STRUČNA ZANATSKA ŠKOLA ZENICA

-SEMINARSKI RAD-

Zaštita asinhronog trofaznog generatora

Mentor: Ahmed Žilo Učenik: Abid Popaja

Zenica, decembar 2011.

Kvarovi i nenormalna stanja u pogonu generatora

Izolacija generatora izvrgnuta je u pogonu raznim naprezanjima i uticajima. Na nju djeluju mehanička naprezanja zbog centrifugalnih sila, dinamička sila kratkih spojeva, zbog vibracija, dilatacija kod grijanja i hlađenja i sl. Prema vrsti i mjestu kvara razlikuju se :

- kratki spoj u statorskom namotaju- zemljospoj statorskog namotaja- spojevi među zavojima jedne faze statorskog namotaja- zemljospojevi pobudnog namotaja- spojevi među zavojima pobudnog namotaja

Osnovni zahhtjev za diferencijalnu zaštitu generatora je velika brzina djelovanja ( 15-40 ms ), pored zahtjeva za dovoljnom osjetljivošću zaštite ( 15-20% In ).

Zaštita od zemljospoja statorskog namotaja

Proboj izolacije statorskog namotaja prema uzemljenim djelovima, odnosno aktivnom željezu statora dosta je čest kvar u pogonu generatora. Do proboja dolazi zbog mehaničkog oštećenja izolacije kod izrade, montaže ili remonta generatora. Mnogobrojna ispitivanja pokazuju das u struje reda 3-5 A neopasne I kod dužeg trajanja. Struje reda 10-20 A može generator izdržati kratko vrijeme bez posljedica za željezo statora.Kod struje reda 50 A dolazi brzo do topljenja željeza statora tako da je potrebno vrlo brzo isključenje i demagnaćenje generatora.

Zaštita od spoja među statorskog namotaja

Do kratkog spoja među zavojima iste faze može doći zbog proboja izolacije zavojaka koji leže u istom žlijebu ili između zavoja koji se ukrštaju na glavi namotaja. Dva zemljospoja na različitim mjestima iste faze takođe predstavljaju ovu vrstu kvara.Kod ovog kvara pojavljuje se u oštećenoj fazi kratko spojeni namotaj sa više ili manje zavojaka. Magnetsko polje statora indukuje u tom zavoju struju, koja uz male prelazne otpore može dostići vrlo visoke vrijednosti, tako da može doći do razaranja tog dijela namotaja I do oštećenja aktivnog željeza statora.Kao kriterijum za djelovanje zaštite može se uzeti nesimetrija proizvedeni napoma generator.

Zaštita od zemljospoja u pobudnom namotaju

Pojava zemljospoja u pobudnom namotaju je relativno čest kvar u pogonu jakim centrifugalnim silama I silama zbog toplotne dilatacije namotaja. Do zemljospoja može doći zbog proboja oštećene ili ostarjele izolacije rotorskog namotaja ili zbog oštećenja, proboja ili onečišćenja izolacije kliznih prstenova I spojnih vodova. Da bi se spriječile posljedice pojave drugog zemljospoja, većina zemalja upotrebljava zaštitu koja signalizira pojavu prvog zemljospoja. Signlizacija zemljospoja se izvodi na jednostavan način, a zaštita od dvostrukog zemljospoja je komplikovanai ima više nedostataka.

Da bi obuhvatili I visokoomski zemljospojevi, primjenjuju se na velikim generatorima niskofrekventni izvori naizmjeničnog ili pravougaonog napona priključen preko odgovarajućih filtera na pobudni krug generator I kontrolisani specijalnim statičkim uređajima.

Protupožarna zaštita generatora

Mogućnost pojave vatre u generator su danas vrlo male, jer se izolacija danas izvodi od slabo gorivi materijala. Relejna zaštita od unutrašnjih kvarova generatora je vrlo osjetljiva I djeluje vrlo brzo tako da je razvijanje vatre teško moguće. Veliki generatori hlade se danas vodonikom što onemogućava gorenje jer nema kiseonika.U slučaju pojave vatre u generator otvaraju se ventili za puštanje CO2 u krug hlađenja generatora.Postoje i izvedbe predviđene za gašenje generator vodom.

