حفاظ بر روی ژنراتور
یک ژنراتور تحت تنش‌های الکتریکی که بر روی عایق ماشین تحمیل می‌شود، نیروهای مکانیکی که بر قسمت‌های مختلف ماشین وارد می‌شوند، و افزایش دما قرار دارد. این عوامل اصلی هستند که لازم می‌کنند ژنراتور یا آلترناتور محافظت شود. حتی وقتی که به درستی استفاده شود، یک ماشین در حالت کاری کامل خود نه تنها عملکرد مشخص شده خود را برای سال‌های متوالی حفظ می‌کند، بلکه به طور مکرر قادر به تحمل بیش از حد بار می‌باشد.
پیشگیری‌های لازم باید در برابر بیش از حد بار و شرایط غیرعادی ماشین انجام شود تا بتواند به صورت ایمن خدمت کند. حتی با تضمین طراحی کارآمد، ساخت، عملکرد و وسایل پیشگیری محافظت – خطر وقوع خطا از هر ماشینی نمی‌تواند به طور کامل حذف شود. دستگاه‌هایی که در محافظت از ژنراتور استفاده می‌شوند، مطمئن می‌کنند که هنگامی که خطا ایجاد می‌شود، به سرعت حذف شود.
یک ژنراتور الکتریکی ممکن است تحت تأثیر خطای داخلی یا خارجی یا هر دو قرار بگیرد. ژنراتورها معمولاً به یک سیستم قدرت الکتریکی متصل می‌شوند، بنابراین هر خطا که در سیستم قدرت رخ می‌دهد باید به سرعت از ژنراتور حذف شود در غیر این صورت ممکن است آسیب دائمی به ژنراتور وارد شود.
تعداد و انواع خطاهایی که در یک ژنراتور رخ می‌دهند زیاد است. به همین دلیل ژنراتور یا آلترناتور با چندین طرح محافظتی محافظت می‌شود. محافظت از ژنراتور هم نوع تمایزی و هم غیرتمایزی است. مراقبت دقیقی در هماهنگی سیستم‌های استفاده شده و تنظیمات اتخاذ شده لازم است تا مطمئن شویم که یک طرح محافظت از ژنراتور حساس، انتخابی و تمایزی به دست آید.
نوع‌های محافظت از ژنراتور
صورت‌های مختلف محافظت اعمال شده به ژنراتور می‌توانند به دو روش تقسیم‌بندی شوند،
رله‌های محافظتی برای تشخیص خطاهایی که خارج از ژنراتور رخ می‌دهند.
رله‌های محافظتی برای تشخیص خطاهایی که در داخل ژنراتور رخ می‌دهند.
به جز رله‌های محافظتی که مستقیماً با ژنراتور و ترانسفورماتور مرتبط هستند، وجود دارد آرام‌بخش‌های برق‌آذرخش، محافظ‌های سرعت بیش از حد، دستگاه‌های جریان روغن و دستگاه‌های اندازه‌گیری دما برای محور دنده، سیم‌پیچ استاتور، سیم‌پیچ ترانسفورماتور و روغن ترانسفورماتور و غیره. برخی از این ترتیبات محافظتی از نوع غیرقطعی هستند یعنی فقط در مواقع ناهماهنگی آلارم تولید می‌کنند.
اما سایر طرح‌های محافظتی در نهایت رله‌ی اصلی قطع ژنراتور را فعال می‌کنند. باید توجه داشت که هیچ رله‌ی محافظتی نمی‌تواند خطا را منع کند، فقط آن را نشان 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.
مرغوب است که هرگونه تنش بیش از حد در ژنراتور را جلوگیری کنیم، و برای این منظور معمولاً کاپاسیتور یا واگرایی اوج یا هر دو نصب می‌شوند تا تأثیرات برق‌آذرخش و دیگر اوج‌های ولتاژ روی ماشین را کاهش دهند. طرح‌های محافظتی که معمولاً به ژنراتور اعمال می‌شوند در ادامه به طور خلاصه مورد بحث قرار می‌گیرند.
محافظت در برابر خرابی عایق
محافظت اصلی در سیم‌پیچ استاتور در برابر خطا بین فاز به فاز یا فاز به زمین، محافظت تفاضلی طولی ژنراتور است. مهم‌ترین طرح محافظتی بعدی برای سیم‌پیچ استاتور محافظت در برابر خطای بین دور است.
این نوع محافظت در روزگاران قبلی به عنوان غیر ضروری در نظر گرفته می‌شد زیرا خرابی عایق بین نقاط در یک سیم‌پیچ فاز یکسان که در یک جفت قرار دارد و بین آن‌ها اختلاف پتانسیل وجود دارد، بسیار سریعاً به خطا در زمین تبدیل می‌شود، و سپس توسط محافظت تفاضلی استاتور یا محافظت خطا در زمین استاتور شناسایی می‌شود.
یک ژنراتور طراحی شده است تا ولتاژ نسبتاً بالایی نسبت به خروجی خود تولید کند و بنابراین شامل تعداد زیادی رسانه در هر جفت است. با افزایش اندازه و ولتاژ ژنراتور، این نوع محافظت برای تمام واحدهای تولید بزرگ ضروری می‌شود.
