Protectio Generatoris – Genera Culparum et Instrumenta Protectionis

Communes Generatores Culpa et Systemata Protectionis
Classificatio Generatorum Culparum

Culpa generatorum principaliter in internas et externas categorizantur:

• Culpa Internae: Ex problematicis inter componentes generatoris oriuntur.

• Culpa Externae: Ab condicionibus operativis anormalibus vel problematicis rete externi oriuntur.

Culpa motorum primariorum (ex. dieselis, turbines) natura sunt mechanica et definiantur in designo equipmenti, tamen integrari debent cum protectionibus generatoris pro scopo disjunctorum.

Typi Culparum Internarum
1. Statoris Culpa

• Supra-calor Windings: Causatur per onera permanentia vel disiectura insulationis.

• Culpa Inter Phases: Oritur ex disiectura insulationis inter phases.

• Culpa Phase ad Terram: Defluxus currentis ab windings phase ad frame statoris.

• Culpa Inter Turnos: Circuitus brevis inter turnos adjacentes in eodem winding.

2. Rotoris Culpa

• Culpa ad Terram: Defluxus currentis ab windings rotoris ad shaft rotoris.

• Circuitus Brevis Winding: Reducit voltum excitationis et auget currentem in rotoris wound.

• Supra-calor: Causatur per currents statoris inaequales (ex. trip singulis polis, sequentia phase negativa).

3. Perditio Campi/Excitationis

• Potentia reactiva defluxit in generator, causans ut sicut generator inductionis operetur et amittat synchronismum.

4. Operatio Extra Passus

• Stresses mechanicus in shaft et fluctus volti propter amissionem synchronismi cum rete.

5. Operatio Motoris

• Generator attrahit potentiam a rete quando supply motoris primarii deficit (ex. loss vaporis/aquae), periculum supra-caloris vel cavitationis in turbines.

6. Culpa Mechanica

• Supra-calor bearings, perditio pressionis olei lubricationis, et vibrationes excessivae.

Mechanismus Supra-caloris Rotoris

Currents statoris inaequales (ex. sequentia phase negativa) inducunt currents eddy in rotor ad duplam frequentiam systematis (100/120 Hz), causantes supra-calorem localis. Hoc infirmat retinacula et annulos rotoris.

Typi Culparum Externarum
Anomalies Systematis Potentiae

• Circuitus Brevis Externus: Culpa in rete afficiens operationem generatoris.

• Connexio Non-Synchrona: Dama ex paralleling improprio generatoris.

• Onus Excessiva/Velocitas Excessiva: Causatur per rejectio subita oneris vel defectus controlis motoris primarii.

• Inaequalitas Phasorum/Sequentia Negativa: Inducit currents eddy in rotor et supra-calorem.

• Deviationes Frequentialis/Voltalis: Sub/over frequentialis vel voltalis stressant componentes generatoris.

Dispositiva Protectionis Generatoris
Schemata Protectionis Principalia
1. Protectio Culparum Statoris

• Relay Differential: Detectat culpa inter phases et phase ad terram comparando currents input/output.

• Protectio Ad Terram: Utitur relays overcurrent (pro grounding resistance) vel relays volti (pro grounding transformer) detectare culpa ground statoris.

2. Protectio Culparum Rotoris

• Relays ad terram monitorant disiectura insulationis inter windings rotoris et shaft.

3. Protectio Onus Inaequalis

• Monitorat currents sequentiae phase negativae et perditio excitationis, quae causant problemata fluxus potentiae reactivae.

4. Protectio Supra-caloris

• Relays thermalia vel sensors temperaturae detectant supra-calorem windings statoris et bearings; relays sequentiae phase negativae tractant supra-calorem rotoris.

5. Protectio Mechanica

• Relays overspeed, sensors vibrationis, et switches low vacuum/pressionis praeservant contra defectus motoris primarii et turbines.

6. Protectio Backup et Supplementaria

• Relays reverse power prohibent operationem motoris, dum relays differential detectant culpa earth statoris (vide Figura 1 pro connectionibus typicis).

• Differential Relays: Comparant currents in ambobus extremis windings statoris detectare culpa internas.

Principia Protectionis

• Detection Voltae Sequenciae Zero: Identificat culpa inter-turnos monitorando imbalances volti per transformers volti (VT).

• Adaptatio Systematis Grounding: Schemata protectionis variuntur secundum methodos grounding statoris (resistance vel transformer grounding), utendo CTs vel VTs sentire currents/voltus fault.

Mechanismi Protectionis Culparum Windings Rotoris

Culpa circuitus brevis windings rotoris wound sunt tutata per relays overcurrent, qui disjungunt generator detectando surges currentis abnormalis. Culpa ad terram posunt alium periculum rotoris, tamen protectio earum requirit approches specializatas.

In generatibus thermicis magnis, windings rotoris vel campi saepius sunt non-grounded, significans quod culpa singularis ad terram non producit currentem fault. Tamen, talis culpa elevat potentiale totius systematis campi et excitatoris. Extra voltus inducuntur aperiendo campum vel main generator breaker—praesertim in conditionibus fault—potest stressare insulationem winding campi, possibiliter causans secunda culpa ad terram. Secunda culpa potest ducere ad calor localis, distortionem rotoris, et periculosam inaequalitatem mechanicam.

