Rotorerdfehlerschutz
Rotor-Erdschluss-Schutz in Generatoren
Der Rotor eines Generators ist in der Regel nicht geerdet, was bedeutet, dass er elektrisch vom Boden isoliert bleibt. Daher führt ein einzelner Isolierdefekt nicht sofort zu einem signifikanten Fehlerstrom. Anfangs kann ein solcher Einzelfehler den Betrieb des Rotors nicht stark beeinträchtigen. Wenn der Fehler jedoch andauert, kann er die Feldwicklung des Generators schrittweise beschädigen und möglicherweise zu Systemausfällen und kostspieligen Reparaturen führen. Aus diesem Grund ist insbesondere bei großen Generatoren ein Rotor-Erdschluss-Schutzsystem essentiell, um die Feldwicklung zu schützen.
Wenn ein einzelner Erdschluss im Rotor auftritt, ist es nicht immer notwendig, das gesamte System sofort abzuschalten. Stattdessen signalisiert der Schutzrelais lediglich die Anwesenheit des Fehlers, sodass die Bediener den Generator zu einem geeigneten Zeitpunkt für Wartung und Reparaturen aus dem Betrieb nehmen können. Es werden mehrere Methoden für den Rotor-Erdschluss-Schutz eingesetzt, und eine der gängigsten Ansätze wird unten beschrieben.
Rotor-Erdschluss-Schutz mit hoher Widerstandswert
Bei dieser Methode wird ein hochwertiger Widerstand über die Feldwicklung des Rotors geschaltet. Der Mittelpunkt dieses Widerstands wird dann über ein empfindliches Relais geerdet. Wenn ein Erdschluss im Rotorkreis auftritt, wird die resultierende elektrische Ungleichgewicht durch das Relais erkannt. Nach der Identifizierung des Fehlers sendet das Relais einen Abschaltbefehl an den Leistungsabschalter, um den Prozess der Isolierung des defekten Komponenten zu initiieren.
Dieses System hat jedoch einen signifikanten Nachteil. Es kann Fehler in den meisten Teilen des Rotorkreises effektiv erkennen, aber es hat Schwierigkeiten, Fehler genau im Zentrum des Rotors zu identifizieren. Um diese Einschränkung zu beheben, kann der Anschluss am Widerstand vom Zentrum an eine andere Position verschoben werden. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Systems neu konfiguriert, sodass das Relais auch Fehler im Mittelpunkt des Rotors erkennen kann, wodurch die Gesamteffektivität des Schutzmechanismus verbessert wird.
AC- und DC-Injektionsmethoden für den Rotor-Erdschluss-Schutz
AC-Injektionsmethode
Die AC-Injektionsmethode für den Rotor-Erdschluss-Schutz beinhaltet die Injektion von Wechselstrom in den Feldwindungskreis und den Boden. Diese Konfiguration enthält ein empfindliches Überspannungsrelais und einen strombegrenzenden Kondensator. Wenn ein einzelner Erdschluss im Rotor auftritt, entsteht ein geschlossener Kreis, der den Wechselstromquelle, das empfindliche Relais und den Punkt des Erdschlusses einschließt. Das Relais kann so die Anwesenheit des Erdschlusses durch die Erfassung der elektrischen Veränderungen in diesem neu gebildeten Kreis feststellen.
Diese Methode hat jedoch einige signifikante Nachteile. Ein Hauptproblem ist der Leckstrom, der durch den Kondensator fließt. Dieser Leckstrom stört das magnetische Feldgleichgewicht und führt zu erhöhtem Druck auf die magnetischen Lager des Generators. Darüber hinaus stellt der Wechselstrom eine weitere Herausforderung dar: Das Relais kann auf den normalen Strom, der durch die Kapazität zum Boden fließt, nicht reagieren. Dies bedeutet, dass besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen, um Resonanz zwischen der Kapazität und der Induktivität des Relais zu verhindern. Resonanz kann zu unnormalen elektrischen Zuständen führen, die potenziell zu falsch positiven oder falsch negativen Fehlersignalen führen und sogar das Relais oder andere Komponenten im Schutzsystem beschädigen können.
DC-Injektionsmethode: Eine Lösung für die Herausforderungen des AC-Injektionssystems
Die in der AC-Injektionsmethode für den Rotor-Erdschluss-Schutz vorhandenen Einschränkungen können durch die Verwendung der DC-Injektionsmethode effektiv adressiert werden. Dieser alternative Ansatz zeichnet sich durch seine Einfachheit und die Abwesenheit von Leckstromproblemen aus, die wichtige Nachteile des AC-basierten Systems sind.
Bei der DC-Injektionsmethode ist die Schaltungsaufbau einfach. Ein Terminal des empfindlichen Relais wird an den Anreger angeschlossen, während das andere Terminal mit dem negativen Terminal einer DC-Stromquelle verbunden wird. Das positive Terminal dieser DC-Quelle ist geerdet. Diese Konfiguration schafft einen klaren elektrischen Pfad zur Fehlersuche. Wenn ein Erdschluss im Rotor auftritt, schließt er den Kreis und ermöglicht, dass der Fehlerspannung durch den etablierten Pfad fließt. Das empfindliche Relais, das Teil dieses Kreises ist, erkennt die Anwesenheit des Fehlerspannung schnell und löst eine Warnmeldung oder einen Schutzvorgang aus. Durch die Beseitigung der Komplexitäten, die mit Leckströmen und Resonanzproblemen verbunden sind, die das AC-Injektionssystem belasten, bietet die DC-Injektionsmethode eine zuverlässigere und effizientere Lösung für den Rotor-Erdschluss-Schutz.
