Generator prekidnici su u suštini pogodni za širok spektar elektrana, uključujući termoelektrane, nuklearne elektrane, plinske turbine, kombinovane cikluse, hidroelektrane i elektrane sa pumpanjem. Takođe su idealni za nadogradnju postojećih elektrana koje nemaju generator prekidnike.
U prošlosti, generator prekidnici su se često koristili u višeagregatnim elektranama gde su nekoliko relativno malih generatora bilo povezanih na zajedničku bus liniju. Međutim, s brzim porastom veličine generatora i eskalacijom nivoa struja sistema greške, prekidna sposobnost ovog tipa aparata je ubrzo prevazilažena. Nakon toga je usvojen koncept jedinica, gde svaki generator ima nezavisnu parnu pomoćnu sistem direktno povezan sa step-up transformatorom i prekidnikom na visokoj strani.
Kada se porede sa vezom jedinice, korišćenje generator prekidnika za prekidanje generatora na njihovoj terminalnoj naponskoj razini pruža mnoge prednosti:
Uprošćene operacije: Uproštava operativne procedure, smanjujući složenost i mogućnost ljudskih grešaka tokom zadataka vezanih za prekidanje generatora.
Poboljšana zaštita: Pruža poboljšanu zaštitu generatora, kao i glavnih i jediničnih transformatora, štitići ove ključne komponente od električnih grešaka i talasa.
Povećana pouzdanost: Povećava sigurnost sistema proizvodnje elektriciteta i značajno unapređuje ukupnu dostupnost elektrane, minimizirajući vremenski propust i maksimizirajući proizvodnju elektriciteta.
Ekonomska dobit: Donosi i ekonomske prednosti, poput smanjenih troškova održavanja i poboljšane dugoročne operativne efikasnosti.
Ključne zahteve za električnu raspodelu elektrana može se sažeti na sledeći način:
Učinkovit prenos snage: Prenos generisane električne energije od generatora na visokonaponski (HV) prenosni sistem, uzimajući u obzir operativne potrebe, kao i faktore vezane za dostupnost, pouzdanost i ekonomsku isplativost.
Pouzdano snabdevanje pomoćnom strujom: Osiguravanje snabdevanja električnom energijom za pomoćne i stacionarne sisteme, što je ključno za održavanje sigurne i pouzdane operacije elektrane.
Slika 1 ilustruje primere raspodele elektrana koje koriste generator prekidnik za povezivanje generatora sa glavnim transformatorom, pokazujući kako su ti prekidnici integrisani u celokupnu električnu konfiguraciju elektrane.
Generator prekidnici igraju ključnu i višestruku ulogu u sistemima elektroenergije, obavljajući mnogo važnih operativnih dužnosti:
Sinhronizacija sa HV sistemom: Oni su odgovorni za sinhronizaciju generatora sa sistemskim naponom na visokonaponskom (HV) nivou. Ovo osigurava bezprekidnu vezu između izlaza generatora i mreže, omogućavajući učinkovit prenos električne energije.
Odsecanje od HV sistema: Omogućavaju odsecanje generatora od HV sistema, što je posebno korisno kada se isključuju neopterećeni ili slabootereteni generatori. Ova operacija pomaga u održavanju stabilnosti i bezbednosti mreže.
Prekid opterećenja: Ovi prekidnici su sposobni da prekidaju strujne opterećenja, sa mogućnošću rukovanja do punog opterećenja generatora. Ova funkcija je vitalna za normalnu operaciju i upravljanje opterećenjem unutar elektrane.
Prekid kratkog spoja ishranjivanog od sistema: Mogu prekinuti kratak spoj ishranjivan od sistema, štitići generator i druge komponente od potencijalno štetnih efekata prekomjerne struje uzrokovanog greškama u sistemu.
Prekid kratkog spoja ishranjivanog od generatora: Slično tome, dizajnirani su da prekinu kratak spoj ishranjivan od generatora, štitići sam generator od internih grešaka i osiguravajući njegovu dalju bezbednu operaciju.