Protectio culpa ad terram rotoris saepius utitur relay quod monitorat insulationem applicando voltum AC auxiliarem ad rotor. Alternativiter, relay volti utitur in serie cum rete high-resistance (communiter combinatio resistorum linearum et non-linearum) trans circuitum rotoris. Punctus medius huius rete connectit ad terram per coil relay sensitivum (ANSI/IEEE/IEC code 64). Schemata protectionis moderna favent crescenter combinationibus resistorum linearum et non-linearum pro meliore detectione fault et monitoring insulationis.

Mechanismi Protectionis Perditorum Campi et Overexcitationis

Protectio perditorum campi utitur relay detectare mutationes in fluxu potentiae reactivae. Schema typicum utitur Offset Mho (impedance) relay—dispositivum uniphasicum supply a current transformers (CTs) et voltage transformers (VTs)—ad mensurare impedimentum onus. Relay activatur quando impedimentum cadit intra suum characteristicum operationis. Timing relay initiat disjunctionem generatoris si persistit potentia reactiva leading pro 1 secundum (timing standard).

Overexcitation Protection

Pro praeventione saturationis core durante startup et shutdown, implementatur protectio overexcitation (ANSI/IEEE/IEC code 59), basata in relatione:B = V/f
ubi:

• B = densitas fluxus magneticus (tesla, T)

• V = voltus applicatus (volts, V)

• f = frequentia (hertz, Hz)

Fluxus core debet manere infra punctum saturationis, significans voltus non potest crescere proportionaliter cum frequentia (velocitate). Excitation rapidus augit periculum overexcitation, detecta per relays Volts per Hertz. Hi relays habent characteristica lineares et disjungunt quando V/f excedit limines set.

Protectio Supra-caloris Statoris et Rotoris

• Windings Statoris & Bearings: Monitoraggio temperaturae per detectors resistivi temperature (RTDs) et thermistors.

• Unbalance Phasorum Statoris: Relays overcurrent inversus temporali set ad maximum tolerabilitatem caloris rotoris.

• Protectio Sequentiae Phase Negativae: Protegit machinam ab supra-calore rotoris causato per currents statoris inaequales, qui inducunt currents eddy damnosi in rotor.

Systemata protectionis fidelia sunt critica pro minimis dano et tempore reparationis, cum generatoris sint inter componentes systematis potentiae maxime costosos.

Haec protectio utitur relay quod comparat currents in duobus phasibus per current transformers (CTs), ut illustratur in Figura 2. Settings protectionis determinantur per maximum tempus quod rotor potest tolerare supra-calorem, definitum per equationem K = I²t (derivatum ex lege Joule), ubi I est current sequentiae phase negativae et t est duratio.

Curvae temporis-currentis typicalis a manufactoribus specificatae variuntur secundum typum motoris primarii, ut ostenditur in diagramma referentia.

Reverse Power, Out-of-Step, et Frequency/Voltage Protection Systems
Protectio Reverse Power (ANSI/IEEE/IEC Code 32)

Haec protectio utitur relay directionale potentiae monitorare onus generatoris, supply a CTs et VTs (vide Figura 3). Relay activatur detectando fluxum potentiae negativus—indicans generatoris attrahentem potentiam a rete (operationem motoris)—et trigger disjunctionem pro praeventione dani turbine.

Out-of-Step Protection

Designata ad detectandum perturbationes systematis potentiae (non culpa generatoris), haec protectio identificat slipping pole quando generator amittit synchronismum. Disjungit breakers generatoris dum turbine continua operari, permitting resynchronization post disturbance clear.

• Principium Operationis: Tres relays impedimentum mensurant impedimentum onus. Disjunction occurrunt si relays activantur in sequentia specifica durante swings potentiae, distinguendum a perditio excitationis (quae accidit ad zero field) et operatione cum generator at full field.

Frequency and Voltage Protection
Under/Over Frequency Protection (ANSI/IEEE/IEC Code 81)

• Overfrequency: Causatur per rejectio subita oneris, periculum overvoltage si non gestum. Controls generatoris debent adjustare output ad match demand.

• Underfrequency: Resultat ex generation insufficiens pro oneribus connectis, ducens ad drops volti, excitationem increased, et supra-calorem rotor/stator. Load shedding critical est pro praeventione collapsus systematis.

Under/Over Voltage Relays (Codes 27/59)

Monitorant et controlant deviationes volti pro protegendo equipment ab stress vel damno.

Phase Supplementary Start Protection

Prevenit initiationem generatoris in culpa vel conditione onus. Relays overcurrent low-set engage tantum quando frequentia est sub 52 Hz (pro systemibus 60 Hz) vel 42 Hz (pro systemibus 50 Hz), assecurantes protectionem durante transientes startup.

External Short-Circuit Protection

Relays overcurrent (50, 50N, 51, 51N) detectant et clarent culpa in rete externo, tutantes generator ab currentibus fault excessivis.

Haec schemata protectionis collectivamente tractant anomalias operationales—ab reversions fluxus potentiae ad disturbances system-wide—assecurantes integritatem generatoris et stabilitatem rete.