Zaštita generatora

Generator podvrgnut je električnim opterećenjima koje djeluju na izolaciju stroja, mehaničkim silama koje djeluju na različite dijelove stroja i porastu temperature. To su glavni faktori koji čine nužnu zaštitu za generator ili alternator. Čak i kada se pravilno koristi, stroj u savršenom radnom stanju ne samo održava navedene specifične performanse tijekom mnogo godina, već također ponovno izdrži određeno preopterećenje.

Mjere prevencije moraju se poduzeti protiv preopterećenja i neobičnih stanja stroja kako bi mogao sigurno služiti. Čak i osiguravanjem učinkovitog dizajna, konstrukcije, rada i preventivnih sredstava zaštitu – rizik od greške ne može se potpuno eliminirati iz bilo kojeg stroja. Uređaji korišteni u zaštiti generatora, osiguravaju da kad dođe do greške, ta se eliminira što brže.

Električni generator može biti izložen unutarnjoj grešci, vanjskoj grešci ili oba. Generatori su obično povezani s električnim sustavom snage, stoga bilo kakva greška u sustavu snage treba se čim prije otkloniti iz generatora kako bi se spriječila trajna šteta generatoru.

Broj i vrsta grešaka koje se javljaju u generatoru su veliki. Zbog toga je generator ili alternator zaštićen nekoliko zaštitnih shema. Zaštita generatora može biti diskriminativnog i nediskriminativnog tipa. Velika pažnja treba se posvetiti koordinaciji korištenih sustava i postavljenih postavki kako bi se osigurala osjetljiva, selektivna i diskriminativna zaštitna shema generatora.

Vrste zaštite generatora

Različite forme zaštite primijenjene na generator mogu se kategorizirati na dva načina,

1. Zaštitni releji za otkrivanje grešaka koje se javljaju van generatora.

2. Zaštitni releji za otkrivanje grešaka koje se javljaju unutar generatora.

Osim zaštitnih releja direktno povezanih s generatorom i njegovim transformatorom, postoje uređaji za zaštitu od munjice, uređaji za zaštitu od prekomjernog broja okretaja, uređaji za mjerenje protoka ulja i uređaji za mjerenje temperature za ležaje vratila, statora, zavojnice transformatora i transformatorskog ulja itd. Neki od ovih zaštitnih uređaja su ne-trip tipa, tj. generiraju alarm tijekom nepravilnosti.

Ali drugi zaštitni sustavi konačno pokreću glavni relej za prekid generatora. Treba napomenuti da nijedan zaštitni relej ne može spriječiti grešku, on samo indikira i minimizira trajanje greške kako bi se spriječio visoki porast temperature u generatoru, inače bi se mogla dogoditi trajna šteta.

Željeno je izbjegavati bilo kakve nepravilne opterećenja u generatoru, i zbog toga je obična praksa instalirati kondenzatore za valove ili odvodiče za valove ili oba kako bi se smanjili efekti munjice i drugih valova napona na stroju. Zaštitne sheme obično primijenjene na generatoru opisane su ispod u sažetku.

Zaštita od propadanja izolacije

Glavna zaštita osigurana u zavoju statora protiv grešaka faza-faza ili faza-zemlja, jest longitudinalna diferencijalna zaštita generatora. Druga najvažnija zaštitna shema za zavoju statora jest zaštita od interturn grešaka.

Ovu vrstu zaštite smatralo se nepotrebnom u prošlosti jer propadanje izolacije između točaka u istoj faznoj zavojnici, sadržane u istoj raspoložbi, i između kojih postoji potencijalna razlika, vrlo brzo mijenja u zemljinsku grešku, a tada se detektira ili diferencijalnom zaštitom statora ili zemljinskom zaštitom statora.

Generator je dizajniran da proizvodi relativno visok napon u usporedbi s njegovim izlazom, te stoga sadrži veliku količinu vodilaca po raspoložbi. S povećanjem veličine i napona generatora, ova vrsta zaštite postaje nužna za sve velike jedinice proizvodnje.

Zemljinska zaštita statora

Kada je neutral statora zemljen putem otporca, transformator struje se montira u vezu neutral-zemlja. Relacija obrnutog vremena se koristi preko sekundarne stranice CT-a kada je generator direktno spojen na bus bar. U slučaju kada generator prenosi snagu putem delta-zvijezdanog transformatora, koristi se instant relacija za isti svrhu.

U prvom slučaju, relacija zemljinske greške mora biti graduirana s drugim relejima za greške u sustavu. Zbog toga se koristi relacija obrnutog vremena u ovom slučaju. Ali u drugom slučaju, petlja zemljinske greške ograničena je na zavoju statora i primarnu zavojnicu transformatora, stoga ne postoji potreba za graduiranjem ili diskriminacijom s drugim relejima za zemljinske greške u sustavu. Zbog toga je Instant relacija preferibilnija u ovom slučaju.

Zemljinska zaštita rotora

Jedna zemljinska greška ne stvara nikakav veliki problem u generatoru, ali ako se dogodi druga zemljinska greška, dio polja zavojnice će biti kraćen, rezultirajući neravnotežom magnetskog polja u sustavu, što može dovesti do velike mehaničke štete ležajima generatora. Postoje tri metode dostupne za otkrivanje ovih vrsta grešaka u rotoru. Metode su

1. Metoda potenciometra 

2. Metoda AC injekcije

3. Metoda DC injekcije

Zaštita od neravnoteženog opterećenja statora

Neravnoteženost u opterećenju proizvodi negativne sekvence struja u zavojnici statora. Ova negativna sekvencija struje proizvodi reaktivno magnetsko polje koje rotira dvaput brže od sinkronog brzine u odnosu na rotor, te induciraju strujnu frekvenciju dvostruke frekvencije u rotoru. Ova struja je prilično velika i uzrokuje pregrjevanje u zavojnici rotoru, posebno u alternatoru.

Ako se bilo kakva neravnoteženost dogodi zbog greške u zavojnici statora, ta bi se otklonila trenutno diferencijalnom zaštitom osiguranom u generatoru. Ako se neravnoteženost dogodi zbog bilo kakve vanjske greške ili neravnoteženog opterećenja u sustavu, može ostati neotkrivena ili može trajati značajan period vremena ovisno o koordinaciji zaštite sustava. Te greške se otklanjaju instaliranjem negativnog fazi-relacije s karakteristikama koje odgovaraju krivulji otpornosti stroja.

Zaštita od pregrjevanja statora

Preopterećenje može uzrokovati pregrjevanje u zavojnici statora generatora. Ne samo preopterećenje, nego i neuspjeh hlađenja i propadanje izolacije lamine statora također uzrokuju pregrjevanje zavojnice statora.

Pregrjevanje otkriva se ugrađenim detektorima temperature na različitim mjestima u zavojnici statora. Bobine detektora temperature obično su otporci koji čine jednu granu mosta Wheatstonea. U slučaju manjih generatora, obično ispod 30 MW, generatori nisu opremljeni ugrađenim bobinama temperature, ali su obično opremljeni termičkim relejima i organizirani su za mjerenje struje koja teče u zavojnici statora.

Ova aranžman samo otkriva pregrjevanje uzrokovan preopterećenjem i ne pruža nikakvu zaštitu od pregrjevanja zbog neuspjeha sustava hlađenja ili kratkog spoja laminacija statora. Iako se releji prekomjerne struje, negativne fazi-relacije i uređaji za praćenje konstantnog toka također koriste za pružanje određenog stupnja termičke zaštite od preopterećenja.

Zaštita od niske vakuumiranosti

Ova zaštita, obično je u obliku regulatora koji uspoređuje vakuum s atmosferskim tlakom, obično je montiran na generator set iznad 30 MW. Moderna praksa je da regulator isključi set putem sekundarnog guvernera dok se normalne vakuum uvjeti ne vrate. Ako se vakuum uvjeti ne poboljšaju ispod 21 inča, stop valve se zatvore i glavni prekidnik se tripne.

Zaštita od neuspjeha mazivačkog ulja

Ova zaštita se ne smatra nužnom jer se mazivačko ulje obično dobiva iz istog pumpa kao i guvernersko ulje, a neuspjeh guvernerskog ulja automatski zatvara stop valve.

Zaštita od gubitka paljenja kotla

Dostupne su dvije metode za otkrivanje gubitka paljenja kotla. U prvoj metodi, obično otvoreni (NO) kontakti su osigurani s motornim ventilatorima koji bi mogli tripnuti generator ako više od dva motora ne uspije. U drugoj metodi koriste se kontakti tlaka kotla koji isključuju generator ako tlak u kotlu padne ispod približno 90%.

Zaštita od neuspjeha glavnog pogona

Ako glavni pogon ne uspije dostaviti mehaničku energiju generatoru, generator će nastaviti rotirati u motor modu, što