دانلود تحقیق حفاظت ژنراتور

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.

حفاظت ژنراتور (1/1) IEEE: 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.

منبع:eca IEEE: 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 IEEE: ◄ 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.

ابتدا ژنراتور را معرفی می کنم 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.

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.

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.

برای حفاظت ژنراتور در قبال خطرات ناشی از عدم تقارن بار یا خطاهای نامتقارن سیستم که موجب پدید آمدن جریان مولفه منفی می‌شود، از رله مولفه منفی استفاده می‌شود.

این رله‌ها عموماٌ از نوع جریان زیاد هستند.

بدیهی است آشکار کردن مولفه منفی جریان با بکار بردن فیلتر مولفه منفی صورت می‌گیرد که در حقیقت این قسمت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است لذا تاکنون سعی شده است فیلترهایی ساخته شود که علاوه بر دقت در امر آشکار ساختن جریان مولفه منفی از عبور جریان‌های مولفه ترتیبی مثبت و صفر جلوگیری بعمل آورد که با رشد تکنولوژی این فیلترها نیز تکامل یافته و به حد مطلوبی رسیده است و از نوع الکترومکانیکی به رله‌ها‌ی الکترومغناطیسی و الکترواستاتیکی که از روش‌های الکترونیکی در آنها استفاده شده است و در حال حاضر رله‌های میکروپروسسوری در طرح‌های نیروگاهی دست یافته‌اند.

از نظر الکتریکی این فیلترها، در دو نوع ولتاژی (فیلتر مولفه منفی ولتاژ) و جریانی (فیلتر مولفه منفی- جریان) ساخته شده‌اند برای فیلتر کردن مولفه منفی، مدارهای متعددی وجود دارد که بطور نمونه مدار مذکور در ادامه آورده می‌شود: مدار اول فیلتر مولفه منفی: توسط یک فیلتر، مقدار مولفه منفی حاصله از رله گذشته و باعث عملکرد آن می‌شود.

مدار این فیلتر تشکیل شده است.

از دو C.T (ترانسفورماتور جریان) که یکی از C.Tها بر روی فاز A نصب شده و مقاومت R راتغذیه می‌کند و C.T دیگر بر روی فاز C نصب شده و امپدانس Z که مقدار عددی آن برابر با مقاومت R و ضریب آن 5/0 است، را تغذیه می‌کند.

در این حالت افت ولتاژ در شاخه شامل امپدانس Z از جریان همان شاخه به اندازه 60 درجه جلو می‌افتد.

جهت بررسی ساده ‌برداری از جریان عبوری رله (ID) صرف‌نظر می‌شود اما در هنگام بررسی نقش رله در مدار، ID در نظر گرفته خواهد شد.

در جریان‌های مولفه مثبت، ولتاژهای فاز A و فاز C درخلاف جهت هم بوده و مجموعشان صفر می‌شود.

در جریان‌های مولفه منفی، بین نقاط X و Y ولتا VR+VZ بوجود می‌آید و این امر نشان می‌دهد که رله نصب شده بین نقاط Y,X فقط به مولفه منفی پاسخ می‌گوید.

تاثیر مقاومت داخلی رله در مدار فیلتر اول: با در نظر گرفتن جریان ID و مقاومت رله (Re) می‌‌توان نوشت: رابطه (10-1) با توجه به روابط (11-1): رابطه (11-1) و جایگزینی آنها در رابطه (10-1)، چنین حاصل می‌شود: (12-1) با توجه به اینکه اکثر ترانسفورماتور قدرت ژنراتورها به صورت Y-Δ هستند، مولفه صفر جریان موجود در ناتعادلی،‌ بطرف فشار ضعیف ترانس قدرت(طرف ژنراتور)‌ نمی‌تواند منتقل شود.

زیرا اتصال مثلث طرف فشار ضعیف ترانسفورماتور، مسیر بسته‌ای برای جریان مولفه صفر بوجود می‌آورد که این جریان مولفه صفر از اتصال مثلث خارج نمی‌شود.

حتی اگر نامتقارنی بر اثر اتصال فاز به زمین و در فاصله بین ژنراتور و ترانسفورماتور بوجود آید، بعلت اینکه اکثر ژنراتورها از طریق امپدانس بزرگی زمین می‌شوند.

این مولفه صفر بسیار ناچیز و قابل صرفنظر کردن است.

