ژنراتور د حفاظتولو لپاره سیستم
یک ژنراتور تحت تنش‌های الکتریکی که بر روی عایق ماشین وارد می‌شود، نیروهای مکانیکی که بر بخش‌های مختلف ماشین اعمال می‌شوند و افزایش دما قرار دارد. این عوامل اصلی هستند که باعث لزوم محافظت از ژنراتور یا آلترناتور می‌شوند. حتی زمانی که به درستی استفاده شده باشد، یک ماشین در حالت کاری خود فقط عملکرد مشخصه خود را برای سال‌ها حفظ می‌کند، بلکه به طور مکرر می‌تواند از بار اضافی تحمل کند.
تدابیر پیشگیرانه باید علیه بار اضافی و شرایط غیرعادی ماشین اتخاذ شود تا بتواند به صورت ایمن خدمت کند. حتی با تضمین یک طراحی کارآمد، ساخت، عملیات و وسایل محافظتی پیشگیرانه – خطر وجود خطا از هر ماشین نمی‌تواند کاملاً حذف شود. دستگاه‌های استفاده شده در محافظت از ژنراتور، اطمینان می‌دهند که هنگامی که خطا ایجاد شود، آن به سرعت حذف شود.
یک ژنراتور الکتریکی می‌تواند به خطا داخلی یا خارجی یا هر دو مورد آن مواجه شود. ژنراتورها معمولاً به یک سیستم برق متصل می‌شوند، بنابراین هر خطا در سیستم برق باید به سرعت از ژنراتور پاک شود در غیر این صورت ممکن است به طور دائمی آسیب برسد به ژنراتور.
تعداد و تنوع خطاها در یک ژنراتور بسیار زیاد است. به همین دلیل ژنراتور یا آلترناتور با چندین طرح محافظتی محافظت می‌شود. محافظت از ژنراتور هم نوع تمایزی و هم غیرتمایزی است. باید دقت فراوانی در هماهنگی سیستم‌های استفاده شده و تنظیمات اتخاذ شده صرف شود تا اطمینان حاصل شود که یک طرح محافظتی حساس، انتخابی و تمایزی حفاظت از ژنراتور به دست آید.
انواع محافظت از ژنراتور
فرم‌های مختلف محافظت که به ژنراتور اعمال می‌شود می‌تواند به دو روش تقسیم‌بندی شود،
رелеهای محافظتی برای تشخیص خطاها که خارج از ژنراتور اتفاق می‌افتد.
رелеهای محافظتی برای تشخیص خطاها که در داخل ژنراتور اتفاق می‌افتد.
به جز رелеهای محافظتی که مستقیماً با ژنراتور و ترانسفورماتور مرتبط است، دستگاه‌هایی مانند آرام‌بخش‌های برق زن، سیستم‌های محافظت از سرعت بیش از حد، دستگاه‌های جریان روغن و دستگاه‌های اندازه‌گیری دما برای محور و تسمه، سیم‌پیچ ستاتور، سیم‌پیچ ترانسفورماتور و روغن ترانسفورماتور و غیره وجود دارد. برخی از این سیستم‌های محافظتی نوع غیرقطعی هستند یعنی فقط در مواقع ناهماهنگی هشدار می‌دهند.
اما سایر طرح‌های محافظتی در نهایت رله‌ی قطع کننده‌ی اصلی ژنراتور را فعال می‌کنند. باید توجه داشت که هیچ رله‌ی محافظتی نمی‌تواند خطا را جلوگیری کند، بلکه فقط آن را تشخیص می‌دهد و مدت زمان خطا را کاهش می‌دهد تا افزایش دما در ژنراتور جلوگیری شود در غیر این صورت ممکن است آسیب دائمی به آن وارد شود.
می‌باشد که از هر گونه تنش اضافی در ژنراتور پرهیز شود، و برای این منظور معمولاً کندانسورهای سریع یا جداکننده‌های سریع یا هر دو برای کاهش اثرات برق زن و افزایش ولتاژ بر روی دستگاه نصب می‌شود. طرح‌های محافظتی که معمولاً به ژنراتور اعمال می‌شود در ادامه به طور مختصر مورد بحث قرار می‌گیرند.
حفاظت از شکست عایق
محافظت اصلی در سیم‌پیچ ستاتور علیه خطا بین فاز به فاز یا فاز به زمین، محافظت تفاضلی طولی ژنراتور است. مهم‌ترین طرح محافظتی بعدی برای سیم‌پیچ ستاتور محافظت از خطا بین دورهای سیم‌پیچ است.
این نوع محافظت در روزهای گذشته به عنوان غیر ضروری در نظر گرفته می‌شد زیرا شکست عایق بین نقاط در همان سیم‌پیچ فاز که در همان شیار قرار دارد و بین آن‌ها اختلاف پتانسیل وجود دارد، بسیار سریعاً به خطا بین فاز به زمین تبدیل می‌شود و سپس توسط یا محافظت تفاضلی ستاتور یا محافظت خطا بین فاز به زمین تشخیص داده می‌شود.
یک ژنراتور طراحی شده است تا ولتاژ نسبتاً بالایی نسبت به خروجی خود تولید کند و بنابراین شامل تعداد زیادی رسانا در هر شیار است. با افزایش اندازه و ولتاژ ژنراتور، این نوع محافظت برای تمام واحدهای تولید بزرگ ضروری می‌شود.
