ژنراتورهاي برق در واقع برای مجموعه گسترده‌ای از نیروگاه‌های تولید برق مناسب هستند، از جمله نیروگاه‌های فسیلی، هسته‌ای، گازی، چرخه ترکیبی، آبی و ذخیره‌سازی پمپاژ. آنها همچنین برای به‌روزرسانی نیروگاه‌های موجود که دارای ژنراتورهای برق نیستند، مطلوب هستند.
در گذشته، سوئیچ‌بریکرهای ژنراتور معمولاً در نیروگاه‌های چند واحدی استفاده می‌شدند که چندین ژنراتور نسبتاً کوچک به یک باس مشترک متصل بودند. با رشد سریع اندازه ژنراتورها و افزایش سطح جریان خطا در سیستم، قابلیت‌های قطع این نوع تجهیزات به سرعت فراتر رفت. در نتیجه، مفهوم واحد پذیرفته شد که در آن هر ژنراتور یک سیستم کمکی بخار مستقل داشت که مستقیماً به یک ترانسفورماتور بالابر و سوئیچ‌بریکر(ها) جانب بالا متصل بود.
در مقایسه با اتصال واحد، استفاده از سوئیچ‌بریکرهای ژنراتور برای قطع ژنراتورها در ولتاژ ترمینال آنها مزایای زیادی ارائه می‌دهد:
ساده‌سازی عملیات: عملیات را ساده می‌کند و پیچیدگی و احتمال خطای انسانی در طول وظایف مربوط به ژنراتور را کاهش می‌دهد.
افزایش حفاظت: محافظت بهتری برای ژنراتور و همچنین ترانسفورماتورهای اصلی و واحد ارائه می‌دهد و این مؤلفه‌های مهم را از خطاها و افزایش ناگهانی جریان الکتریکی محافظت می‌کند.
افزایش قابلیت اطمینان: امنیت سیستم تولید برق را افزایش می‌دهد و قابلیت اطمینان کلی نیروگاه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد، زمان تعطیلی را کاهش می‌دهد و خروجی برق را به حداکثر می‌رساند.
سودآوری اقتصادی: همچنین مزایای اقتصادی ای مانند کاهش هزینه‌های نگهداری و بهبود کارایی عملیاتی بلندمدت ایجاد می‌کند.
نیازهای کلیدی برای طرح برقی نیروگاه‌ها می‌تواند به شرح زیر خلاصه شود:
انتقال موثر انرژی برق: انتقال انرژی برق تولید شده از ژنراتور به سیستم انتقال ولتاژ بالا (HV)، با در نظر گرفتن نیازهای عملیاتی و عوامل مرتبط با قابلیت اطمینان و اقتصادی.
تامین قابل اعتماد برق کمکی: تأمین برق برای سیستم‌های کمکی و خدمات ایستگاه، که برای حفظ عملیات ایمن و قابل اعتماد نیروگاه ضروری است.
شکل ۱ نمونه‌هایی از طرح‌های نیروگاهی را نشان می‌دهد که از یک سوئیچ‌بریکر ژنراتور برای اتصال ژنراتور به ترانسفورماتور اصلی استفاده می‌کنند و نشان می‌دهد که چگونه این سوئیچ‌بریکرها در طرح کلی برقی نیروگاه یکپارچه شده‌اند.
سوئیچ‌بریکرهای ژنراتور نقشی حیاتی و چندجانبه در سیستم‌های برقی ایفا می‌کنند و مجموعه‌ای از وظایف عملیاتی ضروری را انجام می‌دهند:
همگام‌سازی با سیستم HV: مسئول همگام‌سازی ژنراتور با ولتاژ سیستم در سطح ولتاژ بالا (HV) هستند. این امر اتصال بی‌خشکه بین خروجی ژنراتور و شبکه را فراهم می‌کند و انتقال موثر انرژی برق را تسهیل می‌کند.
قطع از سیستم HV: امکان جدا کردن ژنراتورها از سیستم HV را فراهم می‌کنند، که در زمان قطع ژنراتورهای بدون بار یا با بار کم مفید است. این عملیات به حفظ ثبات و ایمنی شبکه برق کمک می‌کند.
قطع جریان بار: این سوئیچ‌بریکرهای قادر به قطع جریان بار هستند و ظرفیت قطع جریان کامل بار ژنراتورها را دارند. این قابلیت برای عملیات عادی و مدیریت بار در نیروگاه ضروری است.
قطع کوتاه‌مدارهای تغذیه‌شده از سیستم: می‌توانند کوتاه‌مدارهای تغذیه‌شده از سیستم را قطع کنند و ژنراتور و سایر مؤلفه‌ها را از جریان بیش از حد ناشی از خطا در سیستم محافظت می‌کنند.
قطع کوتاه‌مدارهای تغذیه‌شده از ژنراتور: به طور مشابه، طراحی شده‌اند تا کوتاه‌مدارهای تغذیه‌شده از ژنراتور را قطع کنند و ژنراتور را از خطاها داخلی محافظت کرده و عملکرد ایمن آن را تضمین می‌کنند.