لذا در محاسبات می‌توان IaO≈O در نظر گرفت.

همچنین با توجه به اینکه مقدار امپدانس Z برابر با R و با ضریب قدرت 5/0 است، نتیجه می‌شود: (13-1) با قراردادن مقدار (13-1) در رابطه (11-1) و نکته فوق‌الذکر، رابطه (12-1) چنین ساده می‌شود: و از آنجا (14-1) و با توجه به اینکه 60Z=R (15-1) با فرض مقدار (اهم) 5R= و با استفاده از رابطه (15-1) در دو حالت Re، 5/0 و تقریباً صفر به ترتیب ID برابر می‌شود.

بنابراین نتیجه می‌شود که مقاومت رله بر مقدار جریان مولفه منفی عبوری از رله تاثیر می‌گذارد.

فیلتر هسته آهنی مولفه منفی (مدار دوم): با استفاده از رابطه منفی جریان در رابطه (1-1) و جایگزینی مقدار a و 2a چنین حاصل می‌شود.

(16-1) با توجه به استدلال، I0 در طرف ژنراتور تقریباً صفر است،‌رابطه (16-1) چنین ساده می‌شود: (17-1) جهت تحقق عملی رابطه (17-1) از روش زیر استفاده می‌شود: یک هسته آهنی که دارای سه بازو بوده و یکی از بازوهای آن دارای فاصله هوایی است.

بر روی بازوی اول کویل مربوط به جریان فاز (Ia)a پیچیده شده و بر روی همان بازو کویل دیگری که متصل به مقاومت R و خازن C بوده،‌ قرار می‌گیرد.

در این بازو، شاری ایجاد می‌شود که از جریان Ia به اندازه 90 درجه عقب است.

این شار بعلت زیاد بودن رلوکتانس مغناطیسی بازوی سوم (داشتن فاصله هوایی) از بازوی وسط عبور خواهد کرد.

دوکویل نیز بر روی بازوی سوم که دارای فاصله هوایی است پیچیده شده‌اند بطوری که جریان‌های فاز (Ib)b و فاز (Ic)c در جهت مخالف هم به این بازو اعمال می‌شوند.

بنابراین، این بازو هم تولید شار مغناطیسی هم فاز با Ib-Ic خواهد کرد که قسمت اعظم این شار بعلت اینکه در بازوی اول، یک کویل متصل شده به یک مقاومت کم وجود دارد، از بازوی وسط هسته عبور خواهد کرد.

در نتیجه شارهای مغناطیسی مربوط به Ia و Ib-Ic از بازوی وسط عبور کرده و ولتاژی متناسب با مجموعه این شارها، در کویل پیچیده شده بر روی بازوی وسط هسته القاء خواهد کرد.

شار Øa به اندازه 90 درجه از جریان Ia عقب است (توسط مقاومت R و خازن C، کاملاً قابل تنظیم است) همچنین شارهای Øb و Øc با جریان‌های Ib و Ic همفاز بوده ولی اندازه این شارها،‌ناشی از اثر فاصله هوایی واقع در بازوی سوم هسته خواهد بود.

بطوری که با در نظر گرفتن این فاصله هوایی سبب می‌شود که رابطه بین اندازه شارهای مغناطیسی Øb و Øc با شار Øa بصورت 1:1: = بدست می‌آید.

یعنی اندازه شار Øb و Øc برابر شار Øa است، واضح است که با تولید این روابط بین شارهای مغناطیسی در هسته، می‌توان به معادله جریان مولفه منفی دسترسی پیدا کرد.

فیلتر الکترونیکی مولفه منفی جریان (و رله مذکور) در این رله ابتدا هرگونه جریان ترتیبی صفر توسط ترانسفورماتورهای کمکی از گروه ستاره- مثلث،‌که درخود رله قرار دارد، حذف می‌شوند.

این تراسنفورماتورها در سیم‌پیچ اولیه خود دارای متغیری بوده تا محدوده تنظیمی مطابق با مقادیر نامی جریان ترتیبی منفی ژنراتور معمولی ایجاد شود.

جریان‌های ثانویه ترانسفورماتور کمکی به شبکه‌ای تغذیه شده که در این حالت شامل امپدانس‌های خازنی و مقاومتی بوده و تغییر فاز 60 درجه‌ای یکی از بردارهای جریان در آن ایجاد شود، با اتصال شبکه ترتیبی با مدار شکل‌دهنده‌ای که شامل مقاومت‌ها، دیودهای زنر بوده و به صورت پتانسیومتر غیرخطی عمل کرده و طوری طراحی گشته که رابطه قانونی مجذوری را ایجاد کند و یک خروجی متناسب با مجذورجریان ترتیبی منفی بدست آید.

