Protecció de generadors
Un generador està subjecte a tensions elèctriques imposades a l'aïllament de la màquina, forces mecàniques que actuen sobre les diverses parts de la màquina i augment de temperatura. Aquests són els factors principals que fan necessària la protecció del generador o alternador. Encara que s'utilitzi correctament, una màquina en condicions perfectes no només manté el seu rendiment especificat durant molts anys, sinó que també suporta repetidament cert excessos de sobrecàrrega.
Cal prendre mesures preventives contra les sobrecàrregues i les condicions anòmals de la màquina perquè pugui servir de manera segura. Així, encara assegurant un disseny, construcció, operació i mitjans preventius eficients – el risc d'un defecte no es pot eliminar completament de cap màquina. Els dispositius utilitzats en la protecció del generador, asseguren que quan surt un defecte, aquest es elimina tan ràpidament com sigui possible.
Un generador elèctric pot estar subjecte a un defecte intern o extern o ambdós. Els generadors normalment estan connectats a un sistema elèctric de potència, per tant, qualsevol defecte que ocorri en el sistema de potència hauria de ser eliminat del generador tan aviat com sigui possible, ja que podria causar danys permanents al generador.
El nombre i la varietat de defectes que ocorren en un generador són enormes. És per això que el generador o alternador està protegit amb diversos esquemes protectors. La protecció del generador és de tipus discriminatiu i no discriminatiu. Es ha de prestar gran atenció en coordinar els sistemes utilitzats i les configuracions adoptades per assegurar que es consiga un esquema de protecció del generador sensible, selectiu i discriminatiu.
Tips de protecció del generador
Les diverses formes de protecció aplicades al generador es poden categoritzar de dues maneres,
Relès protectors per detectar defectes que ocorren fora del generador.
Relès protectors per detectar defectes que ocorren dins del generador.
A més dels relès protectors associats directament al generador i al seu transformador associat, hi ha paraulles de llamp, salvaguards de sobrespeed, dispositius de flux d'oli i dispositius de mesura de temperatura per a rodaments de fus, bobinat stator, bobinat de transformador i oli de transformador, etc. Alguns d'aquests arreplegaments protectors són de tipus no tripulant, és a dir, només generen alarmes durant les anormalitats.
Però els altres esquemes protectors finalment operen el relè de desconnectar principal del generador. Cal tenir en compte que cap relè protector pot prevenir un defecte, només indica i minimitza la durada del defecte per prevenir un augment de temperatura elevat en el generador, en cas contrari, hi pot haver danys permanents.
És desitjable evitar qualsevol tensió indeguda en el generador, i per això és pràctica habitual instal·lar capacitores de sorra o divertidors de sorra, o tots dos, per reduir els efectes dels llamps i altres punxes de tensió en la màquina. Els esquemes de protecció normalment aplicats al generador es discuteixen aquí a continuació breument.
Protecció contra la fallida de l'aïllament
La principal protecció proporcionada al bobinat del stator contra defectes entre fases o fase a terra, és la protecció diferencial longitudinal del generador. El segon esquema de protecció més important per al bobinat del stator és la protecció contra defectes interturn.
Aquest tipus de protecció es considerava innecessari en dies passats perquè la fallida de l'aïllament entre punts en el mateix bobinat de fase, contingut en la mateixa ranura, i entre els quals existeix una diferència de potencial, canvia molt ràpidament en un defecte a terra, i llavors és detectat pel sistema de protecció diferencial del stator o la protecció contra defectes a terra del stator.
Un generador està dissenyat per produir una tensió relativament alta en comparació amb la seva sortida i, per tant, conté un gran nombre de conductors per ranura. Amb l'augment de la mida i la tensió del generador, aquesta forma de protecció està esdevenint essencial per a totes les unitats de generació grans.
Protecció contra defectes a terra del stator
Quan el neutre del stator està aterrado a través d'un resistor, un transformador de corrent s'instal·la en la connexió neutre a terra. Un relè de temps invers s'utilitza a través de la segona ànfora del TC quan el generador està connectat directament a la barra. En el cas que el generador alimenti energia a través d'un transformador delta-estrella, s'utilitza un relè instantani per al mateix propòsit.
En el primer cas, el relè de defectes a terra cal graduar-lo amb altres relès de defectes del sistema. És per això que es fa servir un relè de temps invers en aquest cas. Però en el segon cas, el bucle de defectes a terra queda restringit al bobinat del stator i al bobinat primari del transformador, per tant, no cal graduar ni discriminar amb altres relès de defectes a terra del sistema. És per això que el Relè Instantani és preferible en aquest cas.
