Existuje mnoho abnormálních podmínek, které mohou vést k poškození generátoru.Některé z těchto stavů jsou výsledkem poruchy generátoru nebo jednoho z jeho subsystémů a jiné mají původ v samotném energetickém systému.Následující tabulka shrnuje typy poruch, které mohou nastat, a související metody ochrany.
Zemní poruchy statoru
Nejčastěji se vyskytující poruchou vinutí statoru je porušení izolace mezi jednou fází a zemí.Nedetekována může tato chyba rychle poškodit jádro generátoru.Požáry jsou také možné na vzduchem chlazených strojích.Schopnost statorového diferenciálního prvku detekovat zemní spojení je funkcí dostupného zemního poruchového proudu.Jako taková je pro stator obecně vyžadována vyhrazená zemní ochrana.
Generátory poskytují energii využívanou všemi zátěžemi v energetickém systému a velkou část jalového výkonu potřebného k napájení indukčních prvků, čímž udržují napětí systému na jmenovitých hodnotách.Energetické systémy mají malou kapacitu pro ukládání energie.Jako taková musí být ztracená generace okamžitě nahrazena nebo musí být odstraněno ekvivalentní množství zátěže.Je prvořadé, aby ochranný systém generátoru byl vysoce bezpečný během vnějších poruch.
Generátor je jednou složkou komplexního systému, který zahrnuje primární pohon, budič a různé pomocné systémy.Kromě detekce zkratů je proto IED ochrany generátoru vyžadováno k detekci řady abnormálních podmínek, které by mohly poškodit generátor nebo některý z jeho subsystémů.Generátory lze rozdělit do dvou hlavních typů: indukční a synchronní.Indukční stroje jsou typicky menší velikosti, sahat až do pouhých 100 kVA, a jsou obvykle poháněny pístovým motorem.Synchronní stroje se pohybují ve velikosti od několika stovek kVA do 1200 MVA.
Synchronní generátory mohou být poháněny různými hlavními motory, včetně pístových motorů, vodních turbín, spalovacích turbín a velkých parních turbín.Typ turbíny ovlivňuje konstrukci generátoru, a proto může ovlivnit požadavky na ochranu.Velikost generátoru a jeho způsob uzemnění také ovlivňují jeho požadavky na ochranu.Malé a střední stroje jsou často přímo připojeny k distribuční síti (přímé připojení).V této konfiguraci může být na stejnou sběrnici připojeno několik strojů.Velké stroje jsou obvykle připojeny přes vyhrazený výkonový transformátor k přenosové síti (jednotka připojena).
Druhý výkonový transformátor na svorkách generátoru poskytuje pomocné napájení pro jednotku.Generátory jsou uzemněny za účelem kontroly před škodlivými napěťovými přechody a pro usnadnění činnosti ochranných funkcí.Přímo připojené generátory jsou často uzemněny prostřednictvím nízké impedance, která omezuje zemní poruchový proud na 200-400 ampér.Stroje připojené k jednotce jsou obvykle uzemněny prostřednictvím vysoké impedance, která omezuje proud na méně než 20 ampérů.
Pro přímo připojené, nízkoimpedančně uzemněné stroje se používá metoda detekce založená na proudu.Tato ochrana musí být rychlá a citlivá na vnitřní zemní poruchy a zároveň musí být bezpečná při vnějších poruchách.Toho lze dosáhnout použitím omezeného zemního prvku nebo neutrálního směrového prvku.Prvek omezeného zemního spojení implementovaný v modelech G30 a G60 využívá symetrický zádržný mechanismus součástí, který poskytuje vysoký stupeň zabezpečení při externích poruchách s významným nasycením CT.
U vysokoimpedančně uzemněných strojů připojených k jednotce se často používají metody založené na napětí k zajištění detekce zemního spojení.Pomocí kombinace elementů základního a třetího harmonického napětí lze dosáhnout pokrytí zemního spojení pro 100 % vinutí statoru.Relé GE využívají třetí harmonický napěťový prvek, který reaguje na poměr neutrální a koncové hodnoty třetí harmonické.Tento prvek se snadno nastavuje a za normálního provozu není citlivý na změny úrovní třetí harmonické.
Poruchy fáze statoru
Fázové poruchy nezahrnující zem se mohou vyskytnout na konci vinutí nebo v štěrbině u strojů, které mají cívky stejné fáze ve stejné štěrbině.Přestože je porucha fáze méně pravděpodobná než zemní porucha, proud vyplývající z této poruchy není omezen impedancí uzemnění.Proto je důležité, aby byly tyto poruchy rychle detekovány, aby se omezilo poškození stroje.Protože systémový poměr XOR je u generátoru obzvláště vysoký, je statorový diferenciální prvek zvláště náchylný k saturaci CT v důsledku stejnosměrné složky proudu během vnější poruchy.Diferenciální algoritmus statoru G60 přidává další zabezpečení ve formátu směrové kontroly, když je podezření na saturaci CT v důsledku střídavých nebo stejnosměrných složek proudu.
Čas odeslání: 30. ledna 2023