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TFM_EDUARDO_RIVERO_BARNETO

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SISTEMA DE CONTROL Y 
PROTECCIONES PARA UN 
GENERADOR DE 4900 KVA 11 KV 
DEL LABORATORIO DE CENTRALES 
JULIO 2019 
Eduardo Rivero Barneto 
DIRECTOR DEL TRABAJO FIN DE MASTER: 
Carlos A. Platero Gaona 
 
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TRABAJO FIN DE MASTER 
PARA LA OBTENCIÓN DEL 
TÍTULO DE MASTER EN 
INGENIERÍA INDUSTRIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Un día tu vida pasará delante de tus ojos. 
Asegúrate de que valga la pena verla 
 
AGRADECIMIENTOS 
Para mí, la realización de este trabajo supone la finalización de mis estudios en la 
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. Ha sido un largo camino a través 
del cual me he cruzado con gente y he recibido el apoyo de muchos a los que debo 
agradecer. 
En primer lugar, me gustaría agradecer a mi tutor D. Carlos Platero el cual es para mí 
mucho más que el tutor de mis trabajos final de Grado y final de Máster. Se ha convertido 
en mi mentor y en un amigo del que tanto he aprendido los últimos años en la escuela 
y al que debo agradecerle el haber encontrado el primer empleo que muchos desearían. 
También agradezco a todos los profesores y compañeros que han logrado hacer de este 
camino uno mucho más llevadero. De estos compañeros muchos han llegado a ser 
verdaderos amigos con los que siempre podré recordar las vivencias de la escuela. 
Por último, pero no menos importante debo agradecer a aquellos que siempre me han 
dado su apoyo incondicional, con los que a lo largo de estos años he celebrado las 
victorias y he sufrido las derrotas. Ellos son todos los amigos y familiares que sé que 
siempre van a estar ahí. 
 
 G4900 
 
P á g i n a 1 | 4 
 
RESUMEN 
En este Trabajo de Fin de Máster se plantean diferentes tareas a realizar para contribuir 
al acondicionamiento de un grupo generador de 4900 kVA instalado en el laboratorio de 
alta tensión de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid. 
El trabajo se encuadra, por tanto, dentro de un proyecto de mayor envergadura que 
tiene como objetivo habilitar una bancada de prácticas en alta tensión con fines 
educativos y de divulgación en un centro docente, donde no es habitual encontrar 
instalaciones con estas características. Se trata de un proyecto colaborativo y como tal, 
el objetivo de este trabajo es contribuir a su puesta en marcha. Para ello, tras realizar 
un estudio de los elementos vinculados al grupo generador se ha llevado a cabo el 
proyecto el cual se puede dividir en los siguientes cuatro hitos principales: 
▪ HITO 1. Ajuste de las protecciones de generador: Se ha conseguido realizar 
unas tablas con los ajustes propuestos para cada una de las protecciones de 
generador. Para la realización de estas tablas ha sido necesario entender cada 
una de las protecciones que se van a emplear ya que en el caso que nos ocupa 
no todas son necesarias. Una vez entendidas y considerando los valores 
asignados de tensiones e intensidades del generador se han propuesto unos 
ajustes para que las protecciones actúen únicamente cuando algún parámetro 
se salga de los valores normales de funcionamiento. 
Esto se ha hecho para el relé de protección MiCOM p345 por lo que a lo largo 
de la realización de esta parte del trabajo se ha utilizado su manual de 
funcionamiento. Las protecciones ajustadas han sido según su código ANSI: 32, 
40, 50/51, 49, 87G, 59N, 27/59, 81O, RTD. 
▪ HITO 2. Cálculo de la resistencia de desexcitación y regulación de tensión: En 
esta parte del proyecto ha sido fundamental tener en cuenta las características 
del circuito de excitación de la máquina para poder obtener un valor de 
 G4900 
 
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resistencia de desexcitación que sirva como solución de compromiso entre una 
rápida desexcitación de la máquina y la evitación de altas tensiones durante este 
proceso en dicho circuito. 
Por otro lado, se ha elaborado un archivo de configuración del regulador de 
tensión UNITROL 1000 a través del cual este se encargará de hacer subir la 
tensión de la máquina siguiendo una rampa una vez se conecte la excitación con 
la máquina girando a velocidad cercana a la asignada. 
▪ HITO 3. Colecciones de esquemas eléctricos desarrollados. Se han diseñado y 
dibujado los esquemas eléctricos desarrollados del cuadro de control y 
protecciones del generador. En estos esquemas se han tenido en cuenta las 
características de todos los equipos de la instalación los cuales quedan 
representados en ellos con su cableado asociado para poder controlar, 
supervisar y proteger tanto el generador como los equipos auxiliares. 
En ellos se ha incluido una lista de aparatos y otra de bornas. En esta última se 
diferencia entre bornas de medida, que han de ser seccionables para poder 
realizar pruebas, bornas de control y bornas de potencia desde las cuales se 
llevan cables de alimentación desde el cuadro a aquellas partes en las que se 
necesite. 
En los esquemas es donde queda plasmada toda la lógica de control del sistema 
con sus enclavamientos. 
Además de la colección de esquemas previamente mencionada se ha realizado 
una actualización de los esquemas del cuadro de control del motor de corriente 
continua en la que se han tenido en cuenta las interconexiones con el panel de 
generador. 
▪ HITO 4. Listas de cables e interconexiones. En base a los esquemas eléctricos 
previamente realizados y los planos del laboratorio se ha elaborado una lista de 
cables. En esta lista de cables queda reflejada la identificación de cada cable, el 
 G4900 
 
P á g i n a 3 | 4 
 
esquema eléctrico al que pertenece, su composición, el origen y el destino, la 
descripción, la ruta que seguirá y la longitud estimada. 
Por otro lado, y a partir de la lista de cables, se ha hecho una lista de 
interconexiones en la que se detalla para cada cable la borna origen y destino 
de cada uno de sus hilos. 
 
 G4900 
 
P á g i n a 4 | 4 
 
PALABRAS CLAVE 
devanado, accionamiento, rotor, estator, polos, inducido, campo, escobilla, excitación, 
rectificador, tiristor, regulador, disparo, shunt, relé de protección, contactor. 
CÓDIGOS UNESCO 
INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA ELÉCTRICAS 
330601 utilización de la corriente continua 
330602 aplicaciones eléctricas 
330603 motores eléctricos 
330607 maquinaria rotatoria 
330608 interruptores 
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA 
330714 dispositivos semiconductores 
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 
331007 estudio de tiempos y movimientos 
 
ÍNDICE 
 
1.- INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 1 
2.- OBJETIVOS .......................................................................................................................................... 2 
3.- DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN ..................................................................................................... 3 
3.1.- GENERADOR ................................................................................................................................ 3 
3.1.1.- Transformador de tensión ................................................................................................... 4 
3.1.2.- Transformadores de intensidad ........................................................................................... 4 
3.2.- MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA ............................................................................................. 5 
3.3.- CABINAS DE MEDIA TENSIÓN ...................................................................................................... 6 
3.4.- REACTANCIAS .............................................................................................................................. 7 
3.5.- TRANSFORMADOR ...................................................................................................................... 8 
3.6.- GRUPO HIDRÁULICO ...................................................................................................................9 
4.- DESARROLLO .................................................................................................................................... 10 
4.1.- CUADRO DE CONTROL DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA .............................................. 10 
4.1.1.- Alimentación ...................................................................................................................... 10 
4.1.2.- Condiciones de funcionamiento ........................................................................................ 11 
4.2.- CUADRO DE CONTROL Y PROTECCIÓN DEL GENERADOR ......................................................... 12 
4.2.1.- Alimentaciones ................................................................................................................... 12 
4.2.2.- Protecciones del generador ............................................................................................... 13 
4.2.3.- Circuito de excitación ......................................................................................................... 29 
4.2.4.- Regulación de tensión ........................................................................................................ 33 
4.2.5.- Equipos de medida ............................................................................................................. 36 
4.2.6.- Refrigeraciones .................................................................................................................. 36 
4.3.- CABLEADO E INTERCONEXIONES .............................................................................................. 38 
4.4.- ESQUEMAS ELÉCTRICOS DESARROLLADOS ............................................................................... 45 
5.- RESULTADOS Y CONCLUSIONES ....................................................................................................... 46 
6.- LÍNEAS FUTURAS .............................................................................................................................. 48 
7.- BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 49 
8.- PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO .................................................................................. 50 
8.1.- PLANIFICACIÓN TEMPORAL ...................................................................................................... 50 
8.2.- PRESUPUESTO ........................................................................................................................... 52 
9.- ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................................... 56 
10.- ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................................................... 58 
ANEXO I: Tablas de ajustes propuestos para las protecciones del generador G4900 
ANEXO II: Archivo de configuración del regulador de tensión Unitrol 1000 
ANEXO III: Cables e interconexiones de Baja Tensión 
ANEXO IV: Esquemas eléctricos desarrollados 
 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 1 
1.- INTRODUCCIÓN 
En este proyecto se pretende continuar con la realización de la instalación de una pequeña 
central eléctrica en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad 
Politécnica de Madrid con fines didácticos. La implantación de dicha instalación comenzó con 
la realización del Trabajo de Fin de Grado “Diseño, fabricación y puesta en servicio de un 
sistema de control para una máquina de corriente continua de 500 kW “. El objetivo sigue 
siendo brindar a los alumnos la posibilidad de operar máquinas de una potencia 
considerablemente superior a las que se ven actualmente en las prácticas de laboratorio y 
que pueden encontrarse en cualquier central o fábrica con procesos de generación eléctrica. 
Esta instalación se encontrará específicamente en el laboratorio de pruebas de alta tensión 
de la escuela y principalmente estará compuesta por un generador síncrono de 4900 kVA y 
un motor de corriente continua de 500 kW, además de los sistemas de control y protecciones. 
Antes de pasar a introducir el alcance y los objetivos cabe mencionar que actualmente el 
motor de corriente continua y el generador síncrono objeto de este trabajo se encuentran 
acoplados mecánicamente de forma que el motor realiza la función que realizaría una turbina 
en una central de generación convencional. 
El alcance de este documento es dejar constancia del desarrollo seguido para el diseño, la 
fabricación y la puesta en servicio de los equipos de control, medida y protección y los 
servicios auxiliares asociados al generador. Se incluirá toda la documentación generada 
relativa a la realización de las diversas etapas del proyecto. 
Objetivos 
2 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
2.- OBJETIVOS 
El principal objetivo es poner en marcha nuestro generador síncrono de 4900 kVA para lo cual 
es necesario implantar un sistema de control y protecciones, un sistema de lubricación de 
cojinetes, una adecuada refrigeración y la realización de las conexiones con el resto de los 
elementos del laboratorio. 
Comenzando por el sistema de control, deberá ser posible controlar de forma relativamente 
fina y segura parámetros como la velocidad del motor y la tensión en bornes del generador. 
Por un lado, la velocidad de giro se regula controlando el motor de corriente continua acoplado 
a nuestro generador desde su propio cuadro de control mientras que la tensión se controlará 
mediante pulsadores en la puerta del armario del generador a través del regulador de tensión 
incluido en el mismo. 
Se realizarán los esquemas eléctricos desarrollados que nos servirán como guía en la 
instalación de los equipos necesarios. Se persigue llevar a cabo la instalación de forma que 
puedan ser aprovechados en gran parte instrumentos y elementos de montaje que ya se 
encuentren disponibles en el laboratorio de máquinas eléctricas abaratando así los costes de 
la instalación. 
El control de la máquina se hará desde el armario en el que se instalarán los equipos de 
control y protecciones. 
Por tanto, los objetivos del proyecto pueden separarse en cuatro hitos principales: 
HITO 1. Ajuste de las protecciones de generador. 
HITO 2. Cálculo de la resistencia de desexcitación y regulación de tensión. 
HITO 3. Colecciones de esquemas eléctricos desarrollados. 
HITO 4. Listas de cables e interconexiones.
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 3 
3.- DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 
En este apartado, se especifican las características fundamentales de cada uno de los 
elementos principales que conforman la instalación. 
3.1.- GENERADOR 
El elemento central de la instalación y, por lo tanto, el de mayor potencia es el generador. Se 
trata de un generador síncrono de 4900 kVA de polos salientes con dos pares de polos 
fabricado por la empresa ABB y que anteriormente era empleado para la producción de 
electricidad en una cogeneración. La tensión asignada en bornes del generador es de 11 kV. 
La máquina se refrigera mediante el flujo de aire que crea el movimiento del ventilador 
solidario al eje de la máquina. 
A continuación, se muestran la placa de características del generador en la que pueden verse 
algunos de sus parámetros, entre los que se encuentra una velocidad de giro asignada de 
1500 rpm. Además, también sabemos que la máquina consume una potencia de pérdidas de 
138 kW. 
 
