Zabezpieczenia przekaźnikowe maszyn synchronicznych

Synchroniczne maszyny elektryczne to maszyny prądu przemiennego, zwykle trójfazowe. Podobnie jak większość przetwornic elektromechanicznych, mogą pracować zarówno w trybie generatora, jak i silnika. Szczególnym trybem pracy maszyny synchronicznej jest tryb kompensacji mocy biernej. Specjalne maszyny przeznaczone do tego celu nazywane są kompensatorami synchronicznymi.

Pomimo fundamentalnej odwracalności silników synchronicznych i generatorów, zwykle mają one cechy konstrukcyjne, które rzadko umożliwiają wykorzystanie silników jako generatorów i odwrotnie.

Uszkodzone generatory

Uszkodzenie uzwojenia stojana:

• Zwarcia wielofazowe;

• Jednofazowe zwarcia doziemne (jeśli dotyczy);

• Podwójne zwarcia doziemne;

• Zwarcie między zwojami jednej fazy (dla generatorów synchronicznych z wyjściowymi gałęziami równoległymi).

Błąd w uzwojeniu wirnika (w uzwojeniu polowym):

• Uziemienie (korpus wirnika) w jednym punkcie;

• Uziemienie w dwóch punktach obwodu wzbudzenia.

Nieprawidłowe tryby pracy generatorów

• Przeciążenie stojana generatora synchronicznego (symetryczne i asymetryczne).

• Przeciążenia w przypadku zwarć zewnętrznych.

• Wzrost napięcia na zaciskach uzwojenia stojana.

• Tryb asynchroniczny.

Wymagania dotyczące przekaźnikowego zabezpieczenia generatorów

Selektywność — zabezpieczenie musi wyłączać generator tylko w przypadku tych zwarć i trybów, które stanowią realne zagrożenie dla generatora.

wydajność — w celu zmniejszenia stopnia awaryjności maszyn i zapobieżenia niestabilnej pracy równoległej generatorów i układów.

Wrażliwość — na wszelkiego rodzaju awarie w generatorze synchronicznym, a także na zwarcia sąsiednich elementów do podtrzymania zabezpieczeń i wyłączników tych elementów w przypadku ich awarii. Obrona musi działać nie tylko na Q, ale także na urządzeniu AGP aby zatrzymać prąd zwarciowy wysyłany przez sam generator.

Bieżące wyłączenie bez opóźnienia czasowego

Stosowany jest jako główne zabezpieczenie generatorów o mocy mniejszej niż 1 MW przed zwarciami wielofazowymi w uzwojeniu stojana. Instalowane z boku zacisków szyn zbiorczych.

Wzdłużne zabezpieczenie różnicowe

Stosowany jest jako główne zabezpieczenie generatorów powyżej 1 MW przed zwarciami wielofazowymi w uzwojeniu stojana.

TA jest instalowany po stronie szyn zbiorczych i po stronie neutralnej.

Obliczanie parametrów podłużnego zabezpieczenia różnicowego

Prąd ochrony:

Zwykle w zależności od mocy generatora prąd zadziałania zabezpieczenia zawiera się w przedziale:

Test czułości ochrony:

Poprzeczne zabezpieczenie różnicowe

Służy jako główne zabezpieczenie generatorów o mocy powyżej 1 MW przed zwarciem na obrót. Utrzymuje podłużne zabezpieczenie różnicowe w przypadku zwarcia wielofazowego w uzwojeniu stojana.

Jednoprzekaźnikowy obwód zabezpieczenia różnicowego poprzecznego

Przekładnik prądowy instaluje się w obwodzie między dwoma punktami zerowymi równoległych gałęzi uzwojenia stojana połączonych w gwiazdę.

Filtr ZF do strojenia wyższych harmonicznych płynących w obwodzie neutralnym, wielokrotności trzech.

