जनरेटर सुरक्षा – दोषों के प्रकार र सुरक्षा उपकरणहरू

सामान्य जनरेटर दोष र संरक्षण प्रणाली
जनरेटर दोषको वर्गीकरण

जनरेटर दोष अंतर्निहित र बाह्य दुई प्रकारमा मुख्यतया वर्गीकृत छन्:

• अंतर्निहित दोष: जनरेटर घटकहरू भित्र उत्पन्न भएका समस्याहरू।

• बाह्य दोष: असामान्य संचालन स्थिति वा बाह्य नेटवर्क समस्याहरू भन्दा उत्पन्न हुने।

प्राथमिक चालक (जस्तै, डीजल इंजन, टर्बाइन) को दोषहरू यान्त्रिक प्रकृतिका छन् र उपकरण डिझाइनको दौरान निर्धारित गरिएका छन्, तर उनीहरूले ट्रिपिङको लागि जनरेटर संरक्षणसँग एकीकृत हुनुपर्छ।

अंतर्निहित दोषको प्रकार
1. स्टेटर दोष

• वाइंडिङ ओभरहीटिङ: शास्त्रीय ओवरलोड वा इन्सुलेशन ब्रेकडाउनले उत्पन्न भएको।

• फेज-टु-फेज दोष: फेजहरू बीच इन्सुलेशन विफलताले उत्पन्न भएको।

• फेज-टु-अर्थ दोष: फेज वाइंडिङहरूबाट स्टेटर फ्रेममा धारा लीक।

• इन्टर-टर्न दोष: एउटै वाइंडिङमा आसन्न टर्नहरू बीच शॉर्ट सर्किट।

2. रोटर दोष

• अर्थ दोष: रोटर वाइंडिङहरूबाट रोटर शाफ्टमा धारा लीक।

• वाइंडिङ शॉर्ट-सर्किट: वाइंडिङ रोटरहरूमा एक्साइटेशन वोल्टेज घटाउँदै र धारा बढाउँदै।

• ओभरहीटिङ: स्टेटर अनबालन्स धाराले (जस्तै, एकल-पोल ट्रिप, नकारात्मक फेज अनुक्रम)।

3. फिल्ड/एक्साइटेशन खोइ

• रिएक्टिभ शक्ति जनरेटरमा अन्तर्गत फ्लो हुन्छ, जसले इन्डक्शन जनरेटरको रूपमा चलाउँदै र सिंक्रोनिजेशन खोइ।

4. आउट-ऑफ-स्टेप संचालन

• शाफ्टमा यान्त्रिक टेन्सन र ग्रिडको साथ सिंक्रोनिजेशन खोइको कारण वोल्टेज फ्लक्टुएशन।

5. मोटर संचालन

• प्राथमिक चालक आपूर्ति विफल भएको समय (जस्तै, भाप/पानी खोइ) जनरेटर ग्रिडबाट शक्ति लिन्छ, जसले टर्बाइनमा ओभरहीटिङ वा केविटेशनको झुक्दा राख्छ।

6. यान्त्रिक दोष

• बेयरिङ ओभरहीटिङ, ल्युब्रिकेशन तेल दबाब खोइ, र अतिशय विब्रेशन।

रोटर ओभरहीटिङको तथ्याङ्क

स्टेटर अनबालन्स धाराले (जस्तै, नकारात्मक फेज अनुक्रम) रोटरमा दोहोरित फ्रिक्वेन्सी (100/120 Hz) बाट इडी करंट उत्पन्न गर्छ, जसले स्थानीय ओभरहीटिङ गर्छ। यो रोटर रिटेनिङ वेज र रिंगहरूलाई दुर्बल गर्छ।

बाह्य दोषको प्रकार
पावर सिस्टम असामान्यता

• बाह्य शॉर्ट-सर्किट: ग्रिडमा उत्पन्न भएका दोषहरू जनरेटर संचालनलाई प्रभावित गर्छ।

• नॉन-सिंक्रोनाइज्ड कनेक्सन: असामान्य जनरेटर पैरेलिलिङले नुकसान।

• ओवरलोड/ओवरस्पीड: अचानक लोड छोड्ने वा प्राथमिक चालक नियंत्रण विफलताले उत्पन्न भएको।