Fig. 1: Placa de características del generador 
El sistema de excitación del generador es sin escobillas (brushless). 
Tanto para la medida de las variables eléctricas como para la instalación de protecciones, el 
generador cuenta con transformadores de tensión y de intensidad. 
Descripción de la instalación 
4 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
3.1.1.- Transformador de tensiónSe tiene un transformador de tensión con dos secundarios de 30 VA cada uno en el lado de 
línea del generador. Uno de los secundarios se encuentra conectado en estrella para la 
medida de las tensiones de fase mientras que el otro se encuentra conectado en triángulo 
abierto para la medida de la tensión residual. 
 
Fig. 2: Placa de características del transformador de tensión 
3.1.2.- Transformadores de intensidad 
En cuanto a transformadores de intensidad, el generador dispone de cinco, tres en el lado de 
neutro y dos más en el lado de línea. 
De los del lado de neutro, dos se encuentran cortocircuitados pero el tercero dispone de tres 
secundarios de 30 VA cada uno, dos de los cuáles se conectarán al panel de control para 
medida y protección. 
 
Fig. 3: Placa de características del transformador de intensidad (lado de neutro) 
 
De los del lado de línea, uno se encuentra cortocircuitado y del otro, el cual tiene dos 
secundarios, se utiliza solo uno de ellos para protección. 
 
Type:
Ith 16 - 32 kA Idyn: 40-80 kA. U: 12/28/75 kV
In
class Fs
1S 30 5P10
2S 30 5P10
3S 30 0,5 5
150-300/1/1/1 A. IEC 185, IEC 44 f: 50 Hz
KOFA 12 F 3 nr 6297SF003/1
 burden/VA
ABB Strömberg Distribution
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 5 
 
Fig. 4: Placa de características del transformador de intensidad (lado de línea) 
 
3.2.- MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA 
El motor de corriente continua hará la función que realizaría una turbina en una central 
eléctrica convencional accionando el generador. Esta máquina tiene una potencia de 500 kW 
por lo que es suficiente para mover el alternador teniendo en cuenta que este tiene unas 
pérdidas mecánicas de 138 kW. 
 
Fig. 5: Placa de características del motor de corriente continua 
Como se puede ver en la imagen, la tensión e intensidad de excitación es 220 VDC y 11,7A. 
Además, la tensión de inducido es 700VDC con una intensidad asignada de 750 A. 
Cabe destacar que, puesto a que en el laboratorio no se dispone de tanta potencia de 
alimentación, nunca alcanzaremos este punto de funcionamiento. 
TIPO ACF -12 Nº 9 5 1 8 6 8 / 3
I.pn
I.sn
BORN
VA kV
CL Hz
EXT. % I.ter. 24 kA 1 S
Fs I.din. 60 kA
12/28/76
50
120 120
TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD
300
1 1
1S1-1S2 2S1-2S2
15 7.5
5P20 5P20
Descripción de la instalación 
6 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
3.3.- CABINAS DE MEDIA TENSIÓN 
La misión de las cabinas de Media Tensión es conectar el generador con la carga permitiendo 
maniobrar y evacuar la potencia del generador a las cargas que se desee. Estas cabinas 
conforman una entrada de potencia, que es la llegada desde el generador, y dos salidas que 
conectan con dos grupos de cargas distintos. 
G
11 kV
 
Fig. 6: Diagrama unifilar cabinas Media Tensión 
 
Cada salida cuenta con un contactor en carro extraíble, fusibles cortacircuitos, instrumentos 
de medida, autoválvula y un relé MiCOM p121 que realiza la función de protección de 
sobreintensidad. 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 7 
 
Fig. 7: Fotografía de las cabinas de Media Tensión 
 
3.4.- REACTANCIAS 
En el laboratorio también se encuentran instaladas tres reactancias trifásicas. Dos de ellas 
son de una potencia de 1500 kVA y la otra de 2000 kVA. La idea es que estas reactancias 
actúen como carga inductiva para el generador haciendo que este solo deba generar 
prácticamente potencia reactiva lo que se traduce en un menor consumo de potencia activa 
para el accionamiento que en este caso es el motor de corriente continua. 
 
Fig. 8: Placa de características de las reactancias de 1500 kVA. 
Descripción de la instalación 
8 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
 
Fig. 9: Fotografía de las Reactancias 
 
3.5.- TRANSFORMADOR 
También se dispone de un transformador de 1000 kVA que podrá sustituir a la reactancia de 
2000 kVAr en caso de que se quiera alimentar cargas en baja tensión con la potencia 
entregada por el generador. 
 
Fig. 10: Fotografía del Transformador seco 1000 kVA 
 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 9 
3.6.- GRUPO HIDRÁULICO 
Por último, se tiene un grupo hidráulico que permite bombear aceite desde una cuba hasta los 
cojinetes de fricción o deslizamiento del generador donde el movimiento se ve facilitado por 
una capa o película lubricante evitando así un rozamiento excesivo con el desgaste que esto 
supone. 
En máquinas rotativas que no trabajan a una alta velocidad de giro como es el caso de nuestro 
generador es imposible generar una presión de lubricante lo suficientemente alta como para 
soportar la gran carga a la que están sometidos los cojinetes. En este caso, el lubricante es 
inyectado a alta presión en el cojinete por medio de la bomba auxiliar. 
 
Fig. 11: Fotografía de la bomba de aceite y del ventilador de refrigeración de este. 
 
Fig. 12: Placa de características del motor de la bomba de aceite. 
Desarrollo 
10 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
4.- DESARROLLO 
4.1.- CUADRO DE CONTROL DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA 
4.1.1.- Alimentación 
La alimentación del motor de corriente continua se realiza mediante su cuadro de control en 
el que se puede controlar de forma independiente la tensión de inducido y la tensión de 
excitación. 
La tensión de inducido se obtiene a través de un puente de tiristores controlado con una 
consigna de tensión a partir de la tensión trifásica de 400 V del laboratorio. Mientras que la 
tensión de excitación se obtiene mediante un regulador recortador de onda y un puente 
rectificador de diodos a partir de la tensión Fase-Neutro de alimentación del cuadro. 
La tensión de alimentación tanto de este panel como del de generador, del cual ya se hablará 
más adelante en este documento, proviene del embarrado del laboratorio pasando por un 
interruptor automático de 400 A bajo el cual se ha colocado un toroidal para realizar la 
protección de falta a tierra. 
 
Fig. 13: Interruptor automático y Toroidal. Alimentación de los cuadros de control 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 11 
 
4.1.2.- Condiciones de funcionamiento 
Tanto el devanado de inducido como el de excitación del motor se alimentan a través de un 
contactor tetrapolar que cierra cuando se cumplen una serie de condiciones y se le da la orden 
de cierre. De la misma forma, este contactor abre cuando se pierde alguna de estas 
condiciones o se le da la orden de apertura. Tanto la orden de cierre como la de apertura se 
realizan mediante unos pulsadores en el frontal del panel. 
Por lo tanto, el arranque y funcionamiento del motor de corriente continua están supeditados 
a que se cumplan todas estas condiciones que son las que se enumeran a continuación: 
▪ Ventilación del puente de tiristores activada: El puente de tiristores del panel de control 
del motor debe ser ventilado ya que estos tiristores están hechos de material 
semiconductor que no soporta altas temperaturas. Para evitar esta subida excesiva de 
la temperatura viene incorporado un ventilador accionado por un motor monofásico 
cuyo funcionamiento se supervisa mediante un contacto auxiliar del contactor con el 
que se pone en marcha. 
▪ Ventilación del motor: El motor se refrigera mediante un ventilador actuado por un 
motor trifásico independiente el cual debe accionarse con un variador de velocidad 
para evitar corrientes demasiado altas durante el arranque. 
▪ Interruptor de campo cerrado: Antes de cerrar el circuito de inducido es importante la 
existencia de campo en la máquina para que esta gire y se genere una fuerza 
contraelectromotriz opuesta a la tensión de alimentación evitando así corrientes 
elevadas durante demasiado tiempo. La posición del interruptor de campo se vigila 
mediante un contacto auxiliar del reléque produce el cierre de dicho interruptor. 
▪ Corriente de campo mínima: Con el propósito explicado anteriormente, se debe 
asegurar la existencia de un campo mínimo en la máquina. Por tanto, mediante una 
salida a relé del amperímetro de campo se controlará que la intensidad de excitación 
sea superior a 10 A. 
Desarrollo 
12 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
▪ Velocidad del motor bajo límites: Una salida a relé del contador de pulsos que nos 
permite medir la velocidad en la máquina se encargará de parar la máquina en caso 
de que se produzca una sobrevelocidad. 
▪ Seta de emergencia no actuada: En serie con las condiciones de funcionamiento hay 
colocada una seta de emergencia que permite abrir el circuito de forma manual en 
caso de que así se desee por cualquier tipo de incidencia. 
▪ Relé de protección: El relé del cuadro de control y protección del generador añade dos 
contactos a la cadena de condiciones. Uno de ellos, es el Watch Dogs que disparará 
la máquina en caso de que se produzca un fallo en el relé. El otro contacto es una 
salida digital del relé que permitirá funcionar al motor siempre que no actúen las 
protecciones del generador. 
▪ Bomba de aceite activada: Por último, se supervisará que la bomba que inyecta aceite 
a los cojinetes se encuentre en funcionamiento mediante un contacto auxiliar del 
contactor que cierra el circuito del motor que la acciona. 
4.2.- CUADRO DE CONTROL Y PROTECCIÓN DEL GENERADOR 
4.2.1.- Alimentaciones 
En el panel del generador hay numerosos consumos que se deben alimentar. Para ello, desde 
la llegada de alimentación al cuadro de control del motor se traen las tres fases más el neutro 
(3 x 400 V +N) hasta este. Una vez tenemos tensión en el cuadro podemos alimentar todas 
las cargas tanto trifásicas como monofásicas derivadas de los consumos auxiliares para el 
funcionamiento del generador. Tenemos los siguientes consumos trifásicos: 
• Transformador de excitación: A través de este transformador se podrá dar 
alimentación a la entrada de potencia del regulador de tensión, la cual es trifásica. 
• Bomba de aceite: Se trata de un motor asíncrono. 
• Refrigeración del aceite: Se hace mediante un ventilador el cual está accionado por un 
motor trifásico. 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 13 
• Variador de velocidad: Este variador de velocidad es el que permitirá realizar el 
arranque suave del motor de la ventilación de la máquina de corriente continua. 
Por otro lado, se tienen los siguientes consumos monofásicos: 
• Relé de protección: La alimentación auxiliar del relé MiCOM P345 es monofásica de 
230 VAC. 
• Regulador de tensión: La alimentación auxiliar del Unitrol 1000 puede ser también 
monofásica de 230 VAC. 
• Fuente de alimentación: Se instalará una fuente de alimentación 230 VAC / 125 Vcc 
para poder realizar todo el control con corriente continua aprovechando así la mayor 
parte de la aparamenta existente. 
4.2.2.- Protecciones del generador 
Uno de los elementos principales del cuadro será el relé de protección mediante el cual se 
podrá proteger la instalación midiendo tensiones y corrientes en distintos puntos de esta 
gracias a los transformadores de protección. Las protecciones se ajustarán de forma que se 
asegure su correcto funcionamiento evitando así que actúen de forma innecesaria o no lo 
hagan cuando deban. Para ello, se seguirán los criterios que se exponen a continuación en 
los diferentes apartados relacionados con cada una de las protecciones que se pretenden 
implementar. 
Protección de Potencia Inversa (32) 
Esta protección se encarga de detectar una inversión en el flujo de potencia de salida del 
generador lo cual implicaría que el generador estaría actuando como motor accionando la 
turbina (en este caso nuestra máquina de continua). Por lo tanto, esta protección puede 
considerarse más bien una protección de la turbina en lugar de una de generador. 
La protección de potencia trifásica incluida en el relé P345 provee dos umbrales de protección. 
Se puede seleccionar cada umbral independientemente, ya sea como potencia inversa, 
Desarrollo 
14 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
sobrepotencia, baja potencia hacia adelante o desactivada. La dirección del funcionamiento 
de la protección de potencia, hacia adelante o inversa, también se puede definir con el ajuste 
del modo de funcionamiento. 
En este caso, se escogerá el modo de funcionamiento “Como Generador” con la función de 
potencia Inversa y se ajustarán dos umbrales de funcionamiento: 
𝑃 < 1 = 0,02 ∙ 𝑆𝑁 = 98 𝑘𝑊 
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 1 𝑠 
𝑃 < 2 = 0.10 ∙ 𝑆𝑁 = 490 𝑘𝑊 
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 = 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑜 
Protección de Fallo de Campo (40) 
Cuando se pierde la excitación de un generador síncrono, se anula su fuerza electromotriz 
(f.e.m.) interna. Esto conlleva la caída de la potencia activa entregada por la máquina y un 
aumento de la potencia reactiva que recibe. 
De acuerdo con la siguiente expresión de la tensión en bornes del generador: 
𝑈 = 𝐸0 − 𝑗𝑋𝑑 ∙ 𝐼 
si se pierde la excitación (E0=0), 
𝑈
𝐼
=
𝐸0
𝐼
− 𝑗𝑋𝑑 = −𝑗𝑋𝑑 
Por tanto, mediante la medida de la tensión y la intensidad puede detectarse la pérdida de 
campo. 
La pérdida completa de excitación puede originarse por el disparo accidental del sistema de 
excitación, por un cortocircuito o un circuito abierto que se produzca en la excitación del 
circuito CC o por un defecto en la fuente de excitación. La protección de fallo de campo del 
P345 consta de dos elementos, un elemento de impedancia con dos etapas temporizadas y 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 15 
un elemento de alarma de factor de potencia, que se ilustran en la Figura 14. Los elementos 
funcionan con las señales de intensidad y de tensión de la fase A medidas por las entradas ΙA 
y VA del relé. 
 
Fig. 14: Características de la protección de fallo de campo. Extraída de la guía de aplicación de los relés P34x 
Se ajustarán dos umbrales teniendo en cuenta que la reactancia síncrona del generador es 
Xd = 2,18 p.u. = 53,83 Ω con unos tiempos de 2 s y 0,5 s para los umbrales 1 y 2 
respectivamente. 
Protección de sobreintensidad de fase (50/51) 
Esta protección es la encargada de detectar sobrecorrientes que puedan ocurrir debido a 
cortocircuitos y disparar si el valor detectado de corriente supera el valor de ajuste. 
Por un lado, tenemos la protección de tiempo dependiente (51) en la que el tiempo de disparo 
viene dado por el valor de la corriente de cortocircuito y protege tanto para faltas polifásicas 
como para faltas a tierra. 
El tiempo de disparo dependerá del valor de la corriente y vendrá dado en función de una 
característica normalizada (IEC 60255-127). Existen diferentes tipos: Normalmente Inversa 
(Standard Inverse), Muy Inversa (Very Inverse), Extremadamente Inversa (Extremely Inverse) 
Desarrollo 
16 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
e inversa de larga duración (Long Time Inverse). La expresión que define el tiempo de disparo 
es la siguiente: 
𝑡 = 𝑘
𝑎
(
𝐼
𝐼𝑎𝑗
)
𝑏
− 1
 
Donde I es el valor eficaz de la corriente que circula por el relé, Iaj es la intensidad de ajuste y 
k es el dial de tiempos (TDS, Time Dial Setting). 
Tipo de Característica a b 
Normalmente Inversa 0,14 0,02 
Muy Inversa 13,5 1 
Extremadamente Inversa 80 2 
Inversa de Larga duración 120 1 
Tabla 1: Parámetros de las características de la protección de intensidad de tiempo dependiente 
La intensidad de ajuste Iaj define el umbral de actuación del relé. El valor de esta corriente 
deberá ser superior al de la corriente de carga máxima e inferior al valor mínimo de corriente 
en condiciones de falta. 
El dial de tiempos es un parámetro que define una característica dentro de un tipo dado. De 
este parámetro depende la rapidez de actuación de la protección y es el que permite la 
coordinación entre relés cuando existen más de uno. 
Elrelé se deberá ajustar a un valor de intensidad entre la máxima corriente de carga y la 
mínima corriente de cortocircuito. 
La máxima corriente de carga está dentro de los límites admisibles del generador y, además, 
de la limitación que impone el motor de corriente continua ya que debido a la potencia de 
alimentación disponible y las características del puente de tiristores este no tendrá una 
potencia mecánica en el eje mayor a 270 kW. 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 17 
 
Fig. 15: Curva de capacidad del generador. Obtenida de los ensayos previos. 
 
De la figura se extrae que la máxima potencia aparente que podrá entregar el generador será: 
𝑆 = √𝑃2 + 𝑄2 = √2702 + 40002 ≈ 4010 𝑘𝑉𝐴 
Lo que se corresponde con una corriente máxima de carga de: 
𝐼 =
4010 𝑘𝑉𝐴
√3 ∙ 11 𝑘𝑉
= 210,47 𝐴 
La protección se ajustará a un 110% de esta intensidad con una curva normalmente inversa 
y el dial de tiempos a TD = 0,2. 
𝐼𝑎𝑗51 = 1,1 ∙ 210,47 = 231,52 𝐴 (𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜) 
Por otro lado, tenemos la protección de tiempo independiente (50) que permite disminuir el 
tiempo de despeje del fallo en el sistema, ya que el relé manda la señal de forma instantánea 
una vez que se haya superado el umbral previamente establecido. 
En este caso se ha escogido como umbral el doble de la intensidad asignada del generador: 
𝐼𝑎𝑗50 = 2 ∙ 𝐼𝑛 = 2 ∙ 257,18 = 514,37 𝐴 (𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜) 
Desarrollo 
18 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
La protección de sobreintensidad, incluida en el relé P345, proporciona protección trifásica no 
direccional / direccional de cuatro umbrales con características de temporización 
independientes. Todos los ajustes de sobreintensidad y direccionales se aplican a las tres 
fases, pero son independientes para cada uno de los cuatro umbrales. 
Los dos primeros umbrales de la protección de sobreintensidad presentan características 
temporizadas que pueden ser seleccionadas como de tiempo mínimo definido inverso (IDMT) 
o de tiempo definido (DT). El tercero y el cuarto umbral presentan únicamente características 
de tiempo definido. 
Sobrecarga Térmica (49) 
La sobrecarga del generador puede llevar a aumentos de temperatura en el estator de la 
máquina que excedan el límite térmico del aislamiento del devanado. La vida útil del 
aislamiento es menor con aumentos en la temperatura por encima del valor nominal. Sin 
embargo, la vida útil del aislamiento no es totalmente dependiente del aumento de 
temperatura sino del tiempo durante el cual se mantiene en esta temperatura elevada. Debido 
a la gran capacidad de almacenamiento de calor que tiene una máquina eléctrica, las 
sobrecargas no frecuentes de corta duración pueden que no dañen la máquina. Sin embargo, 
las sobrecargas prolongadas de un porcentaje pequeño pueden provocar el envejecimiento 
prematuro y el fallo del aislamiento. 
La complejidad física y eléctrica de la construcción de un generador conduce a una compleja 
relación térmica. Por esto, no es posible crear un modelo matemático preciso de las 
verdaderas características térmicas de la máquina. 
No obstante, si se considera al generador como un cuerpo homogéneo, desarrollando calor 
internamente a velocidad constante y disipando calor a una velocidad directamente 
proporcional al incremento de la temperatura, puede demostrarse que la temperatura está 
dada en cada instante por: 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 19 
𝑇 = 𝑇𝑚á𝑥 (1 − 𝑒
−𝑡
𝜏⁄ ) 
Donde: 
𝑇𝑚á𝑥 ≔ 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑟é𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑟𝑖𝑜 
𝜏 ∶= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 
Planteando el equilibrio térmico de forma: 
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑟𝑜𝑙𝑙𝑎𝑑𝑜 = 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 + 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑜 
El incremento de temperatura es proporcional al cuadrado de la intensidad: 
𝑇 = 𝐾 ∙ 𝐼𝑅
2 ∙ (1 − 𝑒
−𝑡
𝜏⁄ ) 
𝑇 = 𝑇𝑚á𝑥 = 𝐾 ∙ 𝐼𝑅
2 𝑠𝑖 𝑡 = ∞ 
Donde: 
𝐼𝑅 = 𝑒𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑟í𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑇𝑚á𝑥 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 
Para una intensidad de sobrecarga de 𝐼 la temperatura está dada por: 
𝑇 = 𝐾 ∙ 𝐼2 ∙ (1 − 𝑒
−𝑡
𝜏⁄ ) 
Para que una máquina no exceda la temperatura nominal 𝑇𝑚á𝑥, el tiempo 𝑡 durante el cual la 
máquina puede soportar la intensidad 𝐼, está dado por: 
𝑇𝑚á𝑥 = 𝐾 ∙ 𝐼𝑅
2 = 𝐾 ∙ 𝐼2 ∙ (1 − 𝑒
−𝑡
𝜏⁄ ) 
𝑡 = 𝜏 ∙ ln (
1
(1 − (
𝐼𝑅
𝐼⁄ )
2
)
) 
Un elemento de protección de sobrecarga debe satisfacer la relación anterior. El valor de 𝐼𝑅 
puede ser la intensidad de carga total o un porcentaje de ésta. 
Desarrollo 
20 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
En el análisis anterior se realiza una simplificación demasiado grande ya que el incremento 
de temperatura en diversas partes de la máquina puede ser muy desigual. Por ello, se 
obtendrá una representación más precisa del estado térmico de la máquina mediante el uso 
de dispositivos de supervisión de la temperatura (RTD) proporcionando una mejor protección 
la cual se explicará en otro apartado del documento. 
El relé P345 produce un modelo de la característica térmica tiempo-intensidad de un 
generador, creando internamente una imagen térmica de la máquina. Las componentes de 
secuencia directa e inversa de la intensidad del generador son medidas independientemente 
y se combinan para formar una intensidad equivalente, Ιeq, que se utiliza para el circuito 
réplica. El efecto de calentamiento en la imagen térmica lo produce la Ιeq y, por tanto, toma en 
cuenta el efecto de calentamiento debido a las componentes de la intensidad tanto de 
secuencia directa como de secuencia inversa. 
Las intensidades de fase desequilibradas producen la circulación de componentes de 
intensidad de secuencia directa e inversa y también causarán calentamiento adicional del 
rotor. 
Cualquier componente de secuencia de fase inversa de intensidad del estator producirá una 
componente de rotación inversa de flujo del estator, que pasará por el rotor al doble de la 
velocidad sincrónica. Tal componente de flujo inducirá corrientes parásitas de doble 
frecuencia en el rotor, las que pueden provocar el sobrecalentamiento del cuerpo del rotor, de 
los devanados principales del mismo, de los devanados de amortiguación, etc. 
Este calor adicional no es tomado en cuenta por las curvas de límites térmicas suministradas 
por el fabricante del generador, ya que estas curvas suponen únicamente intensidades de 
secuencia positiva provenientes de una alimentación y un diseño de generador perfectamente 
equilibrados. El modelo térmico del P345 se puede polarizar para reflejar el calentamiento 
adicional causado por la intensidad de secuencia negativa cuando la máquina está 
funcionando. Esta polarización se realiza creando una intensidad de calentamiento 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 21 
equivalente, en vez de utilizar simplemente la intensidad de fase. El factor M es una constante 
que relaciona la resistencia del rotor de secuencia negativa con la de secuencia positiva. Si 
se utiliza un factor M de 0, la polarización desequilibrada se desactiva y la curva de sobrecarga 
transcurrirá el intervalo con respecto a la intensidad de secuencia positiva medida del 
generador. 
La intensidad equivalente para el funcionamiento de la protección de sobrecarga está de 
acuerdo con la expresión siguiente: 
𝐼𝑒𝑞 = √(𝐼1
2 + 𝑀 ∙ 𝐼2
2) 
Donde: 
𝐼1 = 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎 
𝐼2 = 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎 
𝑀 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 
El aumento o disminución de la temperatura depende del aumento o disminución de la 
intensidad y, para lograr una protección de sobrecarga sostenida, se incorporan unas 
constantes de tiempo paracalentamiento y refrigeración. 
La tolerancia térmica del generador depende del estado previo a la sobrecarga. La imagen 
térmica tiene en cuenta los estados extremos ‘frío’ y ‘caliente’. Sin intensidad de prefalta se 
tiene en cuenta la condición de frío y cuando el generador ha estado funcionando a plena 
carga se tiene en cuenta la condición de caliente. Por tanto, durante el funcionamiento normal, 
el relé funciona dentro de esos dos límites. 
La intensidad de ajuste será el 110 % de la intensidad asignada del generador con una alarma 
térmica al 90 % de la misma. Además, las constantes de tiempo de calentamiento y 
enfriamiento se estiman en 45 min. Para el factor M se tomará un ajuste típico de 3. 
Protección diferencial de generador (87G) 
Desarrollo 
22 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
Este tipo de protección se basa en la comparación de las magnitudes de la intensidad entre 
los extremos del elemento a proteger. La zona de actuación estará definida por la posición de 
los transformadores de intensidad que, al tratarse del generador, estos son los que se 
encuentran tanto en lado de neutro como en el de línea. 
I1 I2
Idif.
 
Fig. 16: Esquema de montaje protección diferencial de generador 
En una protección diferencial se definen las siguientes intensidades: 
• Corriente diferencial: Es la diferencia entre las intensidades en un extremo y en otro 
del elemento protegido teniendo en cuenta las relaciones de transformación de los 
transformadores de protección. Si esta corriente diferencial sobrepasa cierto umbral 
significa que parte de la corriente se deriva hacia otra parte como consecuencia de un 
defecto. 
𝐼𝑑 = 𝐼1 − 𝐼2 
• Corriente de frenado: Se define como la semisuma de los valores absolutos de las 
corrientes medidas. Si esta corriente de frenado adopta un valor alto mientras que la 
corriente diferencial no es muy alta indica que se tiene un defecto fuera de la zona 
protegida y la protección diferencial no debe actuar. 
𝐼𝑏 =
|𝐼1| + |𝐼2|
2
 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 23 
En resumen: 
Id = 0 I1 = I2 No hay defecto No disparo 
Id ≠ 0 I1 ≠ I2 Defecto Interno Disparo 
Id = 0 I1 ≈ I2 >> In Defecto externo No disparo 
Tabla 2: Situaciones de operación protección diferencial 
Además de todo esto, deben tenerse en cuenta diversos errores en las medidas de corriente 
que pueden tener lugar en operación normal sin defecto. Estos son los siguientes: 
• Errores de los transformadores de intensidad: Aumenta con Ib. 
• Corrientes capacitivas: Constante con Ib. 
• Diferente grado de saturación en ambos transformadores de intensidad. 
• Diferencia de relación en los transformadores de intensidad: Aumenta con Ib. 
Para evitar que estos errores de medida provoquen el disparo innecesario de la protección se 
define una curva de disparo que es más permisiva cuanto mayor es la corriente de frenado Ib. 
 
Fig. 17: Curva de disparo de la protección diferencial 
La protección diferencial de generador en el relé P345 se puede configurar para funcionar 
como elemento diferencial de alta impedancia o como elemento diferencial de restricción. Las 
mismas entradas de intensidad utilizadas para la protección de alta impedancia se pueden 
usar también para la protección entre espiras. 
Desarrollo 
24 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
Para la protección de nuestro generador se va a escoger la función de restricción con los 
siguientes valores para los parámetros que definen la curva de disparo: 
Parámetro Ajuste Unidades 
Corriente diferencial con corriente de frenado nula 0,15 pu 
Corriente de frenado para cambiar la curva 1,5 pu 
Pendiente 0,5 pu 
Tabla 3: Criterios de ajuste de la protección diferencial 
Protección de sobretensión residual (59N) 
Esta protección se basa en la detección de faltas a tierra del estator de la máquina mediante 
la medida de la tensión residual que aparece ante un defecto de este tipo (desequilibrado). 
Dicha tensión residual se medirá en los terminales secundarios con conexión en triángulo 
abierto del transformador de tensión. 
Esta protección puede emplearse independientemente de si el generador está puesto a tierra 
o no, y sin importar el tipo de falta a tierra o la intensidad de defecto. 
Para faltas cercanas al neutro del generador, la tensión residual será pequeña y para evitar 
que la protección dispare por cualquier tipo de desequilibrio o tensión inducida en el neutro de 
la máquina se va a ajustar para que actúe cuando esta tensión residual supere la que habría 
si la falta se produce en el primer 5% del arrollamiento. Es decir, la protección dispararía 
siempre que la tensión residual sea superior al 5% de la tensión Fase – Neutro del generador. 
Para esta función de protección se provee una entrada de tensión específica VN, que puede 
usarse para medir la tensión residual a partir de la suma de las tensiones fase-neutro medidas, 
suministrada por la tensión medida en el lado secundario de la conexión a tierra de un 
transformador de distribución o desde un TT conectado en triángulo abierto como se muestra 
en la Figura 18. En nuestro caso se ha escogido la opción 3 (Medida en el TT conectado en 
triángulo abierto). 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 25 
 
Fig. 18: Conexiones alternativas del relé para la protección de sobretensión residual. Extraída de la guía de aplicación del 
relé. 
Se ajustará la protección para que actúe con una tensión residual superior 5% de la tensión 
fase-neutro asignada en un tiempo de 250 ms. 
Protección de Tensión (27/59) 
Esta protección dispara cuando la tensión medida con el transformador de tensión en el lado 
de línea del generador se sale de los márgenes inferior y superior durante un tiempo 
especificado. 
La protección de mínima tensión y de sobretensión incluida dentro del relé P345 consiste en 
dos umbrales independientes. Los dos umbrales proporcionan tanto umbrales de alarma como 
de disparo, cuando sea necesario. Éstos son configurables para la medición fase-fase o para 
fase-neutro. Los umbrales de mínima tensión pueden bloquearse opcionalmente por una 
condición de polo muerto (Interruptor abierto), aun así, en el caso que nos ocupa no se va a 
emplear la protección de mínima tensión (27). 
Desarrollo 
26 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
El primer umbral de la protección de sobretensión presenta características temporizadas que 
pueden ser seleccionadas como de tiempo mínimo definido inverso (IDMT) o de tiempo 
definido (DT). El segundo umbral es únicamente de tiempo definido. 
La protección de sobretensión (59) se hará considerando las tensiones fase-fase para hacerla 
inmune a los desequilibrios que pueda ocasionar un defecto monofásico a tierra y tomará los 
siguientes ajustes: 
𝑉 > 1 ∶ 1,15 ∙ 𝑈𝑛 
𝑡1 ∶ 3 𝑠 
𝑉 > 2 ∶ 1,40 ∙ 𝑈𝑛 
𝑡2 ∶ 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑜 
Protección de frecuencia (81) 
De la misma forma que ocurre con la protección de tensión, esta disparará cuando la 
frecuencia del sistema se salga de los límites establecidos durante un tiempo programado. En 
este caso tampoco se activará la función de mínima frecuencia. Sin embargo, se ajustarán los 
dos umbrales de protección de máxima frecuencia de la siguiente forma: 
𝐹 > 1 ∶ 50,5 𝐻𝑧 
𝑡1 ∶ 3 𝑠 
𝐹 > 2 ∶ 51 𝐻𝑧 
𝑡2 ∶ 1 𝑠 
Protección térmica por RTD (elemento de resistencia térmica) 
Una sobrecarga prolongada de los generadores puede provocar el sobrecalentamiento de sus 
devanados, causando el deterioro prematuro del aislamiento, o en casos extremos, el fallo del 
aislamiento. Cojinetes gastados o no lubricados también pueden generar calentamiento 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 27 
localizado dentro del alojamiento del cojinete. Para la protección ante cualquier 
sobrecalentamiento general o localizado, el P345 tiene hasta 10 entradas para elementos de 
resistencia térmica RTD, Tipo A PT100 de 3 hilos. La conexiónde los RTD se muestra en la 
Figura 19. 
 
Fig. 19: Conexión de RTD. Extraída de la guía de aplicación del relé. 
El colocar estas resistencias a 3 hilos tiene la ventaja de que a la medida de resistencia 
podemos restarle la de los cables de ida y vuelta obteniendo así el valor exacto de la PT100 
y no introduciendo error en la medida. 
Estos RTD se deben colocar en zonas estratégicas de la máquina, susceptibles de 
recalentarse o de sufrir daños por calentamiento. En este caso se encuentran 6 en los 3 
devanados del estator de la máquina, 2 en los rodamientos y otros 2 en la entrada y salida de 
aire. 
Normalmente, un RTD PT100 puede medir la temperatura dentro del rango de -40° a +300°C. 
La resistencia de estos dispositivos cambia con la temperatura, a 0°C tienen una resistencia 
de 100Ω. El relé puede determinar la temperatura en la ubicación de cada sonda, y la misma 
está disponible para: 
• Vigilar la temperatura, que puede visualizarse localmente en el relé. 
Desarrollo 
28 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
• Las alarmas, que se activan si se excede un umbral de temperatura por un tiempo 
mayor que el de la temporización ajustada. 
• Los disparos, que se activan si se excede un umbral de temperatura por un tiempo 
mayor que el de la temporización ajustada. 
Nótese que la medición directa de la temperatura mediante RTD proporciona una protección 
térmica más fiable que los dispositivos que utilizan una imagen térmica a partir de la intensidad 
de fase. Esta última técnica es susceptible de inexactitudes en las constantes de tiempo 
empleadas por el modelo de la réplica y, también, inexactitudes debidas a la variación de la 
temperatura ambiente. 
En base a los valores esperados de temperatura que deben medir las sondas se va a ajustar 
la protección de la siguiente forma: 
 ALARMA DISPARO 
Devanado estatórico 100 ˚C 110 ˚C 
Cojinete accionamiento 70 ˚C 80 ˚C 
Cojinete opuesto al accionamiento 70 ˚C 80 ˚ C 
Entrada de aire 35 ˚C 40 ˚C 
Salida de aire 60 ˚C 70 ˚C 
Tanto las alarmas como los disparos tienen una temporización instantánea 
Tabla 4: Criterios de ajuste protección RTD. 
En el ANEXO I se muestran las tablas con los ajustes propuestos para todas las protecciones 
anteriormente explicadas. Es importante mencionar que estos ajustes se indican en base a 
los circuitos secundarios de los transformadores de protección. 
Transformador Primario Secundario 
Intensidad 300 A 1 A 
Tensión 11000/√3 110/√3 
Tabla 5: Relaciones de transformación de los transformadores de protección. 
 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 29 
 
4.2.3.- Circuito de excitación 
Como ya se indicó en el apartado en el que se describía la instalación, el generador posee un 
sistema de excitación sin escobillas (Brushless). 
Este sistema funciona mediante una excitatriz rotativa que se trata de una máquina cuyo 
inducido se encuentra en el rotor mientras que el devanado de campo es estacionario. Las 
tensiones generadas por esta excitatriz, que son trifásicas de corriente alterna se rectifican 
mediante un puente de diodos giratorios logrando una corriente continua en el devanado de 
campo de la máquina principal. El esquema de un sistema de excitación sin escobillas con 
diodos rotativos es el siguiente: 
Ie
Ir
Parte estacionaria
Parte rotativa
+
-
 
Fig. 20: Esquema excitación sin escobillas 
 
La intensidad de excitación de la parte estacionaria Ie proviene del regulador de tensión Unitrol 
1000 cuya entrada de potencia UPWR es alimentada a través del transformador de excitación 
T200A que debe proporcionar una tensión trifásica de 110 V. 
Desarrollo 
30 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
 
Fig. 21: Placa de características del transformador de excitación. 
La salida de corriente Ie del regulador puede llegar hasta 15 A, por lo tanto, alcanza sin 
problema los 6,2 A que necesita el generador para funcionar en régimen permanente. 
La intensidad Ie llega al circuito de excitación a través del interruptor de campo el cual se trata 
de una unidad tripolar con enclavamiento magnético y cuatro contactos auxiliares. 
 