Zaštita od preopterećenja generator

Preopterećenje generatora javlja se kod ispada iz pogona pojedinih generatora ili kod ispada kompletnih elektrana, koje paralelno napajaju zajedničko potrošačko područje, ili kod ispada prenosnih vodova.Mogućnost preopterećenja generatora aktivnom snagom je vrlo mala jer je ograničena maksimalnom snagom koju može proizvesti turbina. Moguće preopterećenje reaktivnom snagom je znatno veće.Uzimajući u obzir radnu I jalovu komponentu struje, moguća su preopterećenja reda 1,6 puta nominalne snage generatora.Zbog dosta velikog toplotnog kapaciteta generatora kod polaganog zagrijavanja strujama preopterećenja, ne postavlja se zatjev za brzim isključenjem generator iz pogona, jer bi se to negativno odrazilo na rad sistema u kojem vec ionako postoji manjak snage. Zaštitni releji trebai bi da isključe generator nešto prije nego što namotaj dostigne maksimalno dozvoljenu temperature.

Zaštita od stuja kratki spojeva u mreži

U slučaju pojave kratkog spoja na sabirnicama elektrane ili u napajanoj mreži generator proizvodiu struju kratkog spoja, koja može biti znatno veća od stuje preopterećenja. Ukoliko zataje dalekovodne zaštite kod kvara u mreži ili ako se pojavi kratki spoj na sabirnicama, potrebno je brzo isključenje generatora.Problem ispravnog podešenja zaštite pojavljuje se ako su na sabirnicama elektrane priključeni vrlo dugi vodovi.Da bi se spriječilo nepotrebno djelovanje kod preopterećenja ako je proradna struja podešenja nisko, može se primjeniti prekostrujna zaštita s podnaponskim relejem.Distantni relej napaja se strujom iz strujni transformatora u zvjezdištu generatora. Na taj način obezbjeđeno je usmjereno djelovanje kod kvara u generatoru, transformatoru i mreži.

Zaštita od previsokog napona

Povećanje napona iznad nominalnog ima za posljedicu povećano naprezanje izolacije generatora i uređaja priključenih na napon generatora. Osim toga, došlo bi do nedozvoljeno visokih napon u postrojenju I mreži koju napaja generator. Do prevelih napona na generator može doći zbog prenapona, koji u obliku prenaponskih talasa atmosferskog ili pogonskog porjekla dolaze iz mreže ili zbog povišenja napona kojeg proizvodi sam generator.Do povišenja napona kojega proizvodi sam generator može doći kad on ne radi paralelno s ostalim generatorima u mreži. Ako npr. Dođe do ispada generatora iz pogona prilikom njegovog punog opterećenja, ukupna prvobitna struja magnećenja postaje struja magnećenja praznog hoda i napon se povisi na 130-140% normalnog napona.Da bi se napon I broj obrtaja generator držao u normalnim granicama, generatori su opremljeni automatskom regulacijom napona, a turbine automatskom regulacijom broja obrtaja.Do povećanja napona može doći i zbog pojave samopobude generatora u slučaju kad generator ostaje sam da napaja duge i neopterećene dalekovode znatnog kapaciteta. Da bi se generator zaštitili od takvih povišenja napina, primjenjuje se badbaponska zaštita, obavezno na hidrogeneratorima, a preporučljivo je i na turbogeneratorima.

Zaštita od nesimetričnog opterećenja generator

Do nesimetričnog opterećenja može doći iz više razloga. Već i u normalnom pogonu pojedine kategorije potrošača nesimetrično opterećuje amrežu na koju su priključeni (npr. elektolučne peći u metalurgiji, električna vuča).Kod nesimetrični kratkih spojeva ove nesimetrije su neuporedivo veće, jer generatori proizvode znatnu nesimetričnu stuju kratkog spoja.U slučaju zatajenja dalekovodnih zaštita generator isključuje prekostrujna zaