جنریٹر کی حفاظت – دوسری قسم کی خرابیاں اور حفاظتی آلات

عام جنریٹر کی خرابیاں اور حفاظتی نظامات
جنریٹر کی خرابیوں کی درجہ بندی

جنریٹر کی خرابیاں عموماً اندری اور بیرونی دو قسم کی ہوتی ہیں:

• اندری خرابیاں: جنریٹر کے اجزاء میں پیدا ہونے والی مسائل سے پیدا ہوتی ہیں۔

• بیرونی خرابیاں: غیرمعمولی آپریشنل شرائط یا بیرونی نیٹ ورک کی مسائل سے پیدا ہوتی ہیں۔

پرائم موور (مثال کے طور پر، ڈیزل انجن، ٹربین) کی خرابیاں مکینکل ہوتی ہیں اور تجهیزات کے ڈیزائن کے دوران تعریف کی جاتی ہیں، حالانکہ انہیں ٹرپنگ کے مقصد کے لئے جنریٹر کی حفاظت کے ساتھ یکجا کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

اندری خرابیوں کی قسمیں
1. سٹیٹر کی خرابیاں

• وائنڈنگ کی اوور ہیٹنگ: مستقل اوور لوڈ یا عایقیت کی خرابی کی وجہ سے ہوتی ہے۔

• فیز کے درمیان خرابی: فیز کے درمیان عایقیت کی خرابی کی وجہ سے ہوتی ہے۔

• فیز سے زمین تک خرابی: فیز کی وائنڈنگ سے سٹیٹر فریم تک کارنٹ کی لیکیج ہوتی ہے۔

• انٹر ٹرن خرابی: ایک ہی وائنڈنگ کے درمیان ملحقہ ٹرن کے درمیان شارٹ سرکٹ ہوتی ہے۔

2. روتر کی خرابیاں

• زمین خرابی: روتر کی وائنڈنگ سے روتر شافٹ تک کارنٹ کی لیکیج ہوتی ہے۔

• وائنڈنگ کی شارٹ سرکٹ: ایکسٹیشن ولٹیج کو کم کرتی ہے اور وائنڈ روترز میں کارنٹ میں اضافہ ہوتا ہے۔

• اوور ہیٹنگ: سٹیٹر کے غیر متوازن کارنٹ (مثال کے طور پر، سنگل پول ٹرپ، منفی فیز سیکوئنس) کی وجہ سے ہوتی ہے۔

3. فیلڈ/ایکسٹیشن کا نقصان

• رفیکٹیو پاور جنریٹر میں داخل ہوتا ہے، جس کی وجہ سے یہ انڈکشن جنریٹر کی طرح کام کرتا ہے اور سینکرونائزیشن کھو دیتا ہے۔

4. آؤٹ آف سٹیپ آپریشن

• شافٹ پر مکینکل تناؤ اور گرڈ کے ساتھ سینکرونائزیشن کے نقصان کی وجہ سے ولٹیج کی لہران۔

5. موتر آپریشن

• جنریٹر کو گرڈ سے پاور لینے کی ضرورت ہوتی ہے جب پرائم موور کی فراہمی ختم ہوجاتی ہے (مثال کے طور پر، بخار/پانی کا نقصان)، یہ ٹربینز میں اوور ہیٹنگ یا کیویٹیشن کا خطرہ ہوتا ہے۔

6. مکینکل خرابیاں

• بیئرنگ کی اوور ہیٹنگ، لبریکیشن آئل کے دباؤ کا نقصان، اور زیادہ لرزش۔

روتر کی اوور ہیٹنگ کا مکانیک

غیر متوازن سٹیٹر کارنٹ (مثال کے طور پر، منفی فیز سیکوئنس) روتر میں سسٹم کی فریکوئنسی (100/120 Hz) کے دو گنا ہرے کارنٹ کو پیدا کرتے ہیں، جس کی وجہ سے مقامی اوور ہیٹنگ ہوتی ہے۔ یہ روتر کے ریٹیننگ ویجز اور رنگز کو ضعیف کرتا ہے۔