• फेज अनबालन्स/नकारात्मक अनुक्रम: रोटरमा इडी करंट र ओभरहीटिङ उत्पन्न गर्छ।

• फ्रिक्वेन्सी/वोल्टेज विचलन: अधिक/कम फ्रिक्वेन्सी वा वोल्टेज जनरेटर घटकहरूलाई तनाव दिन्छ।

जनरेटर संरक्षण उपकरण
मुख्य संरक्षण योजनाहरू
1. स्टेटर दोष संरक्षण

• डिफरेन्सियल रिले: इनपुट/आउटपुट धाराहरूलाई तुलना गरेर फेज-टु-फेज र फेज-टु-अर्थ दोषहरू खोज्छ।

• अर्थ दोष संरक्षण: ओवरकरंट रिले (रिसिस्टन्स ग्राउंडिङको लागि) वा वोल्टेज रिले (ट्रान्सफार्मर ग्राउंडिङको लागि) ले स्टेटर ग्राउंड दोषहरू खोज्छ।

2. रोटर दोष संरक्षण

• अर्थ दोष रिले रोटर वाइंडिङ र शाफ्ट बीच इन्सुलेशन ब्रेकडाउन लाई निरीक्षण गर्छ।

3. अनबालन्स लोडिङ संरक्षण

• नकारात्मक फेज अनुक्रम धारा र एक्साइटेशन खोइ लाई निरीक्षण गर्छ, जसले रिएक्टिभ शक्ति फ्लो समस्याहरू उत्पन्न गर्छ।

4. ओभरहीटिङ संरक्षण

• थर्मल रिले वा तापक्रम सेन्सरहरू स्टेटर वाइंडिङ र बेयरिङ ओभरहीटिङ खोज्छ; नकारात्मक फेज अनुक्रम रिले रोटर गर्मीलाई संबोधन गर्छ।

5. यान्त्रिक संरक्षण

• ओवरस्पीड रिले, विब्रेशन सेन्सर, र निम्न वैक्युम/दबाब स्विचहरू प्राथमिक चालक र टर्बाइन विफलतालाई संरक्षण गर्छ।

6. बैकअप र अतिरिक्त संरक्षण

• रिवर्स पावर रिले मोटर संचालनलाई रोक्छ, जबकि डिफरेन्सियल रिले स्टेटर अर्थ दोषको प्राथमिक दोष खोज गर्छ (देख्नुहोस् चित्र 1 लाई टाइपिकल कनेक्सनको लागि)।

• डिफरेन्सियल रिले: स्टेटर वाइंडिङको दुई छोरमा धारालाई तुलना गरेर अंतर्निहित दोषहरू खोज्छ।

संरक्षण सिद्धान्तहरू

• शून्य-अनुक्रम वोल्टेज निरीक्षण: वोल्टेज ट्रान्सफार्मर (VT) द्वारा वोल्टेज असामान्यतालाई निरीक्षण गरेर इन्टर-टर्न दोषहरू खोज्छ।

• ग्राउंडिङ सिस्टम अनुकूलन: स्टेटर ग्राउंडिङ विधिहरू (रिसिस्टन्स वा ट्रान्सफार्मर ग्राउंडिङ) अनुसार संरक्षण योजनाहरू फेरियो छन्, CTs वा VTs द्वारा दोष धारा/वोल्टेज लाई सेन्स कर्ने।

रोटर वाइंडिङ दोष संरक्षण मेकनिझमहरू

वाइंडिङ रोटर वाइंडिङ शॉर्ट-सर्किट दोषहरू ओवरकरंट रिले द्वारा संरक्षित छन्, जसले असामान्य धारा बढाउँदा जनरेटरलाई ट्रिप गर्छ। अर्थ दोषहरू रोटर वाइंडिङको अर्को झुक्दा राख्छ, तर उनीहरूको संरक्षण विशेष दृष्टिकोणहरू आवश्यक छन्।

ठूलो थर्मल जनरेटरहरूमा, रोटर वा फिल्ड वाइंडिङहरू अनुसार अनग्राउंडिड छन्, जसको अर्थ एकल अर्थ दोषले दोष धारा उत्पन्न गर्दैन। तर, यो दोष पूर्ण फिल्ड र एक्साइटर सिस्टमको वोल्टेज बढाउँछ। फिल्ड वा मुख्य जनरेटर ब्रेकर खोल्ने दौरान विशेष गरी दोष स्थितिमा उत्पन्न भएको अतिरिक्त वोल्टेज फिल्ड वाइंडिङ इन्सुलेशनलाई तनाव दिन सक्छ, जसले दोस्रो अर्थ दोष उत्पन्न गर्न सक्छ। दोस्रो दोषले लोकल आयरन गर्मी, रोटर विकृति, र खतरनाक यान्त्रिक अनबालन्स उत्पन्न गर्छ।

रोटर अर्थ-दोष संरक्षण अक्सर एउटा रिले लाई उपयोग गर्छ, जसले रोटरमा एक अनुकूल AC वोल्टेज लगाउँदै इन्सुलेशन लाई निरीक्षण गर्छ। वा, रोटर सर्किट बीच एक उच्च-रिसिस्टन्स नेटवर्क (सामान्यतया रैखिक र गैर-रैखिक रिसिस्टरहरूको संयोजन) द्वारा एक वोल्टेज रिले उपयोग गरिन्छ। यस नेटवर्कको केन्द्र बिन्दु एक संवेदनशील रिले कोइल (ANSI/IEEE/IEC कोड 64) द्वारा अर्थ जोडिन्छ। आधुनिक संरक्षण योजनाहरू लाई रैखिक र गैर-रैखिक रिसिस्टरहरूको संयोजन लाई विशेष रूपमा दोष खोज र इन्सुलेशन निरीक्षणको लागि फावल गरिन्छ।

फिल्ड खोइ र ओवरएक्साइटेशन संरक्षण मेकनिझमहरू

फिल्ड खोइ संरक्षण एक रिले लाई उपयोग गर्छ, जसले रिएक्टिभ शक्ति फ्लोको परिवर्तन खोज्छ। एउटा टाइपिकल योजना जनरेटर धारा ट्रान्सफार्मर (CTs) र वोल्टेज ट्रान्सफार्मर (VTs) द्वारा सप्लाइ गरिएको एक फेज उपकरण (ऑफसेट मोहो इम्पीडन्स रिले) लाई उपयोग गर्छ, जसले लोड इम्पीडन्स माप्छ। रिले यदि इम्पीडन्स यसको संचालन विशेषतामा रहेको छ भने ट्रिगर हुन्छ। एक टाइमिङ रिले यदि लीडिङ रिएक्टिभ शक्ति 1 सेकेन्डसम्म चल्छ (स्थानीयकै टाइमिङ) भने जनरेटर ट्रिपिङ शुरू गर्छ।

ओवरएक्साइटेशन संरक्षण

स्टार्टअप र शटडाउन दौरान कोर स्यातरेशन रोक्नको लागि, ओवरएक्साइटेशन संरक्षण (ANSI/IEEE/IEC कोड 59) लाई निम्न सम्बन्ध आधारित रूपमा लागू गरिन्छ:B = V/f
जहाँ:

• B = चुंबकीय फ्लक्स घनता (टेस्ला, T)

• V = लागू गरिएको वोल्टेज (वोल्ट, V)

• f = फ्रिक्वेन्सी (हर्ट्ज, Hz)

कोर फ्लक्स अनिवार्य रूपमा स्यातरेशन बिन्दु तल रहनुपर्छ, यो अर्थ वोल्टेज फ्रिक्वेन्सी (गति)को साथ अनुपातिक रूपमा बढ्न सक्छ। तीव्र एक्साइटेशन ओवरएक्साइटेशनको झुक्दा बढाउँछ, जसलाई वोल्ट पर हर्ट्ज रिले द्वारा खोजिन्छ। यी रिले रैखिक विशेषताहरू छन् र जब V/f निर्धारित थ्रेसहोल्ड भन्दा बढ्ने छ भने ट्रिप गर्छ।

स्टेटर र रोटर ओभरहीटिङ संरक्षण

• स्टेटर वाइंडिङ र बेयरिङ: RTDs र थर्मिस्टरहरू द्वारा तापक्रम नि