تحقیق مقاله حفاظت ژنراتور

ژنراتورهای سنکرون ماشینی است که برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکیac  به کار می رود.در ژنراتور سنکرون یک ولتاژ  dc به رتور داده می شود تا میدان مغانطیسی رتور شکل بگیرد و سپس رتور به حرکت در می اید و در سیم پیچ های استاتور ولتاژ سه فاز القاء می کند.برای رساندن جریان dc به رتور مکانیزم خاصی مورد نظر است

1-رساندن توان از یک منبع خارجی به رتور توسط حلقه های لغزان و جاروبکها(در این حالت استهلاک زیاد است وبیشتر در ژنراتورهای کوچک کاربرد دارد)

2-رساندن توان از یک منبع خاص که مستقیما بر روی محور ژنراتور نصب شده است(در ژنراتورهای بزرگ)

ژنراتورهای سنکرون طبق تعریف سنکرون هستند.بدین معنا که فرکانس الکتریکی تولید شده با سرعت چرخش مکانیکی قفل می گردد.ولتاژ داخلی تولید شده داخلی در ژنراتور مستقیما با فوران و فرکانس متناسب است.

ژنراتورها به عنوان تولید کننده انرژی به صورت سنکرون با شبکه در حال بهره برداری بوده تحت تاثیر شبکه مصرف و تغییرات مداوم بار واقع می باشند بهره برداری مرتب و منظم ژنراتورها در هر لحظه به کیفیت بهره برداری شبکه بستگی داشته در صورت بروز هرگون اختلال

در شبکه احتمال خارج گشتن ژنراتور از حالت سنکرون موجود می باشد.

 روش اتصال ژنراتور به شبکه و تامین مصرف داخلی:

ژنراتورها مشابه سایر تجیهیزات برقی با کلید به شبکه سه فاز استفاده وصل می شود به منظور انتقال قدرت تولیدی به شبکه از ترانسفورماتور بالابر استفاده می شود این روش برای تمام ژنراتورهای که قرار است در شبکه های گسترده مورد استفاده قرارگیرند استفاده می شود و چون ولتاژ تولیدی ژنراتورها از ولتاژ انتقال کمتر می باشد باید از این ترانسفورماتور بالابر ولتاژ استفاده شود و اینکه  چرا شبکه های برق ولتاژ را تحت ولتاژ بالا انتقال می دهند  به دلیل صرفه اقتصادی.

  بنابراین ژنراتورها با استفاده از یک کلید به شبکه وصل می شوند هنگامی که شبکه مصرف هم ولتاژ با خروجی ژنراتور باشد ژنراتور بدون ترانس و به صورت مستقیم مصرف کننده ها را تغذیه می کند کلید قبل از ترانس بالابر استفاده می شود  و قبل از ترانس بالابر یک شین وجود دارد که از آن برای مصرف داخلی ژنراتور استفاده می شود به منظور راه اندازی نیروگاه به نیروی کمکی نیاز می باشد انرژی مورد نیاز برای راه اندازسیستم های خنک کننده و سیستم های روغن کاری مدار تحریک پمپ سوخت و ... به مصرف داخلی ژنراتور معروف می باشد

هنگامی که قدرت ژنراتور از حدود 100مگاوات تجاوز می نماید نصب کلید در خروجی ژنراتور با مشکلات زیادی همراه خواهد بود چون قطع وصل این کلید جریان زیادی را طلب می کند و برای قطع ووصل این جریان باید کنتاکت های بسیار بزرگی داشته باشیم که این کنتکت ها وزن زیادی خواهند داشت و عملا برای ژنراتور ها ی به این بزرگی استفاده

از کلید بعد ازترانسفورماتور بالابر استفاده می شود.

مقدار انرژی مصرفی برای نیروگاه های حرارتی بستگی به مصرف سوخت 5-10%  و در نیروگا ه های آبی به حدود کمتر از2% قدرت اسمی برای هر واحد بالغ می گردد

چون  اتصالی در خروجی ژنراتورهای بزرگتر از 100 مگاوات خطرناک است به همین دلیل شین متصل بین ترانسفورماتور بالابر و ژنراتور داخل کانالهای بلوکی  قرار می گیرد تا احتمال اتصالی  فاز به فاز در آن کاهش یابد