این روند با انتگرال‌گیری و مدارهای حساس به دامنه دنبال شده و در مرحله آخر سیگنال ایجاد شده یک رله آرمیچری لولایی را بکار انداخته تا اتصالات مربوطه فرمان قطع را بوجود آورند.

در رله میکروپروسسوری نیز با طراحی مدارات مربوطه و پروسسوری‌های مورد نیاز، با فیلتر کردن موله منفی، به رابطه قانون مجذوری تحقق می‌بخشد.

حفاظت مولفه منفی ژنراتور و مشخصه آن: رله مولفه منفی در قبال شرایط عدم تعادل خارجی (بار یا اتصال کوتاه) که امکان آسیب به ماشین الکتریکی باشد، از ژنراتور حفاظت می‌کند.

جهت تحقق این امر،‌خروجی فیلتر مولفه منفی را می‌توان به یک رله جریان زیاد با مشخصه زمانی معکوس اعمال کرد که مشخصه زمان جریان آن به صورت t× 22K=I باشد در این حالت می‌توان مشخصه رله را طوری تنظیم کرد که با مشخصه حرارتی هر ماشینی بخوبی هماهنگ شود.

چهت تنظیم رله‌های مولفه منفی با توجه به مشخصات حرارتی ژنراتور و مشخصات رله، روش‌های مختلفی ارایه شده است که این روش‌ها توسط کارخانه سازنده، همراه رله‌ها ارایه می‌شوند.

جهت تنظیم رله‌های مولفه منفی با توجه به مشخصات حرارتی ژنراتور و مشخصات رله، روش‌های مختلفی ارایه شده است که این روش‌ها توسط کارخنه سازنده،‌همراه رله‌ها ارایه می‌شوند.

مشخصه رله و ظرفیت حرارتی ماشین الکتریکی مشخص شده است.

در این شکل،‌مشخصه رله، مشخصه حرارتی ژنراتور را در یک پریونیت جریان مولفه منفی قطع کرده است.

ولی در مقادیر زیاد جریان مولفه منفی، مشخصه رله اساساً بصورت پارالل و یک مقدار جزیی کمتر از مشخصه ژنراتور در نظر گرفته شده است.

این روش یک حاشیه اطمینان مناسب را بین دو مشخصه بوجود آورده است.

مشخصه رله برای دو ژنراتور با Kهای مجاز 30 و90 نشان داده شده است که تنظیم صفحه زمان‌نما (TIME DIAL = T.D.) برای این ثابت‌ها (ظرفیت حرارتی ماشین)، به ترتیب 4 و 11 است.

حفاظت مشابه برای دیگر ماشین‌های الکتریکی با ثابت‌های مختلف بوسیله تنظیم T.D.

بدست می‌آید.

از آنجایی که منبع ناتعادلی در سیستم (قدرت) قرارداشته و بر تمام ژنراتورهای نزدیک محل ناتعادلی تاثیر می‌گذارد قبل از برطرف شدن چنین شرایطی، تا مادامیکه ژنراتور در معرض خطر آسیب‌دیدگی قرار نگرفته باشد، نباید آنرا از شبکه جدا کرد.

بنابراین حفاظت ناتعادلی بار باید دارای مشخصه تاخیر حتی‌الامکان نزدیک به مشخصه حرارتی ماشین باشد تا حتی‌المقدور قبل از لزوم خاموشی کامل، به پرسنل بهره‌برداری فرصت داده شود تا محل عیب را پیدا کرده و در صدد رفع آن برآیند.

اگر در ابتدای ناتعادلی بار افراد بهره‌بردار با اعلام خبر مطلع نشوند جهت برطرف کردن این عدم تعادل از چنین زمان تاخیر متاسفانه نمی‌توان سود جست.

بنابراین حفاظت مورد بحث باید دارای جنبه اعلام خبری (هشدار) بوده که در تنظیمی برابر اندکی کوچکتر از عنصر فرمان قطع عمل کند و برای اینکه از اعلام خبر غیرضروری برای آن دسته از اتصالی‌های سیستم که به روش معمول سریعاً برطرف می‌شوند، جلوگیری بعمل آید یک تاخیر زمان نیز باید برای آن در نظر گرفته شود.

