Terceros armonicos stator ground

Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia N.° 52 pp. 215-225. Marzo, 2010

Improvement of the third harmonic based stator ground fault protection for high resistance grounded synchronous generators Mejoramiento de la protección basada en el tercer armónico contra fallas a tierra del estator de generadores síncronos aterrizados mediante alta impedancia
Byron Ruíz-Mondragón, Juan Mora-Flórez*, SandraPérez-Londoño Grupo de Investigación en Calidad de Energía Eléctrica y Estabilidad (ICE3) Pereira, La Julita, Universidad Tecnológica de Pereira, Programa de Ingeniería Eléctrica, Pereira, Colombia (Recibido el 28 de abril de 2009. Aceptado el 8 de enero de 2010) Abstract This paper shows a comparison and a proposed improvement of three different approaches based on the measurements of the thirdharmonic of voltage which are aimed to obtain a 100% protection of the stator winding in the case of ground faults in high resistance grounded synchronous generators. These three different methods are based in voltage measurements at the neutral and terminal connections, and also in the ratio of these measurements. From the results obtained in a real synchronous generator there are advantages of thescheme based on the ratio of the voltages measured at terminals and neutral, in the case of using the voltage threshold strategy. However, by using the proposed alarm-trip logic, remarkable improvements could be obtained in the case of detecting high impedance ground faults. Finally, this work may help to develop useful protective devices which detect ground faults at the synchronous generator statorwindings. Although a first fault normally does not cause any problem, this have to be removed before the occurrence of a second ground fault which could cause severe machine damages and the consequent outage.

----- Keywords: 100 % stator ground fault protection, synchronous generator, third harmonic, phase-ground fault

* Autor de correspondencia: teléfono: +57 + 6 +321 58 82, correoelectrónico: jjmora@utp.edu.co (J. Mora-Flórez)

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Resumen En éste artículo se presenta una comparación y una propuesta de mejoramiento de tres diferentes métodos de protección del 100% del estator en el caso de fallas a tierra, aplicados a generadores síncronos aterrizados mediante una alta resistencia. Los tres métodos están basados en lasmediciones de tercer armónico de tensión en el neutro, en los terminales de la máquina y en la relación de las dos medidas anteriores. De los resultados obtenidos en generador síncrono real, se puede apreciar que el esquema basado en la relación de las tensiones de tercer armónico medido en los terminales y en el neutro es la mejor alternativa, en el caso de utilizar la estrategia de umbrales detensión. Sinembargo, mediante al utilización de una estrategia propuesta basada en una lógica para alarma y disparo, se pueden apreciar notables mejoras en la capacidad de detección de fallas a tierra de alta impedancia. Finalmente, este trabajo puede contribuir al desarrollo de elementos de protección útiles para detectar fallas a tierra en los devanados del estator de un generador síncrono. Aunque unaprimera falla normalmente no causa ningún problema, ésta tiene que ser atendida prontamente antes que una segunda falla pueda causar graves daños en la máquina y su consiguiente salida del servicio. ----- Palabras clave: Protección del 100% del estator ante falla a tierra, generador síncrono, tercer armónico, falla fase tierra

Introduction
Ground faults at the synchronous machine stator arecommon and these cause current flows through the neutral conductor. The current magnitude depends of the grounding type (high, medium and low impedance). The high impedance method is frequently used because in the case of faults the current magnitude is relatively low [1, 2]. The most commonly used protective scheme in the case of high impedance grounding consists on an overvoltage relay (59),...