شرایط غیرعادی زیادی وجود دارد که می تواند منجر به آسیب به ژنراتور شود.برخی از این شرایط ناشی از خرابی در ژنراتور یا یکی از زیرسیستم های آن است و برخی دیگر از خود سیستم قدرت منشأ می گیرند.جدول زیر انواع خرابی هایی که ممکن است رخ دهد و روش های حفاظتی مرتبط را خلاصه می کند.
خطاهای زمین استاتور
شایع ترین خرابی سیم پیچ استاتور، خرابی عایق بین یک فاز و زمین است.این خطا بدون شناسایی، می تواند به سرعت به هسته ژنراتور آسیب برساند.آتش سوزی در ماشین های هوا خنک نیز امکان پذیر است.توانایی عنصر دیفرانسیل استاتور برای تشخیص خطای زمین تابعی از جریان خطای زمین موجود است.به این ترتیب، حفاظت از خطای زمین به طور کلی برای استاتور مورد نیاز است.
ژنراتورها انرژی مصرف شده توسط تمام بارهای سیستم قدرت و بیشتر توان راکتیو مورد نیاز برای تامین عناصر القایی را تامین می کنند و در نتیجه ولتاژ سیستم را در مقادیر اسمی حفظ می کنند.سیستم های قدرت ظرفیت کمی برای ذخیره انرژی دارند.به این ترتیب، تولید از دست رفته باید فورا جایگزین شود یا مقدار معادل بار باید تخلیه شود.این مهم است که سیستم حفاظتی ژنراتور در هنگام اختلالات خارجی بسیار ایمن باشد.
ژنراتور یکی از اجزای یک سیستم پیچیده است که شامل یک محرک اولیه، یک تحریک کننده و سیستم های کمکی مختلف است.علاوه بر شناسایی مدارهای کوتاه، IED محافظ ژنراتور برای شناسایی مجموعه ای از شرایط غیرعادی که می تواند به ژنراتور یا یکی از زیرسیستم های آن آسیب برساند، مورد نیاز است.ژنراتورها را می توان به دو نوع عمده تقسیم کرد: القایی و سنکرون.ماشین‌های القایی معمولاً از نظر اندازه کوچک‌تر هستند و تا صد کیلوولت آمپر می‌رسد و معمولاً از یک موتور رفت و برگشتی هدایت می‌شوند.اندازه ماشین های سنکرون از چند صد کیلو ولت آمپر تا 1200 مگا ولت آمپر می باشد.
ژنراتورهای سنکرون ممکن است توسط انواع مختلفی از محرک های اصلی، از جمله موتورهای رفت و برگشتی، توربین های آبی، توربین های احتراقی و توربین های بخار بزرگ به حرکت در آیند.نوع توربین بر طراحی ژنراتور تأثیر می گذارد و بنابراین می تواند الزامات حفاظتی را تحت تأثیر قرار دهد.اندازه ژنراتور و روش اتصال به زمین آن نیز بر الزامات حفاظتی آن تأثیر می گذارد.ماشین‌های کوچک و متوسط اغلب مستقیماً به شبکه توزیع متصل می‌شوند (متصل مستقیم).در این پیکربندی می توان چندین ماشین را به یک باس متصل کرد.ماشین های بزرگ معمولاً از طریق یک ترانسفورماتور قدرت اختصاصی به شبکه انتقال (واحد متصل) متصل می شوند.
یک ترانسفورماتور قدرت دوم در پایانه های ژنراتور نیروی کمکی را برای واحد فراهم می کند.ژنراتورها به منظور کنترل از آسیب گذرای ولتاژ و تسهیل عملکرد عملکردهای حفاظتی، زمین هستند.ژنراتورهای متصل مستقیم اغلب از طریق یک امپدانس کم به زمین متصل می شوند که جریان خطای زمین را به 200-400 آمپر محدود می کند.ماشین های متصل به واحد معمولاً از طریق یک امپدانس بالا به زمین متصل می شوند که جریان را به کمتر از 20 آمپر محدود می کند.
برای ماشین‌های متصل به زمین و امپدانس کم، از روش تشخیص مبتنی بر جریان استفاده می‌شود.این حفاظت باید برای خطاهای داخلی زمین سریع و حساس باشد و در عین حال در هنگام اختلالات خارجی ایمن باشد.این را می توان با استفاده از یک عنصر خطای زمین محدود یا یک عنصر جهت دار خنثی به دست آورد.عنصر خطای زمین محدود اجرا شده در G30 و G60 از یک مکانیسم مهار متقارن اجزا استفاده می کند که درجه بالایی از امنیت را در هنگام خطاهای خارجی با اشباع CT قابل توجه فراهم می کند.
برای ماشین‌های متصل به واحد، با امپدانس بالا، اغلب از روش‌های مبتنی بر ولتاژ برای تشخیص خطای زمین استفاده می‌شود.با استفاده از ترکیب عناصر ولتاژ پایه و هارمونیک سوم می توان به پوشش خطای زمین برای 100% سیم پیچ استاتور دست یافت.رله‌های GE از یک عنصر ولتاژ هارمونیک سوم استفاده می‌کنند که به نسبت مقادیر خنثی و پایانی هارمونیک سوم پاسخ می‌دهد.تنظیم این عنصر ساده است و نسبت به تغییرات در سطوح هارمونیک سوم تحت عملکرد معمولی حساس نیست.
خطاهای فاز استاتور
خطاهای فازی که شامل زمین نمی شود می تواند در انتهای سیم پیچ یا درون شکاف روشن در ماشین هایی که سیم پیچ های هم فاز در همان شکاف دارند رخ دهد.اگرچه احتمال خطای فاز کمتر از خطای زمین است، جریان حاصل از این خطا توسط امپدانس زمین محدود نمی شود.بنابراین بسیار مهم است که این عیوب به سرعت شناسایی شوند تا آسیب وارده به دستگاه محدود شود.از آنجایی که نسبت XOR سیستم به ویژه در ژنراتور بالا است، عنصر دیفرانسیل استاتور به دلیل مولفه DC جریان در طول یک اغتشاش خارجی به اشباع CT حساس است.الگوریتم دیفرانسیل استاتور G60 هنگام مشکوک شدن به اشباع CT به دلیل مولفه های AC یا DC جریان، امنیت بیشتری را در قالب یک بررسی جهت اضافه می کند.
زمان ارسال: ژانویه 30-2023