÁTICA 4 : DETALLES Y CONTINGENCIAS DE FALLAS, EN LOS GENERADORES Y TRANSFORMADORES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS. CONTENIDOS: Conceptos fundamentales de las Protecciones de los Generadores y Transformadores en las Centrales Eléctricas. Detalles de la maniobra de la puesta fuera de servicio de un Generador a plena carga, actuando simultáneamente con su desexcitación rápida. Detalle de posibles fallas de un Generador, en su arrollamiento estatórico de alta tensión: Contacto entre dos fases. Contacto entre espiras de una misma fase. Contacto de una fase a tierra. Doble contacto a tierra: o sea, una descarga interna, sobre el arrollamiento estatórico a tierra; y/ o una descarga externa, sobre una de las fase de la línea de A.T. a tierra. Calentamiento inadmisible del bobinado. Detalles de posibles fallas en el arrollamiento del rotor del Generador: Contacto monopolar a tierra. Contacto entre espiras. Calentamiento inadmisible, a causa de la reacción sobre el rotor, de las corrientes asimétricas en el estator. Doble contacto a tierra sobre el arrollamiento del rotor. Detalles de posibles fallas en el arrollamiento de un Transfor- mador: Contacto interno entre dos fases. Contacto interno entre espiras de una misma fase. Contacto interno de una fase a tierra. Doble contacto interno entre fases. Contacto de la cuba a tierra. TIEMPO ASIGNADO A LA UT4: 4 Horas. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: UTPNº4: Análisis de las fallas que ocurren en los distintos equipos y aparatos en las instalacio- nes eléctricas, instalados en las Centrales Eléctricas. TIEMPO ASIGNADO A LA UTPNº4: 1 Horas. OBJETIVOS DE LA UT4: Ante la desconexión de un generador, debido a una falla, ubicar el lugar donde sucedió el hecho, analizar y estudiar el motivo y como se podría haber evitado. Se espera que el alumno sepa analizar que protección es la adecuada para caso. TIEMPO ASIGNADO A LA UNIDAD TEMÁTICA 4 : 5 Horas UNIDAD TEMÁTICA 5 : CONCEPTOS GENERALES SOBRE RELEVADORES. CONTENIDOS: El Relevador, como el elemento funcional de las Protecciones. Clasificación de los distintos tipos de Relevadores. Introducción a la forma de trabajo de un Relevador. Accionamiento de los Relevadores por magnitudes eléctricas. Accionamiento de los Relevadores por magnitudes no eléctricas. Enumeración de distintos tipos de Relevadores, ya sea de cierre o apertura; con contactos metálicos, o de ampollas de vidrio conteniendo mercurio y también Relevadores electrónicos. Clasificación de los Relevadores por el modo de accionar sus contactos principales ya sea electromagnéticos, electrodinámicos, inducción, térmicos, o por circuitos de estado sólido. Relevadores temporizados. Relevadores de tiempo dependiente a escalones. Relevadores de impedancia. Relevador de velocidad. Regulación de los Relevadores y protectores de líneas y su calibración escalonada. Dispositivo para la comprobación del buen funcionamiento de los Relevadores. TIEMPO ASIGNADO A LA UT5: 3 Horas. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: UTPNº5. Analizar los distintos tipos de Relevadores, apropiados para cada función. TIEMPO ASIGNADO A LA UTPNº5: 1 Horas. OBJETIVOS DE LA UT5: Investigar todo tipo de Relevadores, ya sean electromagnéticos, dinámicos, de señal térmica, y otros. Se espera del alumno poder reconocer, clasificar y evaluar todos los tipos de Relevadores, según su principio de funcionamiento. TIEMPO ASIGNADO A LA UNIDAD TEMÁTICA 5 : 4 Horas. _____________________________________________________________ UNIDAD TEMÁTICA 6 : GENERALIDADES DE LOS DISTINTOS ESQUEMAS DE CIRCUITOS, QUE CONFORMAN LOS MÉTODOS DE PROTECCIONES DE LOS GENERADORES Y TRANSFORMADORES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS. CONTENIDOS: Análisis de distintos esquemas de protecciones. En Generadores: Protección contra la sobreintensidad. Protección contra la sobrecarga. Protección contra contactos entre fases del arrollamiento estatórico. Protección contra contactos entre espiras de una misma fase del arrollamiento. Protección del arrollamiento del estator contra el contacto a tierra. Protección contra el aumento de tensión. Protec- ción del arrollamiento del rotor contra el contacto a tierra. Protección contra cargas asimétricas. Protección de las turbinas. Protección contra descargas atmosféricas. En Transformadores: Protección contra la máxima tensión. Protección contra la sobreintensidad. Protección para la detección de gases del aceite refrigerante,(Relé Buchholz). Protección contra la sobrecarga térmica. Protección contra las sobretensiones atmosféricas. TIEMPO ASIGNADO A LA UT6: 5 Horas. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: UTPNº6: Proyección de CD, videos y diapositivas de esquemas de los distintos Métodos de Protecciones de los Generadores y Transformadores, instalados en una Central Eléctrica. Reconocer el Dispositivo para la Comprobación del buen Funcionamiento de Los Relevadores. TIEMPO ASIGNADO A LA UTPNº6: 1 Horas. OBJETIVOS DE LA UT6: Identificar los esquemas de los distintos Métodos de Protecciones, conocer los elementos y equipos que componen cada una de las protecciones, tomar conciencia de la regulación que le corresponde a cada uno de ellos, analizar el principio de funcionamiento, si están destinadas al servicios continuos, conocer los circuitos eléctricos principales y auxiliares. Se espera del alumno poder reconocer y evaluar a su criterio, que Método de Protección se instalaría, según para prevenir fallas específicas. TIEMPO ASIGNADO A LA UNIDAD TEMÁTICA 6 : 6 Horas. UNIDAD TEMÁTICA 7 : INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES DE LOS DISTINTOS TIPOS Y MÉTODOS DE PROTECCIONES, DESTINADOS A PROTEGER EL TOTAL DE LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS. . CONTENIDOS: Enumeración y Selección de los Distintos Tipos de Aparatos para la Vigilancia y Protección de Todas las Instalaciones Eléctrica que Constituyen la Generación, el Transporte y la Distribución de la Energía Eléctrica, incluyendo la Regulación y el Escalonamiento, todo ello basado en una tecnología de punta a conciencia, ya que se esta tratando un tema que es por si mismo muy importante. TIEMPO ASIGNADO A LA UT7: 3 Horas RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: l UTPNº7: Protecciones Contra Incendios, Protección Catódica, Pararrayos, Descargadores de Sobretensión de origen Climático y todo otro tipo de Protecciones instalados en las Redes Eléctricas. TIEMPO ASIGNADO A LA UTPNº7: 1 Horas. OBJETIVOS DE LA UT7: Interpretar y reconocer los distintos tipos de aparatos la Protección y Vigilancia de todas las Instalaciones Eléctricas. Conocer el accionamiento de las protecciones contra incendio, inundaciones, de origen climático, origen térmico, y otros. Interpre- tar la regulación escalonada de las protecciones instaladas en las Líneas de Altas Tensiones. Visualizar los componentes de los Sistemas de Protecciones de los Generadores de Energía Eléctrica. Entender como se activan los Relevadores, en caso de entrar en acción frente a una falla técnica. Analizar la regulación de los aparatos de disparo. Se espera del alumno poder concientizar, de la importancia y el lugar de preponde- rancia que ocupan las Protecciones en las Redes Eléctricas. TIEMPO ASIGNADO A LA UNIDAD TEMÁTICA 7 : 4 Horas. PLANIFICACIÓN DE CÁTEDRA CRONOGRAMA UNIDAD Y /O TEMA ACTIVIDADES TIEMPO Unidad Temática 1: Presentación de la Materia. Sistema de Excitación en Generadores de Corriente Alternada. Clase expositiva e inductiva. Conclusiones. Unidad Temática 1: Análisis de esquema Clase grupal. Análisis de Esquemas y circuitos. 2 semanas Unidad Temática 2: Desexcitación Rápida en Generadores de Corriente Alternada. Clase expositiva participativa grupal. Unidad Temática 2: Diseño de un esque- ma de protecciones Clase expositiva. 