بیرونی خرابیوں کی قسمیں
پاور سسٹم کی غیرمعمولی شرائط

• بیرونی شارٹ سرکٹ: گرڈ پر خرابیاں جنریٹر کے آپریشن کو متاثر کرتی ہیں۔

• غیر سینکرونائزڈ کنکشن: غلط جنریٹر پارلیلنگ کی وجہ سے نقصان۔

• اوورلوڈ/اوور سپیڈ: اچانک لوڈ شیڈنگ یا پرائم موور کنٹرول کی خرابی کی وجہ سے ہوتا ہے۔

• فیز کا غیر مساوی/منفی سیکوئنس: روتر میں ہرے کارنٹ کو پیدا کرتا ہے اور اوور ہیٹنگ کی وجہ بنتا ہے۔

• فریکوئنسی/ولٹیج کی تبدیلیاں: اوور یا انڈر فریکوئنسی یا ولٹیج جنریٹر کے اجزاء کو دباو میں لاتا ہے۔

جنریٹر کے حفاظتی دستیاب
کلیدی حفاظتی منصوبے
1. سٹیٹر کی خرابی کی حفاظت

• ڈفیرونشل ریلے: فیز کے درمیان اور فیز سے زمین تک خرابی کو ان پٹ/آؤٹ پٹ کارنٹ کے موازنہ کرتے ہوئے پہچانتا ہے۔

• زمین خرابی کی حفاظت: اوور کارنٹ ریلے (ریزسٹنس گرڈنگ کے لئے) یا ولٹیج ریلے (ٹرانسفرمر گرڈنگ کے لئے) کا استعمال کرتے ہوئے سٹیٹر گراؤنڈ خرابی کو پہچانتا ہے۔

2. روتر کی خرابی کی حفاظت

• زمین خرابی ریلے روتر کی وائنڈنگ اور شافٹ کے درمیان عایقیت کی خرابی کو نگرانی کرتے ہیں۔

3. غیر مساوی لوڈنگ کی حفاظت

• منفی فیز سیکوئنس کارنٹ اور ایکسٹیشن کے نقصان کی نگرانی کرتا ہے، جس کی وجہ سے ریفیکٹیو پاور کی فلو کی مسائل پیدا ہوتی ہیں۔

4. اوور ہیٹنگ کی حفاظت

• تھرمل ریلے یا ٹیمپریچر سینسر سٹیٹر وائنڈنگ اور بیئرنگ کی اوور ہیٹنگ کو پہچانتے ہیں؛ منفی فیز سیکوئنس ریلے روتر کی گرمی کو حل کرتے ہیں۔

5. مکینکل حفاظت

• اوور سپیڈ ریلے، لرزش سینسر، اور کم ویکوم/دباؤ سوئچ پرائم موور اور ٹربین کی خرابیوں سے بچاتے ہیں۔

6. بیک اپ اور معاون حفاظت

• ریورس پاور ریلے موتر آپریشن سے روکتے ہیں، جبکہ سٹیٹر گراؤنڈ خرابی کے لئے ڈفیرونشل ریلے بنیادی خرابی کی پہچان کرتے ہیں (تصویر 1 میں معمولی کنکشن کو دیکھیں)۔

• ڈفیرونشل ریلے: سٹیٹر وائنڈنگ کے دونوں سرے پر کارنٹ کا موازنہ کرتے ہوئے اندری خرابی کو پہچانتے ہیں۔

حفاظت کے اصول

• زیرو-سیکوئنس ولٹیج ڈیٹیکشن: ولٹیج ٹرانسفورمرز (VT) کے ذریعے ولٹیج کے عدم مساوی کو نگرانی کرتے ہوئے انٹر ٹرن خرابی کو پہچانتا ہے۔

• گراؤنڈنگ سسٹم کی تطبیق: حفاظتی منصوبے سٹیٹر گراؤنڈنگ کے طریقے (ریزسٹنس یا ٹرانسفرمر گرڈنگ) پر مبنی ہوتے ہیں، CTs یا VTs کا استعمال کرتے ہوئے خرابی کارنٹ/ولٹیج کو سینس کرتے ہیں۔

روتر وائنڈنگ کی خرابی کی حفاظتی مکانیک

وائنڈ روتر وائنڈنگ کی شارٹ سرکٹ خرابیوں کو اوور کارنٹ ریلے سے محفوظ کیا جاتا ہے، جو غیرمعمولی کارنٹ کی لہر کو پہچان کر جنریٹر کو ٹرپ کرتا ہے۔ زمین خرابی روتر وائنڈنگ کے لئے ایک اور خطرہ ہے، حالانکہ ان کی حفاظت کے لئے مخصوص مکانیکی طریقے کی ضرورت ہوتی ہے۔

بڑے حرارتی جنریٹروں میں، روتر یا فیلڈ وائنڈنگ عام طور پر گراؤنڈ ہوتا ہے، یعنی ایک ہی گراؤنڈ خرابی کارنٹ پیدا نہیں کرتی ہے۔ تاہم، ایک خرابی فیلڈ اور ایکسٹر سسٹم کو پورا ہوتا ہے۔ خرابی کی صورتحال میں فیلڈ یا مین جنریٹر بریکر کھولنے کی وجہ سے پیدا ہونے والے اضافی ولٹیج فیلڈ وائنڈنگ کی عایقیت کو دباو میں لاتے ہیں، جس کی وجہ سے دوسری گراؤنڈ خرابی پیدا ہوسکتی ہے۔ دوسری خرابی مقامی آئرن گرمی، روتر کی ڈسٹرشن اور خطرناک مکینکل عدم مساوی کی وجہ بنتی ہے۔

روتر زمین خرابی کی حفاظت میں عام طور پر ایک ریلے استعمال ہوتا ہے جو روتر کو ایک سیکنڈری AC ولٹیج کے ذریعے عایقیت کو نگرانی کرتا ہے۔ البتہ، ایک ولٹیج ریلے کو روتر سرکٹ کے اوپر لکیری اور غیر لکیری ریزسٹرز کے مجموعے (عام طور پر لکیری اور غیر لکیری ریزسٹرز کا مجموعہ) کے ساتھ سیریز میں استعمال کیا جاتا ہے۔ اس نیٹ ورک کا مرکزی نقطہ حساس ریلے کوائل (ANSI/IEEE/IEC کوڈ 64) کے ذریعے زمین سے جڑا ہوتا ہے۔ مدرن حفاظتی منصوبے لکیری اور غیر لکیری ریزسٹرز کے مجموعے کو بہتر خرابی کی پہچان اور عایقیت کی نگرانی کے لئے زیادہ ترجیح دیتے ہیں۔

فیلڈ کا نقصان اور اوور ایکسٹیشن کی حفاظت کی مکانیک

فیلڈ کا نقصان کو پہچاننے کے لئے ایک ریلے کا استعمال کیا جاتا ہے۔ ایک عام منصوبہ میں ایک آف سیٹ مہو (ایمپیڈنس) ریلے - جس کو جنریٹر کارنٹ ٹرانسفورمرز (CTs) اور ولٹیج ٹرانسفورمرز (VTs) کے ذریعے فراہم کیا جاتا ہے - کو لود امپیڈنس کا پیمائش کرتا ہے۔ ریلے کا عمل کرنے کے وقت اس کے آپریٹنگ کریکٹر کے اندر امپیڈنس کم ہوتا ہے۔ ایک ٹائم ریلے اگر لیڈنگ ریفیکٹیو پاور 1 سیکنڈ (معمولی ٹائم) تک برقرار رہے تو جنریٹر کو ٹرپ کرتا ہے۔

اوور ایکسٹیشن کی حفاظت

شروعات اور ختم کرنے کے دوران کور کی سیچریشن کو روکنے کے لئے اوور ایکسٹیشن کی حفاظت (ANSI/IEEE/IEC کوڈ 59) کو لاگو کیا جاتا ہے، جو کے مطابق ہوتا ہے:B = V/f
جہاں:

• B = میگنیٹک فلکس ڈینسٹی (ٹیسلا، T)

• V = لاگو کردہ ولٹیج (ولٹ، V)

• f = فریکوئنسی (ہرٹز، Hz)

کور فلکس کور کی سیچریشن کے نیچے رہنا چاہئے، یعنی ولٹیج صرف فریکوئنسی (رفتار) کے ساتھ تناسب میں بڑھ سکتی ہے۔ تیز ایکسٹیشن اوور ایکسٹیشن کا خطرہ بڑھاتا ہے، جس کو ولٹ پر ہرٹز ریلے کے ذریعے پہچانا جاتا ہے۔ یہ ریلے لکیری کریکٹر کے ساتھ آتے ہیں اور جب V/f مقررہ حد سے زیادہ ہوجاتا ہے تو ٹرپ کرتا ہے۔

سٹیٹر اور روتر کی اوور ہیٹنگ کی حفاظت

• سٹیٹر وائنڈنگز اور بیئرنگ: ریزسٹنس ٹیمپریچر ڈیٹیکٹرز (RTDs) اور تھرمیسٹرز کے ذریعے ٹیمپریچر کی نگرانی۔

• سٹیٹر فیز کا غیر مساوی: ٹائم-انورس اوور کارنٹ ریلے روتر کی زیادہ سے زیادہ گرمی کی تحمل کیپیسٹی کے مطابق ٹیم۔

• منفی فیز سیکوئنس کی حفاظت: مکین کو روتر کی اوور ہیٹنگ سے بچاتا ہے جو سٹیٹر کے غیر متوازن کارنٹ کی وجہ سے ہوتی ہے، جس کی وجہ سے روتر میں نقصان دہ ہرے کارنٹ پیدا ہوتے ہیں۔

قابل اعتماد حفاظتی نظامات کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ نقصان کو کم کیا جاسکے اور تعمیر کا وقت کم ہو، کیونکہ جنریٹروں پاور سسٹم کے سب سے مہنگے اجزاء ہوتے ہیں۔

یہ حفاظت ایک ریلے کا استعمال کرتی ہے جو کارنٹ ٹرانسفورمرز (CTs) کے ذریعے دو فیزوں میں کارنٹ کا موازنہ کرتا ہے، جیسے کہ تصویر 2 میں ظاہر کیا گیا ہے۔ حفاظتی سیٹنگز روتر کی گرمی کی مدت کے مطابق تعین کی جاتی ہیں، جس کو کیلکولیشن K = I²t (جوول کے قانون سے ماخوذ) سے تعریف کیا گیا ہے، جہاں I منفی سیکوئنس کارنٹ ہے اور t مدت ہے۔

ماخذ کے مطابق یہ شرائط کے لئے مینوفیکچرر کے ذریعے متعین کردہ معمولی ٹائم-کارنٹ کریوز پرائم موور کی قسم پر منحصر ہوتے ہیں، جیسے کہ مرجعی ڈیاگرام میں دکھایا گیا ہے۔

ریورس پاور، آؤٹ آف سٹیپ، اور فریکوئنسی/ولٹیج کی حفاظتی نظامات
ریورس پاور کی حفاظت (ANSI/IEEE/IEC کوڈ 32)

یہ حفاظت ایک پاور ڈائریکشنل ریلے کا استعمال کرتی ہے جو جنریٹر کے لوڈ کو نگرانی کرتا ہے، جس کو کارنٹ ٹرانسفورمرز (CTs) اور ولٹیج ٹرانسفورمرز (VTs) کے ذریعے فراہم کیا جاتا ہے (تصویر 3 میں دیکھیں)۔ ریلے منفی پاور فلو کو پہچان کر کام کرتا ہے - جس کا مطلب ہے کہ جنریٹر گرڈ سے پاور لے رہا ہے (موتر آپریشن) - اور ٹرپنگ کو شروع کرتا ہے تاکہ ٹربین کے نقصان کو روکا جا سکے۔

آؤٹ آف سٹیپ کی حفاظت

یہ حف