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 طرح های 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.
در نقشه های حفاظتی به منظور نمایش حفاظتهای مختلف از کدهای استاندارد ANSI استفاده میشود.
برخی از معروفترین این کدها که ما در معرفی طرحهای حفاظتی از آنها یاد خواهیم نمود عبارتند از: ANSI No.
Description 14 Locked rotor protection 21 Distance protection, phase 21N Distance protection, earth (ground) 21FL Fault locator 24 Over fluxing 25 Synchronizing, synchronism check 27 Under voltage 27/59/81 V/f protection 32 Directional power 32F Forward power 32R Reverse power 37 Undercurrent or under power 40 Loss of field 46 Load unbalance, negative phase sequence over current 47 Phase-sequence voltage 48 Incomplete sequence, locked rotor 49 Thermal overload 49R Rotor thermal protection 49S Stator thermal protection 50 Instantaneous over current 50N Instantaneous earth fault over current 50BF Breaker failure 51GN Zero speed and under speed device 51 Over current-time relay, phase 51N Over current-time relay, earth 51V Over current-time relay, voltage controlled 59 Over voltage 59N Residual voltage earth fault protection 59GN Stator earth-fault protection 64R Rotor earth fault 67 Directional over current 67N Directional earth-fault over current 67G Stator earth-fault directional over current 68/78 Out-of-step protection 74TC Trip circuit supervision 78 Out-of-step protection 79 Auto- reclosure 81 Frequency protection 85 Carrier interface/remote trip 86 Lockout function 87G Differential protection generator 87T Differential protection transformer 87BB Differential protection bus bar 87M Differential protection motor 87L Differential protection line 87N Restricted earth-fault protection 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 معرفی یک رله جدید حفاظت ژنراتور توسط شرکتBeckwith رله M-3430 ، جهت حفاظت ژنراتورهای با امپدانس بالا و رله M-3420 ، جهت حفاظت ژنراتورهای با امپدانس پائین بکار می رود.
شرکت برق Beckwith با استفاده از فن آوری پردازش سیگنال دیجیتال تمام عملکردهای حفاظتی مورد نیاز ژنراتور را در رله M-3425 بوجود آورده است.
عملکردهای حفاظتی جدید این رله شامل موارد زیر می باشد : حفاظت زمین میدان تحریکfield ground ( 64F ) Protection حفاظت خروج از سنکرون out of step ( 78 ) Protection حفاظت دیفرانسیل حلقه split phase differential (50DT) Protection حفاظت جریان زیاد استاتور عملکرد سیستم حفاظت زمین تحریک ژنراتور : اگرچه زمین شدن تحریک به تنهایی روی عملکرد ژنراتور تأثیری نمی گذارد و هیچ گونه اثرات مخربی ایجاد نمی کند ولی اولین خطای زمین یک منبع زمین ایجاد می کند که به واسطه آن خطای زمین بعدی می تواند ایجاد گردد.
در واقع خطای اول موجب تشدید ضعف عایقی میدان در سایر نقاط سیم پیچ تحریک می گردد.
دومین خطای زمین آسیب های زیادی را ایجاد می کند که ناشی از اتصال کوتاه شدن (حذف شدن) بخشی از سیم پیچ تحریک است که موجب ارتعاش زیاد واحد، گرم شدن روتور به واسطه عدم تعادل جریانها، بوجود آمدن جرقه (arc) در نقاطی از سیستم تحریک می گردد.
رله M-3425 با اندازه گیری مقاومت بین روتور و زمین، این خطا را برطرف مینماید.
این سیستم حفاظتی یک ولتاژ مربع ±15 ولت تزریق می نماید و سیگنال برگشتی را به منظور محاسبه مقاومت عایقی اندازه گیری می نماید.
طرح تزریق برای برطرف کردن خطای زمین تحریک نسبت به طرح های ولتاژی رایج از لحاظ ایمنی و دقت خیلی بهتر می باشد.
عملکرد سیستم حفاظت زمین تحریک ژنراتور : اگرچه زمین شدن تحریک به تنهایی روی عملکرد ژنراتور تأثیری نمی گذارد و هیچ گونه اثرات مخربی ایجاد نمی کند ولی اولین خطای زمین یک منبع زمین ایجاد می کند که به واسطه آن خطای زمین بعدی می تواند ایجاد گردد.
عملکرد حفاظتی خروج از سنکرون : حفاظت خروج از سنکرون یا out of step زمانی که ژنراتور، حالت سنکرون خود را با شبکه از دست بدهد فرمان تریپ می دهد.
زمانی که اتصالات کوتاه رخ داده شده در شبکه، سریع برطرف نگردد و یا اگر خطای نزدیک نیروگاه برای مدت طولانی روی سیستم باقی بماند ژنراتور از حالت سنکرون خارج خواهد شد.
عملکرد حفاظتی دیفرانسیل حلقه : ژنراتورهای دارای سیم پیچ چند دوره و دو یا چند سیم پیچ برای هر فاز از این طرح جهت برطرف کردن خطاهای اتصال حلقه های سیم پیچ استفاده می نمایند.
در این طرح سیم پیچ های استاتور به دو بخش مساوی تقسیم می شوند وجریانهای هر بخش با هم مقایسه می گردند.
هرگونه اختلاف در این جریانها عدم تعادل بوجود آمده توسط خطای اتصال حلقه ها را نشان می دهد.
از یک تابع جریان زیاد، زمان محدود جهت برطرف کردن خطای عدم تعادل در این رله استفاده می شود.
کارکرد حفاظتی جریان زیاد حرارتی : رله M-3425 از این کارکرد جهت حفاظت اضافه بار حرارتی سیم پیچ استاتور ژنراتور استفاده می کند.
ANSI No.Description14Locked rotor protection21Distance protection, phase21NDistance protection, earth (ground)21FLFault locator24Over fluxing25Synchronizing, synchronism check27Under voltage27/59/81V/f protection32Directional power32FForward power32RReverse power37Undercurrent or under power40Loss of field46Load unbalance, negative phase sequence over current47Phase-sequence voltage48Incomplete sequence, locked rotor49Thermal overload 49R Rotor thermal protection49SStator thermal protection50Instantaneous over current50NInstantaneous earth fault over current50BFBreaker failure51GNZero speed and under speed device51Over current-time relay, phase51NOver current-time relay, earth51VOver current-time relay, voltage controlled59Over voltage59NResidual voltage earth fault protection59GNStator earth-fault protection64RRotor earth fault67Directional over current67NDirectional earth-fault over current67GStator earth-fault directional over current68/78Out-of-step protection74TCTrip circuit supervision78Out-of-step protection79Auto- reclosure81Frequency protection85Carrier interface/remote trip86Lockout function87GDifferential protection generator87TDifferential protection transformer87BBDifferential protection bus bar87MDifferential protection motor87LDifferential protection line87NRestricted earth-fault protection معرفی یک رله جدید حفاظت ژنراتور توسط شرکتBeckwith