Protection de défaut à la terre du rotor

Protection contre les défauts de terre du rotor dans les générateurs

Le rotor d'un générateur est généralement laissé non mis à la terre, ce qui signifie qu'il reste électriquement isolé du sol. Par conséquent, une seule panne d'isolation n'entraînera pas immédiatement un courant de défaut significatif. Initialement, une telle panne unique peut ne pas affecter gravement le fonctionnement du rotor. Cependant, si la panne persiste, elle peut endommager progressivement l'enroulement de champ du générateur, potentiellement conduisant à des pannes de système et des réparations coûteuses. Pour cette raison, en particulier pour les grands générateurs, un système de protection contre les défauts de terre du rotor est essentiel pour protéger l'enroulement de champ.

Lorsqu'un défaut de terre unique se produit dans le rotor, il n'est pas toujours nécessaire de déclencher immédiatement tout le système. Au lieu de cela, le relais de protection signale simplement la présence de la panne, permettant aux opérateurs de planifier le retrait du générateur du service à un moment opportun pour la maintenance et les réparations. Plusieurs méthodes sont utilisées pour la protection contre les défauts de terre du rotor, et l'une des approches les plus courantes est décrite ci-dessous.

Protection contre les défauts de terre du rotor à l'aide d'une résistance élevée

Dans cette méthode, un composant de haute résistance est connecté à travers l'enroulement de champ du rotor. Le milieu de cette résistance est ensuite mis à la terre via un relais sensible. Lorsqu'un défaut de terre se produit dans le circuit du rotor, le déséquilibre électrique résultant est détecté par le relais. À l'identification de la panne, le relais envoie une commande de déclenchement au disjoncteur, initiant le processus d'isolement du composant défectueux.

Cependant, ce système présente un inconvénient majeur. Il peut détecter efficacement les pannes sur la plupart du circuit du rotor, mais il éprouve des difficultés à identifier précisément les pannes au point central du rotor. Pour remédier à cette limitation, le point de prélèvement sur la résistance peut être déplacé du centre vers une autre position. En faisant cela, la sensibilité du système est reconfigurée, permettant au relais de détecter les pannes même au milieu du rotor, améliorant ainsi l'efficacité globale du mécanisme de protection.

Méthodes d'injection AC et DC pour la protection contre les défauts de terre du rotor

Méthode d'injection AC

La méthode d'injection AC pour la protection contre les défauts de terre du rotor consiste à injecter un courant alternatif dans le circuit de l'enroulement de champ et le sol. Ce montage comprend un relais de surtension sensible et un condensateur limitant le courant. Lorsqu'un défaut de terre unique se produit dans le rotor, il crée un circuit fermé qui comprend la source de courant alternatif, le relais sensible et le point de défaut de terre. Ainsi, le relais est capable de détecter la présence du défaut de terre en percevant les changements électriques dans ce nouveau circuit formé.

Cependant, cette méthode présente plusieurs inconvénients majeurs. Un problème majeur est le courant de fuite qui passe à travers le condensateur. Ce courant de fuite perturbe l'équilibre du champ magnétique, entraînant une augmentation de la contrainte sur les paliers magnétiques du générateur. De plus, le courant alternatif présente un autre défi : le relais peut ne pas répondre au courant normal qui circule à travers la capacité vers le sol. Cela signifie que des précautions spéciales doivent être prises pour empêcher la résonance entre la capacité et l'inductance du relais. La résonance peut causer des conditions électriques anormales, potentiellement conduisant à des faux positifs ou des faux négatifs dans la détection des pannes, et peut même endommager le relais ou d'autres composants du système de protection.

Méthode d'injection DC : une solution aux défis du système d'injection AC

Les limitations inhérentes au système d'injection AC pour la protection contre les défauts de terre du rotor peuvent être efficacement résolues par l'utilisation de la méthode d'injection DC. Cette approche alternative se distingue par sa simplicité et l'absence de problèmes de courant de fuite, qui sont des inconvénients majeurs du système basé sur l'AC.

Dans la méthode d'injection DC, la configuration du circuit est simple. Une borne du relais sensible est connectée à l'excitatrice, tandis que l'autre borne est liée à la borne négative d'une source de puissance DC. La borne positive de cette source DC est mise à la terre. Ce montage crée un chemin électrique clair pour la détection des pannes. Lorsqu'un défaut de terre se produit dans le rotor, il ferme le circuit, permettant au courant de défaut de circuler à travers le chemin établi. Le relais sensible, qui fait partie de ce circuit, détecte rapidement la présence du courant de défaut, déclenchant une alerte ou une action de protection. En éliminant les complexités associées aux courants de fuite et aux préoccupations de résonance qui plombent le système d'injection AC, la méthode d'injection DC offre une solution plus fiable et efficace pour la protection contre les défauts de terre du rotor.