ローターアース故障保護

発電機のロータアース故障保護

発電機のロータは通常、接地されていません。つまり、地面から電気的に絶縁されています。そのため、単一の絶縁破損障害が発生しても、すぐに大きな障害電流が流れることはありません。当初、このような単一の障害はロータの動作に重大な影響を与えることはありません。しかし、障害が継続すると、徐々に発電機のフィールド巻線を損傷させ、システムの故障や高額な修理につながる可能性があります。このため、特に大型発電機では、フィールド巻線を保護するためにロータアース故障保護システムが不可欠です。

ロータに単一のアース障害が発生した場合でも、必ずしも直ちにシステム全体をトリップする必要はありません。代わりに、保護リレーは障害の存在を示すだけであり、オペレーターはメンテナンスと修理のために便利な時間に発電機を停止することをスケジューリングできます。ロータアース故障保護にはいくつかの方法が採用され、最も一般的な手法の一つについて以下で説明します。

高抵抗を使用したロータアース故障保護

この方法では、ロータのフィールド巻線に高抵抗コンポーネントを接続します。この抵抗の中点は感度の高いリレーを介して接地されます。ロータ回路にアース障害が発生すると、その結果生じる電気的なアンバランスがリレーによって検出されます。障害を特定すると、リレーは回路ブレーカーにトリップコマンドを送り、故障部品の分離プロセスを開始します。

ただし、このシステムには重要な欠点があります。ロータ回路の大部分の障害を効果的に検出することができますが、ロータの中心点での障害を正確に識別することは難しくなります。この制限に対処するために、抵抗のタップを中央から別の位置に移動することができます。これにより、システムの感度が再構成され、リレーはロータの中点での障害を検出できるようになり、保護メカニズム全体の効果性が向上します。

ロータアース故障保護のための交流注入法と直流注入法

交流注入法

ロータアース故障保護のための交流注入法では、フィールド巻線回路と地面に交流を注入します。この設定には感度の高い過電圧リレーと電流制限キャパシターが含まれています。ロータに単一のアース障害が発生すると、交流源、感度の高いリレー、アース障害点を含む閉ループ回路が形成されます。その結果、リレーはこの新しく形成された回路内の電気的変化を感知することでアース障害の存在を検出することができます。

ただし、この方法にはいくつかの重要な欠点があります。主な問題の一つはキャパシターを通るリーク電流です。このリーク電流は磁界のバランスを乱し、発電機の磁石ベアリングにストレスを増加させます。さらに、交流は別の課題を提起します：リレーはキャパシタンスを介して地面に流れる正常な電流に対して反応しない可能性があります。つまり、キャパシタンスとリレーのインダクタンスとの間に共振が発生しないように特別な注意が必要です。共振は異常な電気状態を引き起こし、障害検出における誤報や見落としにつながり、リレーまたは保護システム内の他の部品を損傷する可能性があります。

直流注入法：交流注入システムの課題に対する解決策

ロータアース故障保護のための交流注入システムの制限は、直流注入法を使用することで効果的に解決できます。この代替アプローチはそのシンプルさとリーク電流の問題がないことにより、交流ベースのシステムの主要な欠点を克服しています。

直流注入法では、回路構成は単純です。感度の高いリレーの一端はエキサイトャに接続され、もう一端はDC電源の負極に接続されます。このDC電源の正極は接地されます。この設定により、障害検出のための明確な電気経路が作られます。ロータにアース障害が発生すると、回路が閉じて障害電流が確立された経路を流れるようになります。この回路の一部である感度の高いリレーは迅速に障害電流の存在を検出し、アラートや保護アクションをトリガーします。リーク電流と共振の問題を排除することで、直流注入法はロータアース故障保護においてより信頼性が高く効率的なソリューションを提供します。