Fig. 22: Fotografía del interruptor de campo 
Este interruptor tiene tres contactos de potencia de los cuales dos de ellos se utilizan para 
cerrar el circuito de excitación y el tercero para conectar una resistencia en paralelo con la 
bobina inductora de forma que cuando abre el circuito de excitación la bobina de campo queda 
en paralelo con dicha resistencia permitiendo una desexcitación mucho más rápida. Más 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 31 
adelante se explica de forma detallada el funcionamiento del circuito de desexcitación de la 
máquina. 
Para controlar la apertura y el cierre del interruptor, este posee una bobina de cierre y otra de 
apertura. Por tanto, cuando se quiera cerrar o abrir se energizará una u otra respectivamente. 
Esta energización se realiza a través de unos pulsadores en la puerta del armario y se controla 
con salidas digitales del relé de protección. Además, para evitar la energización simultánea 
de ambas bobinas se utilizan los contactos auxiliares del interruptor de forma cruzada. El 
circuito de control puede verse de forma detallada en los esquemas eléctricos del armario los 
cuales se incluyen más adelante en este documento. 
Cálculo de la resistencia de Desexcitación 
Durante el funcionamiento de la máquina pueden darse ocasiones en las que haya que abrir 
el interruptor de campo, sin embargo, esta es una maniobra que no debe hacerse sin más ya 
que se trata de un circuito altamente inductivo en el que no puede haber cambios bruscos de 
intensidad sin que se induzcan altas tensiones. Por tanto, para permitir que esta intensidad 
siga circulando una vez se abra el interruptor de campo, previamente debe cortocircuitarse la 
bobina de excitación y para ello es para lo que se emplea el tercer contacto de potencia del 
interruptor de campo. La situación es la que se representa a continuación: 
Ie
+
-
Ie
+
-Ie
Ie
ANTES DE LA APERTURA DESPUÉS DE LA APERTURA
 
Fig. 23: Representación de la apertura del interruptor de campo. 
Desarrollo 
32 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
Sin embargo, si únicamente se cortocircuita la bobina de campo la intensidad de excitación Ie 
tardaría demasiado en reducir su valor hasta anularse ya que este tiempo depende 
directamente de la relación L/R del circuito y la resistencia de la bobina real es bastante 
pequeña. Por ello, debe colocarse una resistencia de desexcitación en serie con la rama que 
cortocircuita a la bobina para así reducir drásticamente el tiempo que tarda en anularse la 
corriente. El esquema final es el siguiente: 
+
-
Ie
Ie
U
 
Fig. 24: Circuito de desexcitación. 
Sin embargo, al colocar una resistencia en paralelo con la bobina de campo, se induce una 
tensión tanto en la bobina como en la resistencia que no debemos dejar que suba 
extremadamente. Esta tensión se obtiene de la siguiente expresión: 
𝑈 = 𝐼𝑒 ∙ 𝑅𝑑𝑒𝑠𝑒𝑥𝑐𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 
En resumen, cuanto mayor sea la resistencia de desexcitación menos tardará en anularse la 
corriente, pero mayor será la tensión en el circuito de excitación en los primeros instantes de 
la apertura. Por ello, debe encontrarse una solución de compromiso entre ambas. 
Se calculará la resistencia de desexcitación base a dos criterios: 
▪ Criterio general: La resistencia de desexcitación debe encontrarse entre el valor de la 
resistencia de la excitatriz y cinco veces esta. 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 33 
10,275 Ω < 𝑅𝑑𝑒𝑠𝑒𝑥𝑐𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 < 51,375 Ω 
▪ Criterio de tensión máxima: No sobrepasar la tensión admisible del interruptor de 
campo y de la salida de corriente de excitación Ie. Para lograr esto, la resistencia de 
desexcitación debe tomar valores por debajo del siguiente: 
𝑅𝑑𝑒𝑠𝑒𝑥𝑐𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 0,8 ∙
𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑎
𝐼𝑒
= 0,8 ∙
300𝑉6,2𝐴
= 30,7 Ω 
Teniendo en cuenta los resultados de estos dos criterios utilizados se va a escoger una 
resistencia de 30 Ω que deberá disipar una potencia menor de 1,15 kW durante el corto 
periodo de tiempo que dure la desexcitación. 
4.2.4.- Regulación de tensión 
Un generador que se encuentra conectado a la red puede regular las potencias activa y 
reactiva que entrega controlando el par y la corriente de excitación respectivamente mientras 
que su tensión en bornes permanece invariante ya que es la tensión de red. 
Sin embargo, si se encuentra en vacío o alimentando unas pocas cargas sin estar conectado 
a red, la tensión en bornes podrá variar en función de dos variables independientes: la 
velocidad del rotor y la corriente de excitación. Este último caso es el que nos encontramos 
en el laboratorio donde controlaremos la tensión de salida del generador a través del regulador 
de tensión actuando sobre la corriente de excitación mientras que la velocidad del grupo 
vendrá determinada por la del motor de corriente continua. 
El cableado del regulador de tensión debe hacerse de la siguiente manera: 
Desarrollo 
34 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
 
Fig. 25: Cableado del regulador de tensión. Extraída del manual del regulador 
Donde pueden verse la alimentación auxiliar (UAUX) y la de potencia (UPWR), las lecturas de 
tensión (UM) y corriente (IM2) en el lado de línea del generador y la salida de la intensidad de 
excitación (Ie). 
La programación del regulador de tensión se detalla a continuación: 
1. Se indican los parámetros del sistema. 
 
Fig. 26: Datos del sistema. Programación AVR. 
2. Se define la rampa de arranque suave con las tensiones de inicio y final en porcentaje 
y el tiempo de rampa. 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 35 
 
Fig. 27: Rampa de arranque suave AVR. 
3. Por último, se indican las entradas digitales que se van a cablear y la función que 
deben desempeñar. Se realizará el cableado de dos entradas digitales que servirán 
para subir o bajar la consigna de tensión del regulador y otra que indique el estado del 
interruptor de campo (abierto o cerrado). Además, se introducen los niveles de tensión 
de estas entradas para los cuales se escogen 4 y 10 V de forma que si se detecta una 
entrada a 0 V indica un problema en el cableado. 
 
Fig. 28: Configuración entradas/salidas digitales AVR. 
Desarrollo 
36 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
En el ANEXO II se incluye el archivo de configuración del regulador de tensión. 
4.2.5.- Equipos de medida 
Aparte de medir tensiones y corrientes para poder llevarlas al relé de protección y proteger la 
instalación, es importante visualizar estas medidas. Para ello, se van a colocar amperímetros 
y voltímetros en el frente del cuadro. Estos serán de 96x96 mm y se instalarán los siguientes: 
▪ 3 voltímetros de aguja para medir las tensiones fase-neutro a la salida del generador. 
▪ 3 amperímetros de aguja para medir las intensidades de fase en el estator del 
generador. 
▪ 1 voltímetro de aguja para medir la tensión de excitación. 
▪ 1 shunt meter para medir la intensidad de excitación. 
4.2.6.- Refrigeraciones 
En todo sistema eléctrico o de proceso es importante mantener las temperaturas de los 
equipos dentro de los límites asignados de funcionamiento y para ello se deben instalar 
equipos de refrigeración. Desde el cuadro de control y protección del generador se van a 
alimentar las refrigeraciones de los elementos: 
Circuito de aceite 
Para alcanzar una adecuada lubricación de los cojinetes del generador, el aceite debe 
inyectarse a una cierta temperatura de trabajo y debe refrigerarse. Para lograr esta 
refrigeración, el aceite es impulsado mediante una bomba a un intercambiador de calor donde 
se modifica su temperatura hasta que esta es la adecuada para la lubricación. No obstante, 
cuando la máquina se encuentra en funcionamiento es posible que el aceite sobrepase la 
temperatura requerida como consecuencia del calentamiento de los componentes del 
sistema. La viscosidad del lubricante disminuye al aumentar su temperatura, de forma que un 
calentamiento excesivo del aceite supondría un descenso de su viscosidad resultando en una 
disminución del rendimiento y un aumento del desgaste en las partes móviles de la máquina. 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 37 
Por esto, es necesario refrigerar el aceite a través de un ventilador, accionado mediante un 
motor trifásico. 
Motor de corriente continua 
La ventilación de la máquina de corriente continua se hace mediante un motor trifásico el cual 
debe ser alimentado de forma independiente. Sin embargo, debido a la alta inercia de este 
accionamiento y para evitar que el lento arranque provoque el paso de altas intensidades en 
el motor durante tiempos prolongados, se va a alimentar a través de un variador de velocidad 
para realizar un arranque suave. 
 
Fig. 29: Fotografía del varidor de velocidad. 
 
Desarrollo 
38 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
4.3.- CABLEADO E INTERCONEXIONES 
Puesto que la instalación está conformada por diferentes elementos que deben estar 
conectados es necesario definir los cables de Baja Tensión a través de los cuales se llevarán 
las señales de control, las medidas y la potencia para la explotación de estos elementos. 
Cabe mencionar que se ha tratado de definir una lista de cables lo más uniforme posible para 
facilitar el proceso de compra de estos y abaratar los costes del cableado. Por otro lado, en 
los casos en los que sea posible se emplearán cables disponibles en el laboratorio siempre y 
cuando cumplan con los requisitos de intensidad asignada y caída de tensión. 
La nomenclatura que adoptan los cables tanto en la lista como en los esquemas eléctricos 
desarrollados será la siguiente: 
M
C
P
XXX L
 
Fig. 30: Nomenclatura de los cables de baja tensión. 
Donde: 
• La primera letra indica si el cable es de medida (M), de control (C) o de potencia (P). 
• En segundo lugar, se sitúa el número de la página de los esquemas en la que aparece 
el cable. 
• Por último, se incluye una letra para diferenciar entre los cables de una misma página. 
En la figura 31, se muestran los planos acotados del emplazamiento y está disponible en un 
tamaño más adecuado para su visualización en el ANEXO III. Para su realización, se han 
utilizado unos planos ya existentes de la instalación, sobre los que se han añadido las 
arquetas y las salidas de los tubos en los lugares correspondientes, con lo que ha sido 
necesario tomar medidas sobre el emplazamiento. Las cotas también se han agregado para 
obtener las longitudes de cable necesarias. 
 G4900: MCC 
Eduardo Rivero Barneto 39 
Las entradas y salidas de los tubos, tanto si llegan a arquetas como si salen directamente a 
las máquinas, se encuentran marcadas con letras mayúsculas, de la A a la H. Los cables se 
dispondrán por los caminos marcados en este plano por tubos y bandejas y las longitudes 
serán las que aquí se representan. 
 
