حفاظات دیفرانسیل ژنراتور

حفاظت دیفرانسیل ژنراتور

حفاظت دیفرانسیل برای ژنراتور عمدتاً سیم‌پیچ‌های استاتور را در برابر خطاهاي زمینی و بین فازی محافظت می‌کند. خطاهاي سیم‌پیچ استاتور تهدید قابل توجهی هستند که می‌توانند آسیب جدی به ژنراتور وارد کنند. برای حفاظت از سیم‌پیچ‌های استاتور، از سیستم حفاظت دیفرانسیل برای رفع خطاها در کوتاه‌ترین زمان ممکن استفاده می‌شود، بدین ترتیب میزان آسیب را به حداقل می‌رساند.

سیستم جریان دوره‌ای مرز-پرایز

در این طرح حفاظتی، جریان‌های دو انتهای بخش محافظت شده مقایسه می‌شوند. در حالت نرمال، مقدار جریان‌های در دومین دیواره ترانسفورماتورهای جریان برابر است. اما در صورت وقوع خطا، جریان کوتاه مداری از طریق سیستم جریان می‌یابد که باعث واگرایی مقدار جریان‌ها می‌شود. این تفاوت جریان در شرایط خطا از طریق سیم پیچ عملیاتی رله منتقل می‌شود.

وقتی جریان از آستانه تعیین شده عبور کند، رله تماس‌های خود را بسته و موجب تریپ شدن دیود برقص می‌شود. این عمل بخش خراب را از بقیه سیستم جدا می‌کند. چنین مکانیزم حفاظتی به عنوان سیستم جریان دوره‌ای مرز-پرایز شناخته می‌شود که در تشخیص و واکنش به خطاهای زمینی و بین فازی بسیار مؤثر است.

اتصال سیستم حفاظت دیفرانسیل

سیستم حفاظت دیفرانسیل نیازمند دو ترانسفورماتور جریان یکسان است که در دو طرف منطقه محافظت شده نصب می‌شوند. انتهای دومین دیواره این ترانسفورماتورهای جریان به صورت ستاره‌ای متصل می‌شوند و انتهای آن‌ها از طریق سیم‌های هادی به هم متصل می‌شوند. در حالی که سیم‌پیچ‌های رله به صورت مثلثی متصل می‌شوند. نقاط متعادل ترانسفورماتورهای جریان و رله سپس به یک نقطه مشترک متصل می‌شوند. این نوع اتصال خاص مطمئن می‌شود که عدم توازن جریان به درستی تشخیص داده شود و خطا به سرعت جدا شود.

رله به صورت موازی با نقاط پتانسیل یکسان سه سیم هادی متصل می‌شود تا مطمئن شود که هر ترانسفورماتور جریان بار مساوی تحمل کند. چون نقطه میانی هر سیم هادی نقطه پتانسیل یکسان آن را نشان می‌دهد، رله به طور استراتژیک در نقطه میانی این سیم‌ها قرار می‌گیرد.

برای عملکرد بهینه سیستم حفاظت دیفرانسیل، ضروری است که سیم‌پیچ‌های رله نزدیک ترانسفورماتورهای جریان در نزدیکی مدار اصلی قرار گیرند. این کار می‌تواند با وارد کردن مقاومت‌های تعادلی به صورت سری با سیم‌های هادی، به طور موثر نقاط پتانسیل یکسان را به نزدیکی دیود برقص اصلی منتقل کند.

اصول کار سیستم حفاظت دیفرانسیل

فرض کنید یک شکست عایق در فاز R شبکه رخ دهد که باعث خطا می‌شود. به عنوان نتیجه، جریان‌های در دومین دیواره ترانسفورماتورهای جریان نامتوازن می‌شوند. این نامتوازنی جریان‌های دیفرانسیلی ایجاد می‌کند که از طریق سیم پیچ رله جریان می‌یابند. در نتیجه، رله فعال می‌شود و دستور تریپ به دیود برقص می‌دهد و بخش خراب را از بقیه سیستم جدا می‌کند.

