Protezione contro i guasti a terra del rotore dell'alternatore o generatore
Il rotore di un alternatore è avvolto dal campo magnetico. Un singolo guasto a terra che si verifica sull'avvolgimento del campo o nel circuito dell'eccitatore non costituisce un grande problema per la macchina. Tuttavia, se si verificano più guasti a terra, potrebbe esserci la possibilità di una cortocircuito tra i punti difettosi dell'avvolgimento. Questa parte dell'avvolgimento cortocircuitata potrebbe causare un campo magnetico sbilanciato e, successivamente, danni meccanici al cuscinetto della macchina a causa della rotazione sbilanciata.
Pertanto, è sempre essenziale rilevare il guasto a terra avvenuto sul circuito dell'avvolgimento del campo del rotore e correggerlo per il funzionamento normale della macchina. Esistono vari metodi disponibili per rilevare i guasti a terra del rotore dell'alternatore o del generatore. Ma il principio fondamentale di tutti i metodi è lo stesso e consiste nel chiudere un circuito di relè attraverso il percorso del guasto a terra.
Ci sono principalmente tre tipi di schemi di protezione dei guasti a terra del rotore utilizzati a questo scopo.
Metodo del potenziometro
Metodo di iniezione AC
Metodo di iniezione DC
Discutiamo i metodi uno per uno.
Metodo del Potenziometro per la Protezione dei Guasti a Terra del Rotore nell'Alternatore
Lo schema è molto semplice. Qui, un resistore di valore adeguato è collegato all'avvolgimento del campo nonché all'eccitatore. Il resistore è centratamente intaccato e collegato a terra tramite un relè sensibile alla tensione.
Come si vede nella figura sottostante, qualsiasi guasto a terra nell'avvolgimento del campo nonché nel circuito dell'eccitatore chiude il circuito del relè attraverso il percorso a terra. Allo stesso tempo, la tensione appare sul relè a causa dell'azione del potenziometro del resistore.
Questo semplice metodo di protezione dei guasti a terra del rotore dell'alternatore ha un grande svantaggio. Questo schema può rilevare solo i guasti a terra avvenuti in qualsiasi punto tranne che al centro dell'avvolgimento del campo.
Dal circuito risulta anche chiaro che, in caso di guasto a terra al centro del circuito del campo, non si verificherà alcuna tensione sul relè. Ciò significa che il metodo semplice del potenziometro di protezione dei guasti a terra del rotore, è cieco ai guasti al centro dell'avvolgimento del campo. Questa difficoltà può essere ridotta utilizzando un altro tappo sul resistore in qualche altro punto diverso dal centro del resistore tramite un pulsante. Se questo pulsante viene premuto, il tappo centrale si sposta e la tensione apparirà sul relè anche in caso di guasto a terra centrale sull'avvolgimento del campo.
Metodo di Iniezione AC per la Protezione dei Guasti a Terra del Rotore nell'Alternatore
Qui, un relè sensibile alla tensione è collegato in qualsiasi punto del campo e del circuito dell'eccitatore. L'altra terminazione del relè sensibile alla tensione è collegata a terra tramite un condensatore e la secondaria di un trasformatore ausiliario come mostrato nella figura sottostante.
Qui, se si verifica qualsiasi guasto a terra nell'avvolgimento del campo o nel circuito dell'eccitatore, il circuito del relè si chiude attraverso il percorso a terra e quindi la tensione secondaria del trasformatore ausiliario apparirà sul relè sensibile alla tensione e il relè verrà attivato.
Il principale svantaggio di questo sistema è che ci sarà sempre la possibilità di perdita di corrente attraverso i condensatori all'eccitatore e al circuito del campo. Ciò può causare squilibri nel campo magnetico e quindi stress meccanici nei cuscinetti della macchina.
Un altro svantaggio di questo schema è che, poiché esiste una fonte di tensione diversa per l'operazione del relè, la protezione del rotore è inattiva quando si verifica un guasto di alimentazione nel circuito AC dello schema.
Metodo di Iniezione DC per la Protezione dei Guasti a Terra del Rotore nell'Alternatore
Il difetto di corrente di perdita del metodo di iniezione AC può essere eliminato con il Metodo di Iniezione DC. Qui, una terminazione del relè sensibile alla tensione DC è collegata con la terminazione positiva dell'eccitatore e l'altra terminazione del relè è collegata con la terminazione negativa di una fonte esterna DC. La fonte esterna DC è ottenuta da un trasformatore ausiliario con rettificatore a ponte. Qui, la terminazione positiva del rettificatore a ponte è collegata a terra.
Si vede anche dalla figura sottostante che, in caso di qualsiasi guasto a terra del campo o dell'eccitatore, il potenziale positivo della fonte DC esterna apparirà sulla terminazione del relè che era collegata alla terminazione positiva dell'eccitatore. In questo modo, la tensione di uscita del rettificatore appare sul relè sensibile alla tensione e quindi viene attivato.
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