Prekid struje pod uslovima nerazmernosti faze: Generator prekidnici mogu rukovati prekidom struje pod uslovima nerazmernosti faze, sa mogućnošću upravljanja do ugla nerazmernosti od 180°. Ova osobina je ključna za održavanje stabilnosti sistema tokom abnormalnih operativnih uslova.
Sinhronizacija u elektranama sa pumpanjem (motor režim): U elektranama sa pumpanjem, kada se generator-motor pokrene u motor režimu, prekidnik se koristi za sinhronizaciju mašine sa HV sistemom. Postoji različiti metodi sinhronizacije, kao što su početak rada sa statičkim frekvencijskim pretvaračem (SFC) ili početak rada "back-to-back".
Rukovanje početnom strujom u elektranama sa pumpanjem (motor režim): Kada se generator-motor pokrene u motor režimu sa asinhronim početkom rada u elektranama sa pumpanjem, prekidnik se zatvori i prekida početnu struju, osiguravajući gladak i kontrolisan proces pokretanja.
Prekid struje kratkog spoja na niskoj frekvenciji: U plinskim turbinama, kombinovanim ciklusima i elektranama sa pumpanjem, zavisno od početnog ishranjivanja, prekidnik može prekinuti struju kratkog spoja ishranjivanu od generatora na frekvencijama ispod 50/60 Hz, prilagođavajući se specifičnim zahtevima ovih sistema proizvodnje.
Postoji više metoda sinhronizacije u elektranama sa pumpanjem.
Šema početka rada sa statičkim frekvencijskim pretvaračem (SFC): Ova šema uglavnom uključuje tiristor pretvarač povezan sa jediničnim transformatorom na visokonaponskoj strani i inverzor povezan sa generatorom. Inverzor započinje rad generatora na niskoj frekvenciji i postepeno ga penja na nominalnu frekvenciju. Kada generator proizvede snagu, može biti razlika u faznom uglu između njegovog izlaza i mreže. U trenutku kada se razlika u fazama između generatora i HV mreže svede na minimum, generator se sinhronizuje sa HV mrežom koristeći generator prekidnik ili HV prekidnik.
Šema početka rada "back-to-back": U elektrani sa više generatora, može se koristiti šema početka rada "back-to-back". Snaga generisana od generatora koji radi pod nominalnim uslovima se koristi za pokretanje zaustavljenog generatora do nominalne frekvencije. Zatim se generator sinhronizuje sa HV mrežom koristeći generator prekidnik ili HV prekidnik.
Prema standardu IEC/IEEE 62271-37-13, nominirani dužni ciklus kratkog spoja generator prekidnika definisan je kao sastoji se od dve jedinice operacija, sa intervalom od 30 minuta između svake operacije. Dužni ciklus predstavljen je kao "CO – 30 minuta – CO", što znači dva kompletna prekida kratkog spoja, sa intervalom od 30 minuta između svakog događaja zatvaranja kratkog spoja.Ovaj dizajn je specifično namenjen za zaštitu elektrana i generatora. Izvršavanje dve uzastopne operacije zatvaranja i otvaranja tokom punog kratkog spoja bi potencijalno moglo da prouzrokuje oštećenje generatora i step-up transformatora.
Takve vrste kratkog spoja su veoma nevjerojatne, i takođe je vrlo nevjerojatno da bi menadžer elektrane pokušao ponovo zatvoriti prekidnik samo 30 minuta nakon punog događaja kratkog spoja.
Interval od 30 minuta između dve operacije je ključan za vraćanje početnih uslova prekidnika i sprečavanje prekomjernog zagrijavanja njegovih komponenata. Treba napomenuti da se ovaj vremenski interval može razlikovati u zavisnosti od specifičnog tipa operacije i karakteristika generator prekidnika.
