Protezione contro i cortocircuiti a terra del rotore

Protezione contro i guasti a terra del rotore nei generatori

Il rotore di un generatore è solitamente lasciato isolato, il che significa che rimane elettricamente isolato dal terreno. Di conseguenza, un singolo guasto dovuto al cedimento dell'isolamento non provocherà immediatamente un flusso significativo di corrente di guasto. Inizialmente, un tale guasto singolo potrebbe non avere un impatto severo sull'operazione del rotore. Tuttavia, se il guasto persiste, può danneggiare gradualmente l'avvolgimento del campo del generatore, potenzialmente portando a guasti del sistema e costose riparazioni. Per questo motivo, specialmente nei generatori di grandi dimensioni, un sistema di protezione contro i guasti a terra del rotore è essenziale per salvaguardare l'avvolgimento del campo.

Quando si verifica un singolo guasto a terra nel rotore, non è sempre necessario interrompere immediatamente l'intero sistema. Invece, il relè di protezione segnala semplicemente la presenza del guasto, permettendo agli operatori di programmare la rimozione del generatore dal servizio in un momento conveniente per la manutenzione e le riparazioni. Vengono utilizzati diversi metodi per la protezione contro i guasti a terra del rotore, e uno dei più comuni è descritto di seguito.

Protezione contro i guasti a terra del rotore utilizzando una resistenza elevata

In questo metodo, un componente a resistenza elevata viene collegato all'avvolgimento del campo del rotore. Il punto mediano di questa resistenza viene poi messo a terra tramite un relè sensibile. Quando si verifica un guasto a terra nel circuito del rotore, l'equilibrio elettrico risultante viene rilevato dal relè. Una volta identificato il guasto, il relè invia un comando di interruzione all'interruttore, avviando il processo di isolamento del componente difettoso.

Tuttavia, questo sistema ha un notevole svantaggio. Può rilevare efficacemente i guasti in gran parte del circuito del rotore, ma fatica a identificare con precisione i guasti esattamente al centro del rotore. Per risolvere questa limitazione, il punto di raccordo sulla resistenza può essere spostato dal centro a un'altra posizione. Facendo ciò, la sensibilità del sistema viene riconfigurata, consentendo al relè di rilevare i guasti anche al centro del rotore, migliorando così l'efficacia complessiva del meccanismo di protezione.

Metodi di iniezione AC e DC per la protezione contro i guasti a terra del rotore

Metodo di iniezione AC

Il metodo di iniezione AC per la protezione contro i guasti a terra del rotore prevede l'iniezione di corrente alternata nel circuito dell'avvolgimento del campo e nel terreno. Questa configurazione include un relè di soletto eccessivo sensibile e un condensatore limitatore di corrente. Quando si verifica un singolo guasto a terra nel rotore, crea un circuito chiuso che include la fonte di corrente alternata, il relè sensibile e il punto del guasto a terra. Di conseguenza, il relè è in grado di rilevare la presenza del guasto a terra rilevando i cambiamenti elettrici in questo nuovo circuito formatosi.

Tuttavia, questo metodo presenta diversi svantaggi significativi. Un problema principale è la corrente di perdita che passa attraverso il condensatore. Questa corrente di perdita perturba l'equilibrio del campo magnetico, causando un aumento dello stress sui cuscinetti magnetici del generatore. Inoltre, la corrente alternata presenta un'altra sfida: il relè potrebbe non reagire alla corrente normale che fluisce attraverso la capacità verso il terreno. Ciò significa che devono essere prese particolari precauzioni per prevenire la risonanza tra la capacità e l'induttanza del relè. La risonanza può causare condizioni elettriche anormali, potenzialmente portando a falsi positivi o falsi negativi nella rilevazione dei guasti, e può addirittura danneggiare il relè o altri componenti all'interno del sistema di protezione.

Metodo di iniezione DC: una soluzione alle sfide del sistema di iniezione AC

Le limitazioni intrinseche del sistema di iniezione AC per la protezione contro i guasti a terra del rotore possono essere efficacemente affrontate utilizzando il metodo di iniezione DC. Questo approccio alternativo si distingue per la sua semplicità e l'assenza di problemi di corrente di perdita, che sono gli svantaggi principali del sistema basato su AC.

Nel metodo di iniezione DC, la configurazione del circuito è semplice. Un terminale del relè sensibile è collegato all'eccitatore, mentre l'altro terminale è collegato al terminale negativo di una fonte di alimentazione DC. Il terminale positivo di questa fonte DC è messo a terra. Questa configurazione crea un percorso elettrico chiaro per la rilevazione dei guasti. Quando si verifica un guasto a terra nel rotore, chiude il circuito, permettendo alla corrente di guasto di fluire attraverso il percorso stabilito. Il relè sensibile, che fa parte di questo circuito, rileva prontamente la presenza della corrente di guasto, attivando un allarme o un'azione protettiva. Eliminando le complessità associate alle correnti di perdita e ai problemi di risonanza che affliggono il sistema di iniezione AC, il metodo di iniezione DC offre una soluzione più affidabile ed efficiente per la protezione contro i guasti a terra del rotore.