ژنراتور د کړنده حفاظت

پروتکسیون دیفرانسیل ژنراتور

پروتکسیون دیفرانسیل برای ژنراتور اصلی به منظور حفاظت از پیچ‌های استاتور در برابر خطاها و فاز-به-فاز است. خطاها در پیچ‌های استاتور تهدید قابل توجهی هستند که می‌توانند آسیب جدی به ژنراتور وارد کنند. برای محافظت از پیچ‌های استاتور، سیستم پروتکسیون دیفرانسیل استفاده می‌شود تا خطاها را در کوتاه‌ترین زمان ممکن برطرف کند و بدین طریق میزان آسیب را به حداقل برساند.

سیستم جریان گردشی مرز-پرایز

در این طرح حفاظتی، جریان‌های در دو سمت بخش محافظت شده مقایسه می‌شوند. در حالت عادی، مقدار جریان‌ها در پیچ‌های ثانویه ترانسفورماتورهای جریان برابر هستند. اما وقتی خطا رخ می‌دهد، یک جریان کوتاه‌مداری از سیستم می‌گذرد که باعث می‌شود مقدار جریان‌ها متفاوت شوند. این تفاوت در جریان در شرایط خطا از طریق پیچ عملیاتی رله می‌گذرد.

هنگامی که جریان از آستانه تعیین شده بیشتر شود، رله تماس‌های خود را بسته و مداربر قطع می‌کند. این عمل بخش خراب را از بقیه سیستم جدا می‌کند. چنین سیستم حفاظتی به نام سیستم جریان گردشی مرز-پرایز شناخته می‌شود که در شناسایی و پاسخ به خطاها و فاز-به-فاز بسیار مؤثر است.

اتصال سیستم پروتکسیون دیفرانسیل

سیستم پروتکسیون دیفرانسیل نیازمند دو ترانسفورماتور جریان یکسان است که در دو طرف بخش محافظت شده نصب می‌شوند. پایانه‌های ثانویه این ترانسفورماتورهای جریان به صورت ستاره اتصال داده می‌شوند و پایانه‌های آنها از طریق سیم‌های هدایتی به هم متصل می‌شوند. در حالی که پیچ‌های رله به صورت دلتا اتصال داده می‌شوند. نقاط خنثی ترانسفورماتورهای جریان و رله به یک نقطه مشترک متصل می‌شوند. این نوع اتصال خاص اطمینان می‌دهد که عدم توازن جریان به درستی تشخیص داده شود و خطا به سرعت جدا شود.

رله به طوری اتصال داده می‌شود که در نقاط هم‌پتانسیل سه سیم هدایتی قرار گیرد تا هر ترانسفورماتور جریان بار مساوی تحمل کند. چون نقطه میانی هر سیم هدایتی نقطه هم‌پتانسیل آن است، رله به طور استراتژیک در نقطه میانی این سیم‌ها قرار می‌گیرد.

برای عملکرد بهینه سیستم پروتکسیون دیفرانسیل، ضروری است که پیچ‌های رله نزدیک به ترانسفورماتورهای جریان در نزدیکی مدار اصلی قرار گیرند. این کار می‌تواند با قرار دادن مقاومت‌های تعادلی در سری با سیم‌های هدایتی، به طور موثر نقاط هم‌پتانسیل را به نزدیکی مداربر اصلی منتقل کند.

اصول کاری سیستم پروتکسیون دیفرانسیل

فرض کنید یک خرابی عایق در فاز R شبکه رخ دهد که باعث خطا می‌شود. در نتیجه، جریان‌های در پیچ‌های ثانویه ترانسفورماتورهای جریان نامتوازن می‌شوند. این عدم توازن جریان‌های دیفرانسیلی ایجاد می‌کند که از طریق پیچ رله می‌گذرند. در نتیجه، رله فعال شده و دستور قطع مداربر را صادر می‌کند و بخش خراب را از بقیه سیستم جدا می‌کند.