محافظت از خطا بین فاز به زمین ستاتور
وقتی نوترال ستاتور از طریق یک مقاومت به زمین متصل می‌شود، یک ترانسفورماتور جریان در اتصال نوترال به زمین نصب می‌شود. رеле زمانی معکوس در دو طرف CT ثانویه وقتی ژنراتور مستقیماً به باربر متصل می‌شود استفاده می‌شود. در صورتی که ژنراتور از طریق یک ترانسفورماتور دلتا-ستار برق می‌دهد، یک رеле فوری برای همان منظور استفاده می‌شود.
در مورد اول، رله‌های خطا بین فاز به زمین باید با سایر رله‌های خطا در سیستم مرتب شوند. این دلیل است که چرا رله زمانی معکوس در این مورد استفاده می‌شود. اما در مورد دوم، حلقه خطا بین فاز به زمین محدود به سیم‌پیچ ستاتور و سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور است، بنابراین نیازی به مرتب‌سازی یا تمایز با سایر رله‌های خطا بین فاز به زمین در سیستم نیست. به همین دلیل رله فوری در این مورد ترجیح داده می‌شود.
محافظت از خطا بین فاز به زمین روتور
یک خطا بین فاز به زمین تکی در ژنراتور هیچ مشکل عمده‌ای ایجاد نمی‌کند اما اگر خطا بین فاز به زمین دومی اتفاق بیفتد، بخشی از سیم‌پیچ میدان کوتاه می‌شود و در نتیجه میدان مغناطیسی نامتعادل در سیستم و در نتیجه ممکن است آسیب مکانیکی جدی به محور ژنراتور وارد شود. سه روش برای تشخیص این نوع خطا در روتور موجود است. این روش‌ها عبارتند از
روش پتانسیومتر
روش تزریق AC
روش تزریق DC
حفاظت از بارگذاری نامتوازن ستاتور
نامتوازنی در بارگذاری جریان‌های دنباله‌ی منفی را در مدار ستاتور تولید می‌کند. این جریان‌های دنباله‌ی منفی میدان واکنشی را که با دو برابر سرعت همزمان نسبت به روتور چرخانده می‌شود تولید می‌کند و در نتیجه جریان با فرکانس دو برابر در روتور القا می‌شود. این جریان بسیار زیاد است و باعث گرم شدن در مدار روتور، به ویژه در آلترناتور می‌شود.
اگر هرگونه نامتوازنی به دلیل خطا در سیم‌پیچ ستاتور خود اتفاق بیفتد، آن به طور فوری توسط محافظت تفاضلی در ژنراتور پاک می‌شود. اگر نامتوازنی به دلیل هرگونه خطا خارجی یا بارگذاری نامتوازن در سیستم اتفاق بیفتد، ممکن است بدون تشخیص بماند یا برای مدت زمان قابل توجهی پابرجا شود بسته به هماهنگی محافظت سیستم. این خطاها سپس با نصب یک رله دنباله‌ی منفی با ویژگی‌های متناسب با منحنی تحمل ماشین پاک می‌شوند.
حفاظت از گرم شدن ستاتور
بار بیش از حد می‌تواند باعث گرم شدن در سیم‌پیچ ستاتور ژنراتور شود. نه فقط بار بیش از حد، خرابی سیستم‌های خنک‌کننده و شکست عایق لایه‌های ستاتور نیز باعث گرم شدن سیم‌پیچ ستاتور می‌شود.
گرم شدن توسط دستگاه‌های تشخیص دمای جاسازی شده در نقاط مختلف سیم‌پیچ ستاتور شناسایی می‌شود. دستگاه‌های تشخیص دما معمولاً مقاومت‌های هستند که یکی از دو ساقه‌ی مدار پل ویتستون را تشکیل می‌دهند. در مورد ژنراتورهای کوچک‌تر معمولاً زیر ۳۰ مگاوات، ژنراتورها با دستگاه‌های تشخیص دما جاسازی نشده‌اند اما معمولاً با رله‌های حرارتی مجهز شده‌اند و آن‌ها به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که جریان جاری در سیم‌پیچ ستاتور را اندازه‌گیری کنند.
این ترتیب فقط گرم شدن ناشی از بار بیش از حد را تشخیص می‌دهد و هیچ محافظتی علیه گرم شدن ناشی از خرابی سیستم‌های خنک‌کننده یا لایه‌های ستاتور کوتاه شده ارائه نمی‌دهد. اگرچه رله‌های جریان بیش از حد، رله‌های دنباله‌ی منفی و دستگاه‌های نظارت بر جریان ثابت نیز برای ارائه میزانی از محافظت از بار بیش از حد حرارتی استفاده می‌شوند.
حفاظت از فشار پایین خلاء
این حفاظت معمولاً به صورت یک تنظیم‌کننده است که فشار خلاء را با فشار جو مقایسه می‌کند، معمولاً به مجموعه‌های ژنراتوری بیش از ۳۰ مگاوات نصب می‌شود. روش مدرن این است که تنظیم‌کننده مجموعه را از طریق فرماندهی ثانویه تا زمانی که شرایط خلاء به حالت عادی بازگشتند، بارگیری می‌کند. اگ
