Prekidnici generatora su u osnovi prikladni za širok spektar elektranama, uključujući one na ugljenu, nuklearne, plinske turbine, kombinirane cikluse, hidroelektrane i elektrane sa pumpanjem. Također su idealni za nadogradnju postojećih elektrana koje nemaju prekidnike generatora.
U prošlosti, prekidnici generatora bili su često korišteni u višeagregatnim postajama gdje je nekoliko relativno malih generatora bilo povezano s zajedničkom bus linijom. Međutim, s brzim rastom veličine generatora i povećanjem nivoa strujnih grešaka sistema, prekidna sposobnost ovog tipa opreme uskoro je prevazila. Nakon toga, usvojen je koncept jedinice, gdje svaki generator ima neovisni parni pogonski pomoćni sustav direktno povezan s transformatorom za napredak i prekidnikom na visokoj strani.
U usporedbi s vezom jedinice, korištenje prekidnika generatora za prebacivanje generatora na njihovo terminalno napona pruža mnogo prednosti:
Pojednostavljeni rad: Pojednostavljuje operativne procedure, smanjujući složenost i mogućnost ljudskih grešaka tijekom zadataka vezanih uz prebacivanje generatora.
Unaprijeđena zaštita: Nudi poboljšanu zaštitu za generator, kao i za glavne i jedinične transformatore, štitići ove ključne komponente od električnih grešaka i talasa.
Povećana pouzdanost: Povećava sigurnost sustava proizvodnje električne energije i značajno unaprijeđuje ukupnu dostupnost elektrane, minimizirajući vrijeme nedostupnosti i maksimizirajući izlaznu snagu.
Ekonomska dobit: Donosi i ekonomske prednosti, poput smanjenih troškova održavanja i poboljšane dugoročne operativne učinkovitosti.
Ključni zahtjevi za elektrotehničko raspoređenje elektrana mogu se sažeti na sljedeći način:
Učinkovito prebacivanje snage: Prebacivanje generiranog električnog energije od generatora do visokonaponskog (HV) prenosnog sustava, uzimajući u obzir operativne potrebe, kao i faktore vezane uz dostupnost, pouzdanost i ekonomsku isplativost.
Pouzdano snabdijevanje pomoćnom strujom: Osiguravanje snabdijevanja električnom strujom za pomoćne i postajne servisne sustave, što je ključno za održavanje sigurne i pouzdane operacije elektrane.
Slika 1 ilustrira primjere raspoređenja elektrana koje koriste prekidnik generatora za povezivanje generatora s glavnim transformatorom, pokazujući kako su ti prekidnici integrirani u ukupnu elektrotehničku konfiguraciju elektrane.
Prekidnici generatora igraju ključnu i višestruku ulogu u sustavima snabdevanja električnom energijom, ispunjavajući razne važne operativne dužnosti:
Sinkronizacija s HV sustavom: Odgovorni su za sinkronizaciju generatora s naponom sustava na visokonaponskom (HV) nivou. To osigurava bezprekidnu vezu između izlaza generatora i mreže, omogućujući učinkovito prebacivanje električne energije.
Odvajanje od HV sustava: Omogućuju odvajanje generatora od HV sustava, što je posebno korisno prilikom isključivanja neopterećenih ili slabo opterećenih generatora. Ova operacija pomaže u održavanju stabilnosti i sigurnosti električne mreže.
Prekid opterećenja strujom: Ovi prekidnici su sposobni prekinuti strujne opterećenja, s kapacitetom da obrade do punog opterećenja generatora. Ova funkcionalnost je vitalna za normalnu operaciju i upravljanje opterećenjem unutar elektrane.
Prekid kratičnih struja iz sustava: Mogu prekinuti kratične struje iz sustava, štitići generator i druge komponente od potencijalno štetnih efekata prevelike struje uzrokovanog greškama u sustavu.
Prekid kratičnih struja iz generatora: Slično tome, dizajnirani su za prekid kratičnih struja iz generatora, štitići sam generator od unutarnjih grešaka i osiguravajući njegovu daljnju sigurnu operaciju.
Prekid struje u asinkronom stanju: Prekidnici generatora mogu obraditi prekid struje u asinkronom stanju, s mogućnošću upravljanja do asinkronog kuta od 180°. Ova značajka je ključna za održavanje stabilnosti sustava tijekom abnormalnih uvjeta rada.
Sinkronizacija u elektranama sa pumpanjem (motor mod): U elektranama sa pumpanjem, kada se generator-motor pokrene u motor modu, prekidnik se koristi za sinkronizaciju stroja s HV sustavom. Postoji različiti metode sinkronizacije, poput korištenja statičkog frekvencijskog pretvarača (SFC) za pokretanje ili pokretanje nazad-nazad.
Rukovanje početnim strujama u elektranama sa pumpanjem (motor mod): Kada se generator-motor pokrene u motor modu s asinkronim pokretanjem u elektranama sa pumpanjem, prekidnik zatvara i prekida početnu struju, osiguravajući gladak i kontrolirani proces pokretanja.
Prekid struje kratičnog stanja na niskoj frekvenciji: U plinskim turbinama, kombiniranim ciklusima i elektranama sa pumpanjem, ovisno o izvoru pokretanja, prekidnik može prekinuti struju kratičnog stanja iz generatora na frekvencijama ispod 50/60 Hz, prilagođavajući specifičnim zahtjevima ovih sustava proizvodnje.
Postoji nekoliko pristupa sinkronizaciji u elektranama sa pumpanjem.
Shema pokretanja s statičkim frekvencijskim pretvaračem (SFC): Ova shema uglavnom sastoji se od tiristora pretvarača povezanog s jediničnim transformatorom na HV strani i invertera povezanog s generatorom. Inverter započinje rad generatora s niske frekvencije snage i postepeno ga povećava do nominalne frekvencije snage. Kada generator stane proizvoditi snagu, može biti razlika faznog kuta između njegovog izlaza i izlaza mreže. U trenutku kada se razlika faza između generatora i HV mreže smanji, generator se sinkronizira s HV mrežom koristeći prekidnik generatora ili HV prekidnik.
Shema pokretanja nazad-nazad: U elektrani s više generatora, može se koristiti shema pokretanja nazad-nazad. Snaga generirana od generatora koji radi pod nominalnim uvjetima koristi se za pokretanje zaustavljenog generatora do nominalne frekvencije snage. Zatim se generator sinkronizira s HV mrežom koristeći prekidnik generatora ili HV prekidnik.
Prema standardu IEC/IEEE 62271-37-13, nominirani dužni ciklus prekidnika generatora definiran je kao sastojci dva operativna jedinica, s intervalom od 30 minuta između svake operacije. Dužni ciklus predstavljen je kao "CO – 30 minuta – CO", što znači dva kompletna prekida kratične struje, s intervalom od 30 minuta između svakog događaja zatvaranja kratične struje.Ovaj dizajn specifično je namijenjen za zaštitu elektrana i generatora. Izvođenje dvije uzastopne operacije zatvaranja-otvaranja tijekom punog kratičnog stanja bi moglo potencijalno povrijediti generator i transformatore za napredak.
Takve vrste kratičnih stanja su veoma nevjerojatne, i također je vrlo nevjerojatno da bi voditelj elektrane pokušao zatvoriti krug samo 30 minuta nakon punog kratičnog događaja.
Interval od 30 minuta između dvije operacije je ključan za vraćanje početnih uvjeta prekidnika i sprečavanje prekomjernog zagrijavanja njegovih komponenti. Treba napomenuti da ovaj vremenski interval može varirati ovisno o specifičnom tipu operacije i karakteristikama prekidnika generatora.
