Sisteme de protectie ale generatoarelor

Masina sincrona reprezinta elementul electric cel mai important si cel mai costisitor. Un generator sincron trebuie protejat:

• impotriva defectelor interne (in rotor si in stator);
• improtriva regimurilor anormale de functionare

Defectele interne in statorul masinii sincrone generatoare sunt:

• scurtcircuitele polifazate – reprezentand defectul intern cel mai grav;
• puneri la pamant monofazate (respectiv la carcasa masinii) – care provoaca topirea prin arc electric a fierului statoric si – in unele cazuri – degenereaza intr-un scurtcircuit polifazat;
• scurtcircuite intre spirele aceleiasi faze – care determina supraincalzirea bobinajelor si creeaza pericolul unui scurtcircuit intre faze.

Defectele interne in rotorul masinii sincrone generatoare sunt:

• simpla punere la pamant – intr-un punct al circuitului de excitatie; evident un astfel de defect nu reprezinta un pericol imediat si poate fi numai semnalizat la releele protectiei;
• dubla punere la pamant – in doua puncte ale circuitului de excitatie, care determina deteriorarea masinii sincrone generatoare si scaderea accidentala a curentului de excitatie, provocand, in ultima instanta, pierderea stabilitatii functionarii.

Regimuri anormale de functionare ale unui generator sincron sunt:

• supraintensitatile provocate de scrutcircuitele exterioare generatorului sau de suprasarcini (care provoaca uzura, imbatranirea izolatiei);
• cresterea curentului de secventa inversa (care determina incalziri suplimentare sau vibratii in masina sincrona);
• cresterile de tensiune (care provoaca distrugerea treptata a izolatiei);
• trecerea la functionarea in regim de motor (in cazul unor defectiuni ale turbinei care antreneaza generatorul);
• supratemperaturi datorita defectelor in sistemul de racire (care conduc, de asemenea, la uzura si imbatranirea izolatiei).

In functie de defect sau de regimul anormal impotriva caruia trebuie sa actioneze, sistemele de protectie prin relee ale generatorului sincron indeplinesc una sau mai multe din urmatoarele functiuni:

comanda declansarea intreruptoarelor;

comanda actionarea automatului de dezexcitare rapida;

semnalizeaza regimurile anormale de functionare.

Un exemplu de releu digital modern care realizeaza protectia diferentiala a liniilor electrice este releul DGP produs de General Electric Company, ale carui functii de protectie sunt descrise pe scurt in continuare.

Functiile de protectie pe care acest releu le realizeaza sunt prezentate in tabelul 5.1, alaturi de codurile ANSI atribuite fiecarei functii. Reprezentarea diagramei monofilare a acestui releu este prezentata in figura 5.2

Diferentiala statorica este functia care asigura protejarea cu viteza foarte mare a statorului generatorului in timpul defectelor pe doua sau trei faze. Functia nu va opera in conditiile de aparitie unor defecteturn to turnin legaturile masinii. Nu va opera de asemenea daca doar o faza e pusa la pamant si sistemul nu are legatura la pamant sau legaturile au impedanta prea mare. Protejarea in cazul punerii la pamant a unie faze presupune ca neutrul masinii (sau alta masina cae functioneaza in paralel) sa fie pus la pamant.

Document online: Evolutia pietei imobiliare in ultimii ani Document online: Descriere folii de polietilena

O mica portiune a legaturii langa neutru nu va fi protejata, marimea ei fiind determinata de tensiunea necesara pentru generarea unui curent minim care sa treaca prin impedanta dintre neutru si pamant. Exista dispozitive care limiteaza acest curent prin cresterea impedante.

Exista mai multe cauze care duc la dezechilibarea generatorului cum sunt sarcinile dezechilibrate, defectele dezechilibrate si circuitele deschise. Componenta de secventa inversa a curentului statoric I₂ este direct legata de astfel de dezechilibre si genereaza un camp de flux cu o rotatie inversa. Aceasta rotatie in sens invers duce la incalzirea locala in fierul rotoric. Capacitatea generatoarelor de a rezista la incalzirea provocata de curentii dezechilibrati este exprimata sub forma unei constante () si este specificata de producator.