محافظت خطا در زمین استاتور
وقتی که نیوترال استاتور از طریق یک مقاومت به زمین متصل می‌شود، یک تبدیل‌کننده جریان در اتصال نیوترال به زمین نصب می‌شود. رله‌ی زمان‌بندی معکوس در مقابل ثانویه CT استفاده می‌شود وقتی که ژنراتور مستقیماً به باربر متصل می‌شود. در صورتی که ژنراتور از طریق یک ترانسفورماتور دلتا-ستار تغذیه می‌کند، یک رله‌ی فوری برای همان منظور استفاده می‌شود.
در مورد اول، رله‌ی خطای زمینی باید با سایر رله‌های خطای سیستم گراده شود. این دلیل است که رله‌ی زمان‌بندی معکوس در این مورد استفاده می‌شود. اما در مورد دوم، حلقه‌ی خطای زمینی به سیم‌پیچ استاتور و سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور محدود می‌شود، بنابراین نیازی به گراده‌سازی یا تمایز با سایر رله‌های خطای زمینی در سیستم وجود ندارد. به همین دلیل رله‌ی فوری در این مورد مطلوب‌تر است.
محافظت خطا در زمین روتور
خطای زمینی واحد در ژنراتور هیچ مشکل عمده‌ای ایجاد نمی‌کند اما اگر خطای زمینی دوم رخ دهد، بخشی از سیم‌پیچ میدان کوتاه‌مدار می‌شود و نتیجه آن میدان مغناطیسی ناهموار در سیستم و در نتیجه ممکن است آسیب مکانیکی بزرگی به محورهای ژنراتور وارد شود. سه روش موجود برای تشخیص نوع خطا در روتور هستند. این روش‌ها عبارتند از
روش پتانسیومتر
روش تزریق AC
روش تزریق DC
محافظت در برابر بارگیری نامتوازن استاتور
نامتوازنی در بارگیری جریان‌های دنباله‌ی منفی را در مدار استاتور ایجاد می‌کند. این جریان دنباله‌ی منفی میدان واکنشی را که با دو برابر سرعت همزمان نسبت به روتور می‌چرخد، ایجاد می‌کند و بنابراین جریان دو برابر فرکانس را در روتور القا می‌کند. این جریان بسیار زیاد است و باعث گرم شدن در مدار روتور، به ویژه در آلترناتور می‌شود.
اگر هر نامتوازنی به دلیل خطا در سیم‌پیچ استاتور خود رخ دهد، آن به طور فوری توسط محافظت تفاضلی ارائه شده در ژنراتور حذف خواهد شد. اگر نامتوازنی به دلیل هر خطا خارجی یا بارگیری نامتوازن در سیستم رخ دهد، ممکن است تشخیص داده نشود یا ممکن است برای مدت قابل توجهی باقی بماند بسته به هماهنگی محافظت سیستم. این خطاها سپس با نصب یک رله‌ی دنباله‌ی فاز منفی با ویژگی‌های متناسب با منحنی تحمل ماشین حذف می‌شوند.
محافظت در برابر گرم شدن استاتور
بارگیری بیش از حد می‌تواند باعث گرم شدن سیم‌پیچ استاتور ژنراتور شود. نه تنها بارگیری بیش از حد، شکست سیستم‌های خنک‌سازی و خرابی عایق لایه‌های استاتور نیز باعث گرم شدن سیم‌پیچ استاتور می‌شوند.
گرم شدن توسط دستگاه‌های تشخیص دما در نقاط مختلف سیم‌پیچ استاتور شناسایی می‌شود. دستگاه‌های تشخیص دما معمولاً مقاومت‌هایی هستند که یک بازوی مدار پل ویتس‌استون را تشکیل می‌دهند. در مورد ژنراتورهای کوچک‌تر معمولاً زیر ۳۰ مگاوات، ژنراتورها با دستگاه‌های تشخیص دما جاسازی نشده‌اند اما معمولاً با رله‌ی حرارتی جاسازی شده‌اند و آن‌ها به نحوی تنظیم شده‌اند که جریان جاری در سیم‌پیچ استاتور را اندازه‌گیری کنند.
این ترتیب فقط گرم شدن ناشی از بارگیری بیش از حد را تشخیص می‌دهد و هیچ محافظتی در برابر گرم شدن ناشی از شکست سیستم‌های خنک‌سازی یا لایه‌های استاتور کوتاه‌مدار نمی‌دهد. هرچند رله‌های جریان بیش از حد، رله‌های دنباله‌ی فاز منفی و دستگاه‌های نظارت بر جریان ثابت نیز برای ارائه میزانی از محافظت بارگیری بیش از حد حرارتی استفاده می‌شوند.
محافظت در برابر فشار پایین خلاء
این محافظت معمولاً به صورت یک تنظیم‌کننده است که فشار خلاء را با فشار جو مقایسه می‌کند، معمولاً به مجموعه‌ی ژنراتوری بیش از ۳۰ مگاوات نصب می‌شود. روش مدرن این است که تنظیم‌کننده مجموعه را از طریق فرماندار ثانویه تخلیه کند تا شرایط خلاء معمولی بازگردانده شود. اگر شرایط خلاء زیر ۲۱ اینچ بهبود نیابد، دریچه‌های توقف بسته می‌شوند و برکنارکننده‌ی اصلی مدار قطع می‌شود.