Zabezpieczenie przed zwarciem doziemnym w uzwojeniu stojana generatora lub jego zaciskach

1. Kierunkowe zabezpieczenie prądowe generatorów pracujących w zespole z transformatorem w sieci z izolowany neutralny.

2. Zabezpieczenie ziemnozwarciowe wykorzystujące komponenty dóbr konsumpcyjnych o niskiej częstotliwości, generowane przez zwarcie łukowe przerywane, dla generatorów połączonych w sieć z skompensowany neutralny.

3. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe generatorów pracujących w sieci z neutralny uziemiony rezystancyjnie.

4. Sygnalizacja w przypadku doziemienia jednofazowego składowej zerowej napięcia.

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe generatorów pracujących w sieciach z izolowanym lub uziemionym rezonansowo punktem neutralnym

Ochrona uziemienia ma „martwą strefę” około 5% rezystancji uzwojenia stojana dla zwarcia bliskiego zeru (punkt K2). Wartości 3U0, 3I0 są proporcjonalne do liczby zwojów faz między przewodem neutralnym a miejscem zwarcia.

Alarm zwarcia doziemnego jednofazowego przy napięciu składowej zerowej

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe dla generatorów pracujących w uziemionej rezystancyjnie sieci neutralnej

Zabezpieczenie przed doziemieniem wtórnym w uzwojeniu wirnika

Rozkład napięcia na uzwojeniu wirnika w przypadku zwarć doziemnych.

Obwód zabezpieczający generatora przed zwarciem w dwóch punktach obwodu wzbudzenia

a) schemat wzbudzenia; b) obwody prądu roboczego

Blokada przepięciowa przed przepięciem

• Przeznaczony do ochrony generatorów przed przetężeniem podczas zewnętrznych zwarć.

• Nadaje się do generatorów o mocy mniejszej niż 30 MW.

• Wykonywany jest w dwóch etapach.

Obwód blokujący przepięcia

a) obwody prądowe; b) obwody napięciowe; c) obwody prądu roboczego

Zabezpieczenie nadprądowe składowej przeciwnej

• Stosowany jest do generatorów o mocy 30-60 MW.

• Zaprojektowany do ochrony generatorów przed zewnętrznymi asymetrycznymi zwarciami.

a) obwody prądowe; b) obwody napięciowe; c) obwody prądu roboczego

Zabezpieczenie odległościowe generatora

• Stosowany jest do generatorów o mocy powyżej 60 MW.

• Zaprojektowany do ochrony generatorów przed zewnętrznymi asymetrycznymi zwarciami.

Rezystancja działania ochronnego dobierana jest w zależności od warunków ustawienia od maksymalnego obciążenia przy minimalnym napięciu roboczym:

Obwód zabezpieczenia odległości generatora

Ochrona wyzwalacza:

Ochrona przed przepięciami

Zainstalowane na hydrogeneratorach:

Zainstalowane na turbogeneratorach o mocy 160 MW i większej:

Zabezpieczenie generatora przed modami asynchronicznymi

Rodzaje generatorów AR

1. Z pełnym lub częściowym podnieceniem.

2. Brak podniecenia.

Zasada ochrony generatorów przed modami asynchronicznymi — zdalnie, rezystancja generatora jest monitorowana.

Ochrona silnika

Uszkodzenia silników elektrycznych:

• jednofazowe zwarcia doziemne;

• Zamknięcia między zwojami jednej fazy;

• zwarcia międzyfazowe.

Nieprawidłowe tryby działania ED:

• Przeciążenie prądami wyższymi niż nominalne;

• Przeciążenie siłownika.

Wielofazowe zabezpieczenie przeciwzwarciowe

Bezzwłoczny obwód zabezpieczenia nadprądowego

Zabezpieczenie przed niskim napięciem

Samoczynne uruchomienie silników może nie nastąpić, jeśli ciśnienie w oponach jest niższe:

Obwód zabezpieczenia podnapięciowego z bezpośrednim przekaźnikiem:

Zabezpieczenia synchronicznych silników elektrycznych przed wypadnięciem z sieci synchronicznej: