Proteção Contra Falha à Terra do Rotor de Alternador ou Gerador

O rotor de um gerador é enrolado com o campo de excitação. Qualquer falha aterrada única ocorrendo no campo de excitação ou no circuito do excitador não é um grande problema para a máquina. Mas se mais de uma falha aterrada ocorrer, pode haver a chance de curto-circuito entre os pontos falhos na bobina. Essa parte da bobina curto-circuitada pode causar desequilíbrio no campo magnético e, subsequentemente, danos mecânicos podem ocorrer nas rolamentos da máquina devido à rotação desequilibrada.

Portanto, é sempre essencial detectar a falha aterrada ocorrida no circuito do campo de excitação do rotor e corrigi-la para o funcionamento normal da máquina. Existem vários métodos disponíveis para detectar falhas aterradas no rotor de geradores. Mas o princípio básico de todos os métodos é o mesmo, que é fechar um circuito de relé através do caminho da falha aterrada.

Existem principalmente três tipos de proteção contra falhas aterradas no rotor usados para este propósito.

1. Método do potenciômetro

2. Método de injeção de CA

3. Método de injeção de CC

Vamos discutir os métodos um por um.

Método do Potenciômetro de Proteção Contra Falhas Aterradas no Rotor em Gerador

O esquema é muito simples. Aqui, um resistor de valor adequado é conectado ao campo de excitação e ao excitador. O resistor é tocado centralmente e conectado ao solo através de um relé sensível a tensão.

Como se vê na figura abaixo, qualquer falha aterrada no campo de excitação ou no circuito do excitador fecha o circuito do relé através do caminho aterrado. Ao mesmo tempo, a tensão aparece no relé devido à ação do potenciômetro do resistor.

Este método simples de proteção contra falhas aterradas no rotor de gerador tem uma grande desvantagem. Esta configuração só pode detectar a falha aterrada ocorrida em qualquer ponto, exceto no centro do campo de excitação.

A partir do circuito, também fica claro que, no caso de falha aterrada no centro do circuito de campo, não causará nenhuma tensão a aparecer no relé. Isso significa que o método simples do potenciômetro de proteção contra falhas aterradas no rotor, é cego para as falhas no centro do campo de excitação. Esta dificuldade pode ser minimizada usando outro toque no resistor em algum lugar diferente do centro do resistor através de um botão. Se este botão for pressionado, o toque central será deslocado e a tensão aparecerá no relé, mesmo no caso de falha de arco central no campo de excitação.

Método de Injeção de CA de Proteção Contra Falhas Aterradas no Rotor em Gerador

Aqui, um relé sensível a tensão é conectado em qualquer ponto do campo e do circuito do excitador. Outro terminal do relé sensível a tensão é conectado ao solo por um capacitor e a secundária de um transformador auxiliar, conforme mostrado na figura abaixo.

Aqui, se qualquer falha aterrada ocorrer no campo de excitação ou no circuito do excitador, o circuito do relé será fechado via caminho aterrado e, portanto, a tensão secundária do transformador auxiliar aparecerá no relé sensível a tensão e o relé será acionado.

A principal desvantagem deste sistema é que sempre haverá a chance de corrente de fuga através dos capacitores para o excitador e o circuito de campo. Isso pode causar desequilíbrio no campo magnético e, consequentemente, estresses mecânicos nas rolamentos da máquina.

Outra desvantagem deste esquema é que, como há uma fonte diferente de tensão para o funcionamento do relé, a proteção do rotor fica inativa quando há uma falha de alimentação no circuito de CA do esquema.

Método de Injeção de CC de Proteção Contra Falhas Aterradas no Rotor em Gerador

A desvantagem da corrente de fuga do método de injeção de CA pode ser eliminada no método de injeção de CC. Aqui, um terminal do relé sensível a tensão de CC é conectado com o terminal positivo do excitador e outro terminal do relé é conectado com o terminal negativo de uma fonte externa de CC. A fonte externa de CC é obtida por um transformador auxiliar com retificador de ponte. Aqui, o terminal positivo do retificador de ponte está aterrado.

Também é visto na figura abaixo que, no evento de qualquer falha aterrada no campo ou no excitador, o potencial positivo da fonte externa de CC aparecerá no terminal do relé que estava conectado ao terminal positivo do excitador. Dessa forma, a tensão de saída do retificador aparece no relé de tensão e, portanto, é acionado.

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