با این حال، این سیستم حفاظتی یک محدودیت مهم دارد: آن بسیار حساس به جریان رشد مغناطیسی ترانسفورماتور است. جریان رشد می‌تواند باعث عملکرد نامطلوب رله شود. برای حل این مشکل، از رله دیفرانسیل چوله استفاده می‌شود. این نوع رله اجازه می‌دهد تا مقداری از جریان نامتوازن از طریق سیم پیچ خود عبور کند بدون اینکه عملکرد غیرضروری ایجاد شود.

برای کاهش بیشتر تأثیر جریان رشد مغناطیسی، یک سیم پیچ مهار کننده در طراحی اضافه می‌شود. سیم پیچ مهار کننده مؤثر است در کاهش تأثیر جریان رشد و رله را از تریپ غیرضروری ناشی از جریان رشد مغناطیسی محکم می‌کند. رله‌های مجهز به چنین پیکربندی‌ای به عنوان رله‌های دیفرانسیل چوله شناخته می‌شوند.

سناریوی خطا و عملکرد رله

وقتی خطا بین هر دو فاز، مثلاً بین فاز Y و B رخ می‌دهد، جریان کوتاه مداری از طریق این دو فاز جریان می‌یابد. این خطا توازن جریان‌های عبوری از ترانسفورماتورهای جریان (CTs) را مختل می‌کند. در نتیجه، یک جریان دیفرانسیل از طریق سیم پیچ عملیاتی رله عبور می‌کند، که باعث تریپ رله و باز کردن تماس‌های آن می‌شود و بخش خراب را از سیستم الکتریکی جدا می‌کند.

مشکلات سیستم حفاظت دیفرانسیل

در یک سیستم حفاظت دیفرانسیل، معمولاً از یک سیم مقاومتی متعادل برای کاهش تأثیرات منفی جریان‌های خطا زمینی استفاده می‌شود. اما وقتی خطا زمینی نزدیک به نقطه متعادل رخ می‌دهد، یک نیروی الکتروموتوریک کوچک جریان کوتاه مداری کوچکی را که از طریق متعادل جریان می‌یابد، ایجاد می‌کند. مقاومت زمین کردن متعادل این جریان را بیشتر کاهش می‌دهد. بنابراین، تنها جریان کمی به رله می‌رسد. چون این جریان کم برای فعال کردن سیم پیچ رله کافی نیست، ممکن است خطا تشخیص داده نشود و منجر به آسیب به ژنراتور شود.

طرح سیستم حفاظت دیفرانسیل اصلاح شده

برای حل مشکل فوق، یک طرح بهبود یافته از سیستم حفاظت دیفرانسیل توسعه یافته است. این طرح اصلاح شده شامل دو عنصر متمایز است: یکی برای حفاظت در برابر خطاهای فاز و دیگری برای حفاظت در برابر خطاهای زمینی.

عناصر حفاظت فازی به صورت ستاره‌ای با یک مقاومت متصل می‌شوند. در حالی که رله خطا زمینی بین عناصر فازی ستاره‌ای و نقطه متعادل قرار دارد. به طور خاص، دو عنصر خطا فازی همراه با یک مقاومت تعادلی به صورت ستاره‌ای متصل می‌شوند و سپس رله خطا زمینی بین اتصال ستاره‌ای و سیم هادی متعادل متصل می‌شود. این پیکربندی توانایی سیستم را در تشخیص و واکنش به هر دو نوع خطا فازی و زمینی بهبود می‌بخشد و در نتیجه قابلیت اطمینان سیستم حفاظت دیفرانسیل را افزایش می‌دهد.

مدار ستاره‌ای متقارن است که مطمئن می‌شود هر جریان متعادل اضافی که از نقطه جریان دوره‌ای نشأت می‌گیرد از طریق رله خطا زمینی عبور نکند. بنابراین، در این سیستم، رله خطا زمینی حساس می‌تواند با سطح بالایی از پایداری عمل کند، خطاهاي زمینی را به طور قابل اعتماد تشخیص دهد بدون اینکه توسط نوسانات متعادل جریان عادی فعال شود.