قطع جریان در شرایط غیرهم‌فازی: سوئیچ‌بریکرهای ژنراتور قادر به قطع جریان در شرایط غیرهم‌فازی هستند و می‌توانند جریان را تا زاویه ۱۸۰ درجه غیرهم‌فازی مدیریت کنند. این ویژگی برای حفظ ثبات سیستم در شرایط غیرعادی عملیاتی حیاتی است.
همگام‌سازی در نیروگاه‌های ذخیره‌سازی پمپاژ (حالت موتور): در نیروگاه‌های ذخیره‌سازی پمپاژ، زمانی که ژنراتور-موتور در حالت موتور شروع می‌شود، سوئیچ‌بریکر برای همگام‌سازی دستگاه با سیستم HV استفاده می‌شود. روش‌های مختلف همگام‌سازی وجود دارد، مانند استفاده از تبدیل‌کننده فرکانس استاتیک (SFC) یا شروع پشت سر هم.
مدیریت جریان شروع در نیروگاه‌های ذخیره‌سازی پمپاژ (حالت موتور): زمانی که ژنراتور-موتور در نیروگاه‌های ذخیره‌سازی پمپاژ با شروع غیرهمگام در حالت موتور شروع می‌شود، سوئیچ‌بریکر روی جریان شروع بسته و آن را قطع می‌کند و فرآیند شروع را به صورت هموار و کنترل‌شده اداره می‌کند.
قطع جریان کوتاه‌مدار با فرکانس پایین: در نیروگاه‌های گازی، چرخه ترکیبی و ذخیره‌سازی پمپاژ، بسته به تامین‌کننده شروع، سوئیچ‌بریکر می‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار تغذیه‌شده از ژنراتور را در فرکانس‌های زیر ۵۰/۶۰ Hz قطع کند و به نیازهای خاص این سیستم‌های تولید برق تناسب می‌یابد.
روش‌های متعددی برای همگام‌سازی در نیروگاه‌های ذخیره‌سازی پمپاژ وجود دارد.
طرح شروع با تبدیل‌کننده فرکانس استاتیک (SFC): این طرح عمدتاً شامل یک تبدیل‌کننده تایریستوری که به یک ترانسفورماتور واحد در سمت HV متصل است و یک انورتر که به ژنراتور متصل است. انورتر عملیات ژنراتور را از یک فرکانس توان کم شروع می‌کند و آن را به فرکانس توان اسمی تدریجاً افزایش می‌دهد. هنگامی که ژنراتور برای تولید توان تحریک شود، ممکن است اختلاف زاویه فازی بین خروجی آن و شبکه وجود داشته باشد. در لحظه‌ای که اختلاف فاز بین ژنراتور و شبکه HV به حداقل می‌رسد، ژنراتور با استفاده از یک سوئیچ‌بریکر ژنراتور یا سوئیچ‌بریکر HV با شبکه HV همگام‌سازی می‌شود.
طرح شروع پشت سر هم: در یک نیروگاه با چند ژنراتور، می‌توان از طرح شروع پشت سر هم استفاده کرد. توان تولید شده توسط یک ژنراتور که تحت شرایط اسمی کار می‌کند برای شروع یک ژنراتور متوقف شده تا فرکانس توان اسمی استفاده می‌شود. سپس ژنراتور با استفاده از یک سوئیچ‌بریکر ژنراتور یا سوئیچ‌بریکر HV با شبکه HV همگام‌سازی می‌شود.
بر اساس استاندارد IEC/IEEE 62271-37-13، دوره وظیفه کوتاه‌مداری سوئیچ‌بریکر ژنراتور به دو واحد عملیاتی مشخص شده است که با فاصله ۳۰ دقیقه بین هر عملیات. دوره وظیفه به صورت "CO – ۳۰ دقیقه – CO" نشان داده می‌شود، که به معنای دو قطع کامل کوتاه‌مدار با فاصله ۳۰ دقیقه بین هر بسته‌شدن کوتاه‌مدار است.این طراحی به طور خاص برای حفاظت از نیروگاه‌ها و ژنراتورها است. انجام دو عملیات بسته-باز شدن متوالی در طول یک کوتاه‌مدار کامل می‌تواند به ژنراتور و ترانسفورماتورهای بالابر آسیب برساند.
این نوع کوتاه‌مدار بسیار غیرمحتمل است و احتمالاً مدیر نیروگاه تلاش نخواهد کرد که ۳۰ دقیقه پس از یک رویداد کوتاه‌مدار کامل دوباره مدار را ببندد.
فاصله ۳۰ دقیقه بین دو عملیات برای بازگرداندن شرایط اولیه سوئیچ‌بریکر و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد مؤلفه‌های آن ضروری است. باید توجه داشت که این بازه زمانی ممکن است بسته به نوع عملیات و مشخصات سوئیچ‌بریکر ژنراتور متفاوت باشد.