بطور معمول، حفاظت جداگانه‌ای بعنوان پشتیبان رله جریان زیاد (زمانی) مولفه نفی ژنراتور بکار نمی‌رود چون در برخی کاربردها، این رله خودش وظیفه پشتیبانی را بعهده دارد.

همچنین رله‌های اتصال زمین و جریان زیاد ژنراتور و سیستم انتقال و رله‌گذاری سیستم قدرت، ‌درجاتی از حفاظت پشتیبان جریان نامتعادل ژنراتور را فراهم می‌آورد.

خطاهای فاز به فاز در ترمینال ژنراتور و یا در سیم‌پیچ‌های استاتور در داخل ژنراتور، توسط باز شدن کلید اصلی ژنراتور نمی‌تواند پاک شود.

این خطا توسط حفاظت جریان گردنده تشخیص داده می‌شود و رله مولفه نفی به عنوان پشتیبان عمل می‌کند.

منطق قطع (تریپ) ژنراتور توسط رله مولفه منفی: رله مولفه منفی، فرمان قطع به کلید اصلی ژنراتور را صادر می‌کند.

اگر دستگاههای کمکی ماشین الکتریکی اجازه دهند،‌این نوع قطع کردن ارجحیت دارد که تحت این شرایط کارها انجام گیرند.

با استفاده از این روش‌ می‌توان سنکرون کردن مجدد واحد را بعد از رفع شرایط عدم تعادل مجدداً‌برقرار ساخت.

اگر دستگاههای کمکی ماشین الکتریکی اجازه ندهند که ماشین با نحوه قطع فوق عمل کند در این صورت رله مولفه منفی باید محرک اولیه ماشین الکتریکی (توربین) را نیز همراه با تحریک ژنراتور قطع کند.

نحوه تنظیم رله مولفه منفی ژنراتور: مشخصه رله با T.Dهای مختلف،‌با توجه به زمان و مقدار جریان مولفه منفی بر حسب پریونیت نشان داده شده است.

سازنده رله برای حساسیت بهتر، برای مقادیر ثابت K (ظرفیت حرارتی ژنراتور) بین 30 تا 90،‌جهت تنظیم رله از جریان بار کامل ماشین الکتریکی استفاده کرده و برای Kهای پایین‌تر از 25، از تنظیم تپ (TAP) رله معادل با جریان بار کامل استفاده کرده است، به بیانی دیگر، این سازنده جهت ژنراتورهای با قدرت تولیدی بالا (که بصورت موثرتری خنک می‌شوند) تنظیم جریان بار کامل را مورد نظر داشته و برای ژنراتورهای با قدرت تولیدی کمتر، تنظیم جریان بار کامل را توصیه می‌کند.

با توجه منحنی بار کامل و بار کامل، تنظیم صفحه زمان‌نما (TIME DIAL) مطلوب بدست می‌آید.

با بیان دو مثال کاربرد منحنی‌های فوق و نحوه تنظیم رله مولفه نفی در بار کامل و بار کامل مشخص می‌شود: در یک توربو ژنراتور MVA35، KV11، دارای ترانس جریان مقدار 30 = t22I است.

در این حالت جریان مولفه نفی بر حسب پریونیت جریان استاتور در KVA نامی بیان می‌شود.

که می‌توان جریان 3 آمپر در نظر گرفت (که معادل یک پریونیت است).

با توجه به 30 = t22I مقدار (TIME DIAL)T.D برابر با 4 انتخاب می‌شود، در نظر داشتن 4 = T.D.

مشاهده می‌شود که زمان عملکرد رله برای یک جریان مولفه منفی به مقدار 5/4 آمپر (5/1 پریونیت) برابر با 11 ثانیه است.

در صورتی که زمان عملکرد رله برای یک جریان مولفه منفی 9 آمپری (3 پریونیت)، برابر با 5/2 ثانیه خواهد شد.

مثال دو- با استفاده از جریان بار کامل: یک توربوژنراتور MVA760، KV20 با ترانسفورماتور جریان دارای 10= t22I است، حهت تنظیم رله مولفه منفی آن به قرار زیر عمل می‌شود: ابتدا با توجه به منحنی پایینی (منحنی بار کامل) مقدار T.D.

برای 10= t22I برابر با 5/2 بدست می‌آید.