Protecció contra defectes a terra del rotor
Un únic defecte a terra no crea cap problema major en el generador, però si es produeix un segon defecte a terra, part del bobinat de camp quedarà curtejat i resultarà en un camp magnètic desequilibrat al sistema i, en conseqüència, hi pot haver danys mecànics majors als rodaments del generador. Hi ha tres mètodes disponibles per detectar aquests tipus de defectes en el rotor. Els mètodes són
Mètode del potenciòmetre
Mètode d'injecció AC
Mètode d'injecció DC
Protecció contra càrrega desequilibrada del stator
L'desequilibri en la càrrega produeix corrents de seqüència negativa al circuit del stator. Aquesta corrent de seqüència negativa produeix un camp de reacció que gira a doble velocitat síncrona respecte al rotor i, per tant, induix una corrent de doble freqüència en el rotor. Aquesta corrent és bastant gran i provoca sobreaqueciment en el circuit del rotor, especialment en l'alternador.
Si algun desequilibri es produeix per un defecte en el bobinat del stator mateix, això seria netejat instantàniament per la protecció diferencial proporcionada al generador. Si el desequilibri es produeix per qualsevol defecte extern o càrrega desequilibrada en el sistema, pot quedar sense detectar o persistir durant un període significatiu de temps depenent de la coordinació de la protecció del sistema. Aquests defectes llavors es netegen instal·lant un relè de seqüència de fase negativa amb les característiques per a encaixar la corba de resistència de la màquina.
Protecció contra el sobreaqueciment del stator
La sobrecàrrega pot causar sobreaqueciment en el bobinat del stator del generador. No només la sobrecàrrega, la fallida dels sistemes de refrigeració i la fallida de l'aïllament de les laminacions del stator també causen sobreaqueciment del bobinat del stator.
El sobreaqueciment es detecta amb detectors de temperatura incrustats en diversos punts del bobinat del stator. Les bobines dels detectors de temperatura són normalment elements de resistència que formen un braç del circuit de pont de Wheatstone. En el cas de generadors més petits, normalment inferiors a 30 MW, els generadors no estan equipats amb bobines de temperatura incrustades, però normalment porten relés tèrmics i estan disposats per mesurar la corrent que flueix en el bobinat del stator.
Aquesta disposició només detecta el sobreaqueciment causat per la sobrecàrrega i no proporciona cap protecció contra el sobreaqueciment degut a la fallida dels sistemes de refrigeració o laminacions de stator curtejades. Tot i això, els relès de sobrecorrent, relés de seqüència de fase negativa i dispositius per monitoritzar el flux constant també s'utilitzen per proporcionar un cert grau de protecció de sobrecàrrega tèrmica.
Protecció contra baix nivell de vacuom
Aquesta protecció, normalment, té la forma d'un regulador que compara el nivell de vacuom contra la pressió atmosfèrica, generalment s'instal·la en conjunts de generadors superiors a 30 MW. La pràctica moderna és que el regulador descarregui el conjunt a través del governador secundari fins que es restablin les condicions normals de vacuom. Si les condicions de vacuom no milloren a sota de 21 polzades, les vannes d'atur es tanquen i el interruptor principal es dispara.
Protecció contra la fallida d'oli de lubrificació
Aquesta protecció no es considera essencial ja que l'oli de lubrificació normalment es obté de la mateixa bomba que l'oli del governador i una fallida de l'oli del governador farà que la vana d'atur es tanqui automàticament.
Protecció contra la pèrdua de combustió de la caldera
Hi ha dos mètodes disponibles per detectar la pèrdua de combustió de la caldera. En el primer mètode, es proporcionen contactes oberts (NO) amb els motors de ventiladors que podrien disparar el generador si més de dos motors fallen. Els segons mètodes utilitzen contactes de pressió de la caldera que descarreguen el generador si la pressió de la caldera cau a sota del 90% aproximadament.
Protecció contra la fallida del motor principal
Si el motor principal falla a subministrar energia mecànica al generador, el generador continuarà girant en mode motric, això vol dir que pren energia elèctrica del sistema en lloc de subministrar-la al sistema.
En una turbina de vapor, el vapor actua com a refrigerant mantenint les paules de la