2 semanas Unidad Temática 3: Regulación Automática de la Tensión en los Bornes de los Generadores de Corriente Alternada. Clase expositiva. Análisis y debates grupales. Unidad Temática 3: Exposición de los apa- ratos de regulación Apoyatura de proyecciones de videos 2 semanas Unidad Temática 4: Detalles y Contingencias de Fallas, en Generadores y Transformadores de las Centrales Eléctricas. Clase expositiva, participativa grupal. Unidad Temática 4: Verificación de fallas detectadas en arrollamiento estatórico. Clase expositiva y participativa 3 semanas Unidad Temática 5: Conceptos generales sobre Relevadores. Clase expositiva, inductiva. Debates. Conclusiones Unidad Temática 5: Muestra y reconoci- miento de aparatos Relevadores. Debate sobre ejemplos reales. 3 semanas Unidad Temática 6: Generalidades de los distintos esquemas de circuitos, que Clase expositiva, inductiva, Grupal. conforman los Métodos de Protecciones de los Generadores y Transformadores de las Centrales Eléctricas. Unidad Temática 6: Visualización y estudio de los distintos esquemas de los Métodos de Protecciones. Clase expositiva análisis y debates grupales. 2 semanas Unidad Temática 7: Introducción y generalidades de los distintos Métodos de Protecciones, destinados a proteger el total de las Instalaciones y Equipos. Clase expositiva, participativa, debates, conclusiones. Unidad Temática 7: Finalización de la Teoría. Aprobación de la cursada y firmas de Libretas. Clase final. 2 semanas METODOLOGÍA DIDÁCTICA Para la formación integral del alumno de la asignatura descripta se tiene en cuenta todo lo ya enunciado, anteriormente, como: Clases expositivas (teoría), resolución de temas básicos (problemas), experiencia de vivenciar en el ámbito real lo estudiado en el aula Visitas técnicas a Centrales Eléctricas) que optimizarán el logro de los objetivos propuestos. Lo concerniente a la formación integral del alumno conlleva a aplicar para su logro, de parte del profesor, a que realice un razonamiento inductivo - deductivo con capacidad de síntesis, abstracción y participación: Estimulando, de esta manera, la capacidad potencial del mismo y conservando la esencia de los objetivos de la asignatura para que el alumno logre un perfil con aptitudes técnicas y de gestión al completar su carrera. Estrategias de enseñanza: La habilidad para desarrollar el estudio de la asignatura se desarrollará con debates en el aula, exposiciones y coloquios. Modalidad de agrupamientos: Se adaptará, al inicio, la conformación de pequeños grupos con tareas específicos que, en una segunda instancia, se integrarán en un solo grupo para la conjunción definitiva de las tareas a realizar. Consultas: La hará el alumno, según la necesidad de la investigación, a: libros textos, apuntes, guías, etc. y a gran parte de los medios auxiliares (Internet, videos, diapositivas, etc.) que sirvan al proceso enseñanza-aprendizaje, consensua- dos por profesor-alumno. El tiempo para las investigaciones lo impondrá, según lo requerido por la duración del trabajo, el docente. El proceso de realización demandará el total del segundo cuatrimestre. Organización de espacios: La clases se desarrollarán dentro del aula y, fuera del ámbito universitario, con visitas a empresas inherentes a la esta asignatura. EVALUACIÓN La evaluación para acreditar el conocimiento que el alumno adquirió para ejercer tareas en el campo del saber propio de la asignatura, involucra distintos aspectos pero se pueden resumir en: comprobar si se lograron los objetivos propuestos. Los actos de evaluación se establecerán sobre la base que el profesor de la asignatu- ra eligiera para la misma: a) Evaluación continua en la participación del alumno en las clases teóricas. b) Exámenes parciales sobre aspectos prácticos únicamente. c) Elaboración y presentación de una carpeta conteniendo las resoluciones de los problemas de ingeniería desarrollados en el aula. d) Presentación de la documentación respectiva sobre la realización de un trabajo final del proyecto y diseño de una Central Eléctrica. Y sus combinatorias. RECURSOS AUXILIARES NECESARIOS a) Tiza y pizarrón. b) Proyecciones de videos, CD, DVD y diapositivas. c) Internet. d) Láminas y diagramas FORMACIÓN PRÁCTICA HORAS DE FORMACIÓN EXPERIMENTAL: 25 HORAS. HORAS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: 7 HORAS. TOTAL DE HORAS: 32 HORAS. TOTAL DE SEMANAS: 16.