اتصالی های سه

 فاز و فاز-فاز در ژنراتورها

اتصالی های فازدر سیم پیچی استاتور ،شامل عیوب دو فاز و سه فاز با هم،در ردیف خطرناک ترین  نوع اتصالی ها محسوب می شود.بروز این اتصالی ها در سیم پیچ استاتور با برقراری حداکثر جریان عیب همراه بوده ،جریان عیب با مقدار قابل ملاحظه بالغ بر چند ده برابر جریان اسمی ژنراتور به صورت قوس در محل اتصالی صدمه و خسارات فراوان را به

سیم پیچی ها و ایزولاسیون آنان وارد می سازد.بدین برقراری جریان اتصالی موجب سوختن سیم پیچی ها وایزولاسیون آنها می گردد.جریان عیب در محل اتصالی شامل جریان القاء شده در سیم پیچ های ژنراتور و جریان برقرار شده از شبکه خارج به داخل ژنراتور می باشد

در صورت باز بودن کلید خروجی ژنراتور در حالی که ژنراتور تحت ولتاژ واقع بوده جریان برقرار شده در آن صفر می باشد،بروز هر گونه اتصالی در سیم پیچی های استاتور جریان عیب را تحت تاثیر نیروی الکتروموتوری القاء شده در سیم پیچ ها برقرار می سازد.

نیروی الکتروموتوری محدود به نیروی الکتروموتوری القاء شده در بخشی از سیم پیچ استاتور از نقطه نول تا محل عیب می باشد.

مقدار جریان عیب  متناسب با محل عیب در طول سیم پیچی می باشد.

در هردو حالت اهم از باز یا بسته بودن کلید خروجی،بروز عیب فاز-فاز یا سه فاز دذر سیم پیچی ها جریان عیب قابل ملاحظه ای ایجاد شده و باید جریان عیب سریعا قطع شود.

تابدین ترتیب میزان صدمات وارد شده به سیم پیچی ها به حداقل برسد.

اتصالی های فاز-فاز و سه فاز حداکثر جریان عیب را برقرار ساخته و در ردیف خطرناک ترین عیوب روی داده در ژنراتور می باشد

گذشته از اینکه جریان عیب باید به سرعت تشخیص داده شود و کلید قطع شود همچنین باید اقدامات لازم برای اطفاء حریق و خاموش کردن قوس های برقرار شده انجام شود.

بنابراین باید رله های حفاظتی به صورت لحظه ای و سریع عمل کنند  و همچنین وظیفه

فرمان اطفاء  قوس  ها نیز بر دوش رله ها می باشد.

مناسب ترین نوع رله حفاظتی که این کار را انجام دهد رله دیفرانسیل می باشد.

رله از دو ترانسفورماتور نصب شده در طرف فاز و نول ژنراتور نصب شده و جریان های دو طرف را باهم مقایسه می کند و در هر لحظه این جریان ها با همدیگر مقایسه می شوند و درصورت بروز خطا تعادل به هم خورده و بستگی به مکانیزم رله فرمان قطع به کلید صادر میشود.

حفاظت ژنراتور(قسمت اول): 

انتخاب طرح حفاظتی برای ژنراتور مستقیما به عوامل زیر وابسته است:

ظرفیت ژنراتور

سطح ولتاژ و نحوه اتصال ژنراتور به شبکه

وضعیت نقطه نوترال

موارد 1 و 2 در قسمتهای آینده و در بخش طرحهای حفاظتی آورده میشود. اما در مورد شماره 3 روشهای کلی زیر متداول است:

اتصال مستقیم نوترال به زمین

اتصال نقطه نوترال با امپدانس

نقطه نوترال ایزوله

روش اتصال نقطه نوترال با امپدانس برحسب میزان محدود سازی جریان عیب فاز به زمین به دو دسته اتصال نقطه نوترال با امپدانس بالا یا "High impedance earthing " و  اتصال نقطه نوترال با امپدانس کم یا "Low impedance earthing " تقسیم میشوند. در روش "High impedance earthing " جریان عیب فاز به زمین به مقداری در حدود 5 تا 10 آمپر محدود میشود. در حالیکه در روش "Low impedance earthing " این جریان به مقداری در  حدود 100 آمپر محدود خواهدشد.

وضعیت اتصال مستقیم نوترال به زمین در مواجهه با خطا روشن است . اما در این میان روش نقطه نوترال ایزوله نسبت به 2 روش دیگر مزایا و معایبی دارد که کاربردهای خاص خود را داراست که در صورت نیاز در جای خود به بحث پیرامون آن خواهیم پرداخت.

 در طرحهای حفاظتی که ما به بحث پیرامون آن میپردازیم فرض بر آن است که نقطه نوترال با روش شماره 2 زمین شده است.