Fig. 31: Disposición física de la instalación. 
A continuación, se va a proceder al cálculo de los cables de potencia en base a los criterios 
de capacidad térmica y caída de tensión: 
▪ Bajo el criterio de capacidad térmica, debido a que todos los cables de potencia forman 
parte de circuitos trifásicos se hallará la intensidad que circulará por ellos en 
condiciones asignadas de funcionamiento a través de la siguiente expresión: 
𝐼 =
𝑃
√3 ∙ 𝑈 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑
 
Desarrollo 
40 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
La intensidad resultante es la que definirá la sección del cable acorde a la siguiente 
tabla: 
SECCIÓN NOMINAL (mm2) Intensidad admisible 
6 56 
10 75 
16 97 
25 125 
35 150 
50 180 
70 220 
95 265 
120 305 
150 340 
185 385 
240 445 
300 505 
400 570 
500 - 
630 - 
Tabla 6: Intensidad nominal en función de la sección del cable para cables tripolares/tetrapolaresde aluminio con 
aislamiento de PVC. Extraído de REBT. ITC-BT-07 
 
▪ Bajo el criterio de caída de tensión, se asegurará que la caída de tensión no sea 
superior al 3% hallada mediante la siguiente expresión: 
𝑆 =
𝜌 ∙ 𝐿 ∙ 𝐼
𝑒
 
 Donde: 
 𝑆 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 
𝜌 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 𝑎 70˚. 𝜌 = 0,0348 Ω𝑚𝑚2
𝑚⁄ 
𝐿 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 
𝐼 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟á 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 
𝑒 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑎í𝑑𝑎 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑉. 𝐸𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑠𝑜: 𝑒 = 0,03 ∙ 230 = 6,9 𝑉 
 G4900: MCC 
Eduardo Rivero Barneto 41 
Si la sección de cable obtenida bajo este criterio es menor que la obtenida con el anterior 
significa que la sección calculada bajo el criterio de capacidad térmica es suficiente. Si no, 
habrá que buscar un cable de sección mayor hasta que se satisfagan ambos criterios. 
Cable de alimentación ventilador DCM 
Criterio de capacidad térmica: 
𝑃 = 4 𝑘𝑊 
𝑈 = 400 𝑉 
𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0,8 
𝐼 =
4000
√3 ∙ 400 ∙ 0,8
= 7,3 𝐴 
 
⇒ 𝑆 = 6 𝑚𝑚2 
Criterio de caída de tensión: 
𝑆 =
0,0348 ∙ 4,5 ∙ 7,3
6,9
= 0,17 𝑚𝑚2 ≤ 6 𝑚𝑚2 
Cable: 
3 × 6 𝑚𝑚2 + 𝑁 0,6 1⁄ 𝑘𝑉 
Cable de alimentación ‘Oil Pump Control Panel’ 
Criterio de capacidad térmica: 
𝑃 = 4 𝑘𝑊 
𝑈 = 400 𝑉 
𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0,82 
𝐼 =
4000
√3 ∙ 400 ∙ 0,82
= 7,04 𝐴 
 
⇒ 𝑆 = 6 𝑚𝑚2 
Desarrollo 
42 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
Criterio de caída de tensión: 
𝑆 =
0,0348 ∙ 15 ∙ 7,04
6,9
= 0,53 𝑚𝑚2 ≤ 6 𝑚𝑚2 
Cable: 
3 × 6 𝑚𝑚2 + 𝑁 0,6 1⁄ 𝑘𝑉 
Cable de alimentación Bomba de aceite 
Criterio de capacidad térmica: 
𝑃 = 4 𝑘𝑊 
𝑈 = 400 𝑉 
𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0,82 
𝐼 =
4000
√3 ∙ 400 ∙ 0,8
= 7,04 𝐴 
 
⇒ 𝑆 = 6 𝑚𝑚2 
Criterio de caída de tensión: 
𝑆 =
0,0348 ∙ 1 ∙ 7,04
6,9
= 0,04 𝑚𝑚2 ≤ 6 𝑚𝑚2 
Cable: 
3 × 6 𝑚𝑚2 + 𝑁 0,6 1⁄ 𝑘𝑉 
Cable de alimentación ventilador aceite 
Criterio de capacidad térmica: 
𝑃 = 0,11 𝑘𝑊 
𝑈 = 400 𝑉 
𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0,7 
 G4900: MCC 
Eduardo Rivero Barneto 43 
𝐼 =
110
√3 ∙ 400 ∙ 0,7
= 0,23 𝐴 
 
⇒ 𝑆 = 2,5 𝑚𝑚2 
Criterio de caída de tensión: 
𝑆 =
0,0348 ∙ 15 ∙ 0,23
6,9
= 0,02 𝑚𝑚2 ≤ 6 𝑚𝑚2 
Cable: 
3 × 2,5 𝑚𝑚2 0,6 1⁄ 𝑘𝑉 
Cable de alimentación principal 
Criterio de capacidad térmica: 
𝑃 = 14 𝑘𝑊 
𝑈 = 400 𝑉 
𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0,8 
𝐼 =
14000
√3 ∙ 400 ∙ 0,8
= 25,26 𝐴 
 
⇒ 𝑆 = 6 𝑚𝑚2 
Criterio de caída de tensión: 
𝑆 =
0,0348 ∙ 15 ∙ 25,26
6,9
= 1,91 𝑚𝑚2 ≤ 6 𝑚𝑚2 
Cable: 
3 × 6 𝑚𝑚2 + 𝑁 0,6 1⁄ 𝑘𝑉 
 
Por lo tanto, cualquier sección superior a las anteriormente calculadas es válida. 
Desarrollo 
44 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
En el ANEXO III se incluyen tanto la lista de cables como la de interconexiones con toda la 
información relativa a los esquemas eléctricos, composición de los cables, ruta, longitud 
estimada y origen y destino de cada hilo. 
 G4900: MCC 
Eduardo Rivero Barneto 45 
4.4.- ESQUEMAS ELÉCTRICOS DESARROLLADOS 
Este apartado es la parte principal del proyecto, en la que se han elaborado dos colecciones 
de esquemas eléctricos desarrollados. Una correspondiente al cuadro de control del motor de 
corriente continua y otra al cuadro de control y protección del generador. 
En estos esquemas se incluyen todas las partes necesarias para el funcionamiento de la 
instalación y toda la lógica de control cableada mediante contactores, relés auxiliares y 
entradas y salidas digitales de los diferentes equipos. A través de esta lógica de control se 
incluyen las supervisiones y los disparos para la explotación segura de estas máquinas 
eléctricas. 
Ambas colecciones se incluyen en el ANEXO IV. 
Resultados y conclusiones 
46 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
5.- RESULTADOS Y CONCLUSIONES 
Los resultados obtenidos en cada una de las partes de este trabajo cumplen con los objetivos 
planteados en cada uno de los hitos del mismo. 
▪ HITO 1. Ajuste de las protecciones de generador: Se ha conseguido realizar unas 
tablas con los ajustes propuestos para cada una de las protecciones de generador. 
Con el desarrollo de estas tablas se ha entendido a la perfección la base teórica de 
cada una de las protecciones ajustadas y se ha aprendido a interpretar de forma 
correcta el manual de un relé de protección y sus diferentes secciones. Como 
conclusión a la realización de este hito puede decirse que los conocimientos adquiridos 
son perfectamente extrapolables a otros sistemas y relés. 
▪ HITO 2. Cálculo de la resistencia de desexcitación y regulación de tensión: Se ha 
logrado el objetivo de calcular una resistencia de desexcitación adecuada para este 
caso entendiéndose así la importancia de la búsqueda de soluciones de compromiso 
en ingeniería. 
Además, el ajuste del regulador de tensión del generador ha obligado a la utilización 
de otro manual completamente diferente profundizando así en la competencia 
adquirida de trabajo con documentación externa. Por otro lado, se han explorado las 
diferentes posibilidades que presenta el regulador empleado. 
▪ HITO 3. Colecciones de esquemas eléctricos desarrollados. Esta ha sido la parte que 
más tiempo ha ocupado durante la realización del proyecto ya que dentro de las tareas 
que pueden llevarse a cabo dentro de una ingeniería de detalle el diseño de esquemas 
eléctricos es de las más tediosas. Sin embargo, puede decirse que se ha cumplido el 
objetivo planteado al inicio del proyecto y se ha logrado la realización de unas 
colecciones de esquemas eléctricos desarrollados completamente válidas listas para 
ser empleada durante el montaje y cableado de los equipos. 
▪ HITO 4. Listas de cables e interconexiones. Para poder completar esta parte del 
proyecto ha sido fundamental el apoyo en la documentación elaborada durante fases 
 G4900: MCC 
Eduardo Rivero Barneto 47 
anteriores del mismo. Además, se han seguido diferentes criterios fundamentados en 
la normativa, la comodidad a la hora del montaje y en la reducción de los costes finales 
de cableado. Como resultado se ha logrado elaborar tanto una lista de cables de baja 
tensión como una lista de interconexiones en la que se detalla la conexión de cada 
uno de los hilos que los conforman. 
Evaluados los resultados de cada uno de los hitos, se considera que a lo largo de la realización 
de este trabajo se ha conseguido cumplir con creces con todas las metas marcadas en cuanto 
a aprendizaje. Es destacable la aplicabilidad que han tenido los conocimientos adquiridos 
durante las prácticas externas para poder realizar las actividades esperadas en el plazo 
esperado y con la rigurosidad requerida. 
Una de las conclusiones a destacar es que ha sido necesaria la interpretación de manuales y 
guías de usuario de diferentes equipos para poder utilizarlos de forma correcta y 
posteriormente lograr una adecuada integración entre todos.
Resultados y conclusiones 
48 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
6.- LÍNEAS FUTURAS 
La realización de este trabajo supone un avance considerable en el desarrollo de la central 
que pretende instalarse en el Laboratorio de Alta Tensión de la Escuale Técnica Superior de 
Ingenieros Industriales. Con este trabajo quedan prácticamente completos los trabajos de 
ingeniería de diseño apoyado en otros trabajos finales anteriores que se centraban más en 
otros elementos de la instalación como el motor de corriente continua o las cabinas de Media 
Tensión para los cuales ya se ha comprobado su correcto funcionamiento, sin embargo, aún 
queda trabajo por hacer. 
Lo siguiente que se deberá hacer será realizar la instalación y el cableado de todos los equipos 
que aquí se exponen y para lo cual servirán como guía los esquemas eléctricos desarrollados. 
Una vez se completen estas tareas se espera poder impartir prácticas de laboratorio 
realmente ilustrativaspara los alumnos de la escuela en este laboratorio, así como llevar a 
cabo diferentes cursos de maniobras y protecciones eléctricas.
 G4900: MCC 
Eduardo Rivero Barneto 49 
7.- BIBLIOGRAFÍA 
Normas 
▪ “Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en instalaciones 
eléctricas de alta tensión y sus Instrucciones Técnicas Complementarias ITC RAT 01 
a 23.” (2014) 
▪ “Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión e instrucciones Técnicas 
Complementarias (ITC) BT 01 a BT 51” (2002) 
▪ Norma española UNE-HD 60364-5-52 (2014) “Instalaciones eléctricas de baja tensión. 
Parte 5: Selección e instalación de equipos eléctricos. Canalizaciones.” 
▪ Norma española UNE 21027-9 (2017) “Cables eléctricos de baja tensión. Cables de 
tensión asignada inferior o igual a 450/750 V (Uo/U). Cables unipolares sin cubierta, 
con aislamiento reticulado y con altas prestaciones respecto a la reacción al fuego, 
para instalaciones fijas” 
▪ Norma española UNE 21031 (2017) “Cables eléctricos de baja tensión. Cables de 
tensión asignada inferior o igual a 450/750 V (Uo/U). Cables de utilización general. 
Cables flexibles con aislamiento termoplástico (PVC) de más de 5 conductores.” 
▪ Norma española UNE 21123 (2017) “Cables eléctricos de utilización industrial de 
tensión asignada 0,6/1 kV” 
Libros 
▪ Francisco Blázquez, Jaime Rodríguez, Ángel M. Alonso, Carlos Veganzones, (2007), 
‘’Máquinas síncronas y máquinas de corriente continua’’ Publicaciones de la ETSII 
UPM. 
Manuales 
▪ MiCOM p342/p343/p344/p345 & p391 Relés de protección de generadores p34x/ES 
M/176 Manual Técnico. Schneider Electric. 
▪ Relés de protección de generadores p34x/ES M/176 Guía de aplicación. Schneider 
Electric. 
▪ Unitrol 1000 User´s Manual. 
Presentaciones 
▪ Protecciones de generador. Asignatura Generación Eléctrica Convencional y con 
Energías Renovables. 
▪ Protección de sobreintensidad. Asignatura Protecciones eléctricas. 
Planificación temporal y presupuesto 
50 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
8.- PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO 
8.1.- PLANIFICACIÓN TEMPORAL 
Las tareas que desarrollar de este proyecto se han ido sucediendo desde la asignación del 
TFM en el mes de febrero de 2019. 
En primer lugar, se muestra la estructura de descomposición del proyecto o EDP: 
 
Fig. 32: Estructura de descomposición del proyecto. 
 
Las tareas realizadas en este proyecto tras definir el alcance del mismo se han sucedido, en 
líneas generales, de la siguiente manera: 
En primer lugar, se ha realizado una toma de datos en el laboratorio para conocer las 
características de las máquinas y equipos con los que se va a trabajar. Después ha habido 
una revisión de la documentación existente y se ha trabajado con los distintos manuales. 
Tras esta fase de preparación, llega la ejecución de los trabajos donde se elabora toda la 
documentación relativa a los diferentes hitos del proyecto. 
Proyecto
Análisis de 
resultados
Dirección del 
proyecto
Gestión de 
alcance
Gestión de 
tiempos
Gestión de costes
Trabajo en 
laboratorio
Toma de datos
Toma de medidas
Configuraciones
Documentación
Manuales
Protecciones
Regulador de 
tensión
Esquemas 
eléctricos
Listas de cables
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 51 
Por último, se ha hecho un análisis de los resultados los cuales se recogen en el apartado 
dedicado al efecto en este documento. 
Es importante destacar que las tareas realizadas no se han sucedido completamente una 
detrás de la otra si no que ha habido determinados solapes. 
En la siguiente tabla se indica el tiempo empleado en la realización de cada parte de este 
proyecto y las fechas en las que se realiza. 
 
Tabla 7: Planificación temporal de las tareas del proyecto 
Tarea Inicio Finalización Días
Toma de datos 04/02/2019 06/02/2019 2
Toma de medidas 07/02/2019 08/02/2019 1
Revisión de la documentación existente 11/02/2019 17/02/2019 6
HITO 1 18/02/2019 15/03/2019 25
Estudio del manual del relé MiCOM p345 18/02/2019 23/02/2019 5
Estudio de las protecciones de generador 25/02/2019 28/02/2019 3
Elaboración de las tablas de ajustes 01/03/2019 04/03/2019 3
Obtención de las necesidades de interconexión del relé 06/03/2019 08/03/2019 2
Redacción HITO 1 11/03/2019 15/03/2019 4
HITO 2 18/03/2019 11/04/2019 24
Estudio del circuito de excitación de la máquina 18/03/2019 19/03/2019 1
Elaboración de unos criterios de cálculo de la resistencia de desexcitación 19/03/2019 21/03/2019 2
Cálculo de la resistencia de desexcitación 21/03/2019 22/03/2019 1
Estudio del manual del regulador de tensión UNITROL 1000 25/03/2019 29/03/2019 4
Configuración del regulador 01/04/2019 03/04/2019 2
Obtención de las necesidades de interconexión del regulador 03/04/2019 04/04/2019 1
Redacción HITO 2 08/04/2019 11/04/2019 3
HITO 3 12/04/2019 12/06/2019 61
Elaboración de esquemas Cuadro de Control y protección de generador 12/04/2019 22/05/2019 40
Actualización de esquemas Cuadro de control Motor de Corriente Continua 28/05/2019 12/06/2019 15
HITO 4 13/06/2019 23/06/2019 10
Cálculo de cables 13/06/2019 15/06/2019 2
Elaboración de la Lista de Cables 16/06/2019 17/06/2019 1
Elaboración de la Lista de Interconexiones 19/06/2019 21/06/2019 2
Redacción del HITO 4 21/06/2019 23/06/2019 2
Conclusiones y redacción del resto del documento 13/06/2019 24/06/2019 11
Planificación temporal y presupuesto 
52 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
En base a esta tabla se ha realizado el siguiente diagrama de Gantt:
 
Fig. 33: Diagrama de Gant 
8.2.- PRESUPUESTO 
El presupuesto necesario para la realización de este proyecto viene dado principalmente por 
el coste de todos los bienes materiales incluidos. La lista de material es la que se expone a 
continuación: 
 G4900 
Eduardo Rivero Barneto 53 
 
Tabla 8: Coste material Cuadro de Control de Generador 
 
Objeto Cantidad Precio ud. Precio total
Cuadro de control generador 1 16.831,45 € 16.831,45 €
Armario metálico 1 430,00 € 430,00 €
Interruptor magnetotérmico bipolar 2 A curva tipo C. 230 VAC 1 5,10 € 5,10 €
Interruptor magnetotérmico bipolar 1 A curva tipo C. 230 VAC 1 3,81 € 3,81 €
Interruptor magnetotérmico bipolar 4 A curva tipo C. 230 VAC 2 6,52 € 13,04 €
Relé de protección MiCOM p345 1 6.900,00 € 6.900,00 €
Interruptor magnetotérmico tetrapolar 30 A curva tipo C. 400 VAC 2 43,29 € 86,58 €
Interruptor magnetotérmico tetrapolar 10 A curva tipo C. 400 VAC 1 37,89 € 37,89 €
Interruptor magnetotérmico bipolar 6 A curva tipo C. 230 VAC 1 7,15 € 7,15 €
Fuente de alimentación 230 VAC / 125 VDC. X W 1 69,75 € 69,75 €
Regulador de tensión 1 7.215,00 € 7.215,00 €
Contactor tripolar 400V 1 29,86 € 29,86 €
SHUNT meter 1 72,50 € 72,50 €
Voltímetro de panel 100VDC. Escala de 100V. 1 34,16 € 34,16 €
Voltímetro de panel 230VAC. Escala de 6,3 kV 3 39,59 € 118,77 €
Amperímetro de panel. Escala de 260-300 A 3 42,89 € 128,67 €
Pulsador 1 contacto auxiliar. 125 VDC 7 16,89 € 118,23 €
Interruptor de campo. 1 764,00 € 764,00 €
Resistencia de desexcitación 30 Ω 1000W 1 54,13 € 54,13 €
Resistencia SHUNT 1 61,34 € 61,34 €
Pulsador 1 contacto auxiliar. 24 VDC 2 14,15 € 28,30 €
Lámpara 125 VDC 1 12,89 € 12,89 €
Pulsador 1 contacto auxiliar. 230 VAC 2 15,86 € 31,72 €
Transformador de potencia 4 kVA 400/110 1 325,00 € 325,00 €
Variador de velocidad 5,5 kW 380V 1 713,56 € 713,56 €
Planificación temporal y presupuesto 
54 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM) 
 
Tabla 9: Coste material Cuadro de control MCC 
Objeto Cantidad Precio ud. Precio total
Panel MCC 1 6.041,34 € 6041,34
Rectificador trifásico 1 934,85 € 934,85 €
Tarjeta de control 1 196,80 € 196,80 €
Contactor principal 1 2.328,07 € 2.328,07 €
Fusibles (bolsa de 3) 1 445,38 € 445,38 €
Portafusible 3 23,16 € 69,48 €
Interruptor automático 4 A 2 6,52 € 13,04 €
Interruptor automático 10 A 1 13,39 € 13,39 €
Interruptor automático 20 A 1 19,57 € 19,57 €
Interruptor automático