Захист генератора
Генератор піддається електричним напруженням, що діють на ізоляцію машини, механічним силам, що діють на різні частини машини, та зростанню температури. Ці фактори є основними, які роблять необхідним захист генератора або альтернатора. Навіть при правильному використанні, машина у своєму ідеальному робочому стані не лише підтримує вказану номінальну продуктивність протягом багатьох років, але також може постійно витримувати певний надлишок перегрузки.
Профілактичні заходи повинні бути прийняті проти перегрузок та аномальних умов роботи машини, щоб вона могла працювати безпечно. Навіть забезпечуючи ефективний дизайн, будівництво, експлуатацію та профілактичні заходи захисту – ризик виникнення аварії не може бути повністю усунутий з будь-якої машини. Прилади, використовувані для захисту генератора, забезпечують, що коли виникає аварія, вона усунена якомога швидше.
Електричний генератор може бути підданий внутрішньому або зовнішньому дефекту або обох. Генератори, як правило, підключені до електричної системи живлення, тому будь-який дефект, що виникає в системі живлення, повинен бути також якомога швидше усунутий з генератора, інакше це може спричинити постійне пошкодження генератора.
Кількість та різноманітність дефектів, що виникають в генераторі, велика. Тому генератор або альтернатор захищаються кількома захисними схемами. Захист генератора може бути дискримінантним та недискримінантним. Потрібно звернути велику увагу на координацію систем, які використовуються, та параметрів, які прийняті, щоб забезпечити чутливий, вибірковий та дискримінантний захист генератора.
Типи захисту генератора
Різні форми захисту, які застосовуються до генератора, можна розподілити на два способи,
Захисні реле для виявлення дефектів, що виникають поза генератором.
Захисні реле для виявлення дефектів, що виникають всередині генератора.
Окрім захисних реле, пов'язаних безпосередньо з генератором та його пов'язаним трансформатором, існують захисники від блискавок, захисні пристрої від перевищення швидкості, пристрої контролю потоку масла та пристрої вимірювання температури для опор подовжнього валу, статорного обмотування, обмотування трансформатора та трансформаторного масла тощо. Деякі з цих захисних пристроїв є неперервними, тобто вони лише генерують сигнал тривоги під час аномалій.
Але інші захисні схеми врешті-решт активують головне реле відключення генератора. Слід зазначити, що жодне захисне реле не може запобігти аварії, воно лише вказує та мінімізує тривалість аварії, щоб запобігти значному зростанню температури в генераторі, інакше може виникнути постійне пошкодження.
Бажано уникати будь-яких непотрібних напружень в генераторі, і для цього зазвичай практикують встановлення конденсаторів або розрядників або обох, щоб зменшити вплив блискавок та інших напругових хвиль на машину. Захисні схеми, які зазвичай застосовуються до генератора, коротко обговорюються нижче.
Захист від пошкодження ізоляції
Основний захист, наданий в обмотуванні статора проти фазового або фазово-земельного дефекту, є продовжуваний диференційний захист генератора. Другий за важливістю захисний механізм для обмотування статора — це захист від міжвиткових дефектів.
Цей тип захисту раніше вважався необхідним, оскільки руйнування ізоляції між точками в одній фазовій обмотці, що містяться в одному слоті, між якими існує потенційна різниця, дуже швидко змінюється на земельний дефект, і тоді він виявляється або диференційним захистом статора, або земельним захистом статора.
Генератор проектується для виробництва відносно високої напруги порівняно з його продуктивністю, і тому містить велику кількість провідників на слот. Зі зростанням розміру та напруги генератора, цей вид захисту стає необхідним для всіх великих генеруючих одиниць.
Земельний захист статора
Коли нейтраль статора заземлена через резистор, трансформатор струму встановлюється в з'єднанні нейтраль-земля. Інверсний реле використовується через вторинну обмотку ТС, коли генератор підключений безпосередньо до шини. У випадку, коли генератор живить енергією через трансформатор трикутник-звезда, використовується миттєве реле для цієї мети.
У першому випадку, реле земельного дефекту повинне бути узгоджене з іншими реле дефектів в системі. Саме тому інверсне реле використовується в цьому випадку. Але у другому випадку, контур земельного дефекту обмежується обмотуванням статора та первинною обмоткою трансформатора, тому немає потреби у узгодженні або дискримінації з іншими реле земельних дефектів в системі. Тому миттєве реле більш вподобане в цьому випадку.
Земельний захист ротора
Один земельний дефект не створює серйозних проблем для генератора, але якщо виникає другий земельний дефект, частина полярної обмотки стає короткозамкненою, що призводить до нерівноважного магнітного поля в системі, і, як наслідок, можуть виникнути серйозні механічні пошкодження підшипників генератора. Існує три методи для виявлення таких дефектів в роторі. Методи такі:
Потенціометр метод
Метод введення AC
Метод введення DC
Захист від нерівноважного завантаження статора
Нерівновага завантаження виробляє негативні послідовності струмів в обмотуванні статора. Ці негативні послідовності струмів виробляють реакційне поле, що обертається вдвічі швидше за синхронну швидкість відносно ротора, і, таким чином, викликають подвійний частотний струм в роторі. Цей струм досить великий і викликає перегрівання в цепі ротора, особливо в альтернаторі.
Якщо будь-яка нерівновага виникає через дефект в самому обмотуванні статора, це буде моментально усунено диференційним захистом, наданим в генераторі. Якщо нерівновага виникає через будь-який зовнішній дефект або нерівноважне завантаження в системі, це може залишатися невиявленим або може тривати значний період часу, залежно від координації захисту системи. Ці дефекти потім можна усунути, встановивши реле негативної фазової послідовності з характеристиками, що відповідають витривалості машини.
Захист від перегріву статора
Перевантаження може призводити до перегріву обмотування статора генератора. Не лише перевантаження, а й відмова системи охолодження та пошкодження ізоляції ламінацій статора також викликають перегрів обмотування статора.
Перегрів виявляється вбудованими детекторами температури в різних точках обмотування статора. Детектори температури, як правило, є резистивними елементами, які формують одну гілку мостової схеми Вітстоуна. У випадку менших генераторів, як правило, нижче 30 МВ, генератори не оснащені вбудованими катушками температури, але зазвичай вони використовують теплові реле, які вимірюють струм, що протікає в обмотуванні статора.
Ця система виявляє лише перегрів, викликаний перевантаженням, і не надає захисту від перегріву через відмову систем охолодження або коротке замикання ламінацій статора. Хоча реле перебігу струму, реле негативної фазової послідовності та пристрої для моніторингу сталого потоку також використовуються для надання певного рівня термічного захисту від перевантаження.
Захист від низького вакууму
Цей захист, зазвичай, має форму регулятора, який порівнює вакуум з атмосферним тиском, зазвичай встановлюється на генераторних установках понад 30 МВ. Сучасна практика полягає в тому, щоб регулятор розвантажував установку через вторинний регулятор, поки не будуть відновлені нормальні умови вакууму. Якщо умови вакууму не покращаться нижче 21 дюйма, зачиняються запорні клапани, а головний вимикач відключається.