اما این سیستم حفاظتی یک محدودیت مهم دارد: حساسیت بالا به جریان تخلیه مغناطیسی ترانسفورماتور. جریان تخلیه می‌تواند باعث خرابی رله شود. برای حل این مشکل، یک رله دیفرانسیل متعادل استفاده می‌شود. این نوع رله اجازه می‌دهد تا سطحی از جریان نامتوازن از طریق پیچ خود عبور کند بدون اینکه عملیات غیر ضروری را فعال کند.

برای کاهش بیشتر تأثیر جریان تخلیه مغناطیسی، یک پیچ محدودکننده در طراحی اضافه می‌شود. این پیچ محدودکننده به طور موثر تأثیر جریان تخلیه را کاهش می‌دهد و رله را از قطع غیرضروری ناشی از جریان تخلیه مغناطیسی محروم می‌کند. رله‌های مجهز به چنین ساختاری به عنوان رله‌های دیفرانسیل متعادل شناخته می‌شوند.

سناریوی خطا و عملکرد رله

وقتی خطا بین هر دو فاز، مثلاً بین فاز Y و B، رخ می‌دهد، یک جریان کوتاه‌مداری از طریق این دو فاز می‌گذرد. این خطا توازن جریان‌های عبوری از طریق ترانسفورماتورهای جریان (CTs) را مختل می‌کند. در نتیجه، یک جریان دیفرانسیل از طریق پیچ عملیاتی رله می‌گذرد و باعث می‌شود رله تماس‌های خود را باز کند و بخش خراب را از سیستم الکتریکی جدا کند.

مشکلات سیستم پروتکسیون دیفرانسیل

در یک سیستم پروتکسیون دیفرانسیل، معمولاً از یک سیم مقاومت خنثی برای کاهش تأثیرات جریان‌های خطای زمینی استفاده می‌شود. اما وقتی خطا نزدیک به نقطه خنثی رخ می‌دهد، یک نیروی الکتروموتوریک کوچک یک جریان کوتاه‌مداری نسبتاً کوچک را از طریق خنثی می‌فرستد. مقاومت زمین‌گیری خنثی این جریان را بیشتر کاهش می‌دهد. در نتیجه، فقط یک جریان کمی به رله می‌رسد. چون این جریان کمی برای فعال کردن پیچ رله کافی نیست، خطا ممکن است تشخیص داده نشود و به آسیب دیدن ژنراتور منجر شود.

طرح بهبود یافته سیستم پروتکسیون دیفرانسیل

برای حل مشکل ذکر شده، یک طرح بهبود یافته سیستم پروتکسیون دیفرانسیل توسعه یافته است. این طرح بهبود یافته شامل دو عنصر مجزا است: یکی برای حفاظت در برابر خطاها فازی و دیگری برای حفاظت در برابر خطاها زمینی.

عناصر حفاظت فازی به صورت ستاره اتصال داده می‌شوند همراه با یک مقاومت. در حالی که رله خطا زمینی بین عناصر فازی ستاره‌ای و نقطه خنثی قرار می‌گیرد. به طور خاص، دو عنصر خطا فازی، همراه با یک مقاومت تعادلی، به صورت ستاره اتصال داده می‌شوند و سپس رله خطا زمینی بین اتصال ستاره و سیم هدایتی خنثی متصل می‌شود. این کنفیگوراسیون قابلیت سیستم را برای تشخیص دقیق و پاسخ به خطاها فازی و زمینی افزایش می‌دهد و قابلیت اطمینان کلی سیستم پروتکسیون دیفرانسیل را بهبود می‌بخشد.

مدار ستاره‌ای تقارن نشان می‌دهد که هر جریان بیش از حد متوازن که از نقطه گردش جریان می‌آید از طریق رله خطا زمینی عبور نمی‌کند. بنابراین، در این سیستم، رله خطا زمینی حساس می‌تواند با سطح بالایی از پایداری عمل کند و خطاها زمینی را به طور قابل اعتماد تشخیص دهد بدون اینکه توسط نوسانات جریان متوازن عادی فعال شود.