Protección diferencial de generadores síncronos usando redes neuronales artificiales

Los generadores síncronos constituyen unos de los equipos más importantes en un sistema de potencia y están sujetos, a la vez, a más tipos de fallas que otros elementos. Las fallas en los generadores se consideran de gran importancia, ya que pueden producir fallos severos y costosos al aislamiento, devanados y núcleo; las fallas también pueden producir tensiones bruscas de torsión en los ejes y acoplamiento, ocasionando daños en estos elementos. Para evitar los problemas ocasionados por las fallas que se presentan fuera y dentro del generador y que producen altas corrientes de cortocircuito, se requiere el uso de elementos de protección de alta velocidad que aíslen la máquina eléctrica de la red casi de forma instantánea y eviten, así, daños mayores. Uno de esos elementos es la protección diferencial, la cual se encarga de comparar los valores entrantes y salientes en cada fase del estator, para detectar fallas internas y disparar las protecciones en el momento de su ocurrencia. Tradicionalmente, se han utilizado relés electromecánicos y de estado sólido como sistema de protección diferencial de los generadores síncronos. Sin embargo, dichos relés no protegen el cien por ciento del devanado del estator, pues no son eficientes en la detección de ocurrencia de fallas fase-tierra cercanas al neutro, ya que solo proporcionan una protección sensible para aproximadamente el noventa por ciento del devanado del estator; el porcentaje restante del devanado en cercanías del neutro, no hay suficiente tensión y corriente residual para que el relé entre en operación y menos aún cuando el generador está aterrizado mediante una alta impedancia. Debido a esto se han desarrollado unas técnicas para la detección de fallas a tierra que cubran el cien por ciento del devanado del estator. Estas pueden ser divididas en dos categorías: medición de tensión de tercer armónico y la inyección de tensión residual o de neutro. El método del tercer armónico utiliza estas componentes medidas en las terminales y en el punto neutro de las máquinas y, mediante su comparación, garantiza protección total a los devanados. La tensión de tercer armónico varía de una máquina a otra, y es sustancialmente dependiente de las condiciones de operación del generador, como las variaciones de la capacitancia de los equipos conectados en terminales. La variación del tercer armónico permite tomar decisiones sobre donde medir y que estrategia de protección es la más adecuada. El método de inyección de tensión detecta fallas a tierra aplicando una tensión entre el neutro y la tierra, a una frecuencia subarmónica determinada. La magnitud medida es la corriente resultante de la correspondiente tensión inyectada. Cuando ocurre una falla fase-tierra, la corriente resultante varía incrementando su valor, lo que causa la actuación de las protecciones