Functiile de protectie ale DGP

Functia de protectie are caracteristici de operare-timp exprimate sub forma . Este incorporata si o resetare cu caracteristica liniara, care aproximeaza racirea generatorului ca urmare a dezechilibrarii curentilor. Aceasta functie de protectie dispune si de o alarma in cazul aparitie curentilor dezechilibrati, care opereaza pe baza componentei de secventa inversa a curentului, fiind setata cu un anumit timp de intarziere.

Functia impotriva pierderii excitatiei are rolul de a detecta pierderea excitatiei la masinile sincrone. Ea include doua caracteristici mho, fiecare cu timpi de intarziere si declansare ajustabili. Aceasta functie este blocata de prezenta tensiunii de secventa inversa (care indica o eroare la siguranta de tensiune a transformatorului).

Excitatia se poate pierde datorita declansarii nedorite a intreruptorului, deschiderea sau suntarea circuitului legaturii de camp, defectarea regulatorului sau pierderea sursei legaturii de camp.

Schema  monofilara a DGP

Pierderea excitatiei poate deteriora masina si, mai mult, poate duce la aparitia unor defecte in sistem. Cand un generator sincron isi pierde excitatia, va tinde sa functioneze ca un generator inductiv. Va functiona la o viteza mai mare decat cea nominala, va genera o putere mai mica si se va excita din sistem.

Impedanta observata de un releu legat la generator va depinde de caracteristica masinii, nivelul sarcinii inaintea pierderii excitatiei si cauza pierderii excitatiei.

Studiile indica ca prima zona mho a functiei de protectie e bine sa fie setata pentru detectarea cazurilor grave de pierdere a excitatiei cu un timp de intarziere foarte scurt, iar a doua zona pentru celelalte cazuri de pierdere a excitatiei. Pentru aceasta a doua zona, timpul de intarziere este mai mare.

Sistemul trebuie protejat de contributia generatoarelor la un defect. Releul are o functie de supracurent temporizata cu tensiunea maxima de 51V integrata, pentru a asigura protectia de rezerva a sistemului. Aceasta functie e supravegheata de un detector de defecte si de siguranta de tensiune a statorului. Un algoritm separat este procesa pentru fiecare faza, cu impunerea tensiunii maxime pe faza. Acest nivel maxim de tensiune este proportional cu amplitudinea tensiunii pe fiecare faza in parte.

Functia de protectie impotriva punerii statorului la pamant are rolul de a detecta defectele de punere la pamant a statorului intr-un sistem generator legat la pamant printr-o impedanta foarte mare. Sunt acoperite in intregime toate legaturile statorice prin aceasta functie.

In mod normal neutrul statorului generatorului are un potential apropiat de cel al pamantului. Cand apare un defect de punere la pamant, potentialul neutrului va creste (cu exceptia cazului in care defectul e foarte aproape de neutru). Functia 64G de protectie va detecta supratensiuniea din neutru pentru aproximativ 95% dintre legaturile statorice, depinzand de supratensiunea cu franare setata.

Functia 27TN detecteaza armonicile de gradul 3 ale supratensiunii neutrului si se foloseste prin legarea la un transformator de tensiune conectate in stea sau triunghi. Procentajul legaturilor statorice acoperite de aceasta functie depinde de nivelul cu franare al supratensiunii ca si de armonicile de ordinul 3 ale tensiunii neutrului (VN3) generate la momentul defectului. Marimea VN3 depinde de mai multi factori ca tipul generat, curentul de sarcina, factorul de putere al sarcinii, starea sistemului, etc.

Supraexcitarea poate fi cauzata de defectarea regulatorului, rejectarea sarcinii sau o supraexcitare in cazul in care generatorul nu e conectat. Poate rezulta si din descresterea vitezei atunci cand un operator incearca sa mentina constanta tensiunea statorului.

Protectia contra supraexcitare contine functia de declansare si alarma.