Protection de défaut à la terre du rotor d'alternateur ou de générateur

Le rotor d'un alternateur est enroulé par l'enroulement de champ. Une seule panne à la terre sur l'enroulement de champ ou dans le circuit d'excitation n'est pas un grand problème pour la machine. Cependant, si plus d'une panne à la terre se produit, il y a un risque de court-circuit entre les points défectueux de l'enroulement. Cette partie de l'enroulement court-circuitée peut provoquer un déséquilibre du champ magnétique et, par conséquent, des dommages mécaniques peuvent survenir dans les paliers de la machine en raison d'une rotation déséquilibrée.

Il est donc toujours essentiel de détecter la panne à la terre survenue sur le circuit d'enroulement de champ du rotor et de la corriger pour assurer le fonctionnement normal de la machine. Il existe diverses méthodes pour détecter les pannes à la terre du rotor d'un alternateur ou d'un générateur. Mais le principe de base de toutes ces méthodes est le même, à savoir la fermeture d'un circuit de relais via le chemin de la panne à la terre.

Il existe principalement trois types de schémas de protection contre les pannes à la terre du rotor utilisés à cet effet.

1. Méthode du potentiomètre

2. Méthode d'injection AC

3. Méthode d'injection DC

Examinons ces méthodes une par une.

Méthode du Potentiomètre pour la Protection contre les Pannes à la Terre du Rotor dans l'Alternateur

Le schéma est très simple. Ici, une résistance de valeur appropriée est connectée à travers l'enroulement de champ ainsi que l'exciteur. La résistance est centralement câblée et connectée à la terre via un relais sensible à la tension.

Comme on peut le voir dans la figure ci-dessous, toute panne à la terre dans l'enroulement de champ ainsi que dans le circuit de l'exciteur ferme le circuit du relais via le chemin mis à la terre. En même temps, la tension apparaît à travers le relais en raison de l'action du potentiomètre de la résistance.

Cette méthode simple de protection contre les pannes à la terre du rotor de l'alternateur a un grand inconvénient. Ce dispositif ne peut détecter les pannes à la terre survenues en tout point sauf au centre de l'enroulement de champ.

Il est également clair à partir du circuit qu'en cas de panne à la terre au centre du circuit de champ, aucune tension n'apparaîtra à travers le relais. Cela signifie que la méthode simple du potentiomètre de protection contre les pannes à la terre du rotor, est aveugle aux pannes au centre de l'enroulement de champ. Cette difficulté peut être minimisée en utilisant un autre câblage sur la résistance quelque part ailleurs que le centre de la résistance via un bouton-poussoir. Si ce bouton-poussoir est pressé, le câblage central est déplacé et la tension apparaîtra à travers le relais même en cas de panne à l'arc central sur l'enroulement de champ.

Méthode d'Injection AC pour la Protection contre les Pannes à la Terre du Rotor dans l'Alternateur

Ici, un relais sensible à la tension est connecté à n'importe quel point du circuit de champ et d'excitation. L'autre borne du relais sensible à la tension est connectée à la terre par un condensateur et la seconde d'un transformateur auxiliaire comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Ici, si une panne à la terre se produit dans l'enroulement de champ ou dans le circuit d'excitation, le circuit du relais se ferme via le chemin mis à la terre et, par conséquent, la tension secondaire du transformateur auxiliaire apparaîtra à travers le relais sensible à la tension et le relais sera actionné.

L'inconvénient majeur de ce système est qu'il y aurait toujours une chance de fuite de courant à travers les condensateurs vers l'exciteur et le circuit de champ. Cela peut provoquer un déséquilibre du champ magnétique et, par conséquent, des contraintes mécaniques dans les paliers de la machine.

Un autre inconvénient de ce schéma est qu'étant donné qu'il y a une source de tension différente pour l'opération du relais, la protection du rotor est inactive en cas de panne d'alimentation dans le circuit AC du schéma.

Méthode d'Injection DC pour la Protection contre les Pannes à la Terre du Rotor dans l'Alternateur

Le défaut de fuite de courant de la méthode d'injection AC peut être éliminé avec la méthode d'injection DC. Ici, une borne du relais sensible à la tension DC est connectée à la borne positive de l'exciteur et l'autre borne du relais est connectée à la borne négative d'une source externe DC. La source externe DC est obtenue par un transformateur auxiliaire avec un redresseur en pont. Ici, la borne positive du redresseur en pont est mise à la terre.

On peut également voir sur la figure ci-dessous qu'en cas de panne à la terre de champ ou d'excitation, le potentiel positif de la source externe DC apparaîtra à la borne du relais qui était connectée à la borne positive de l'exciteur. De cette manière, la tension de sortie du redresseur apparaît à travers le relais de tension et, par conséquent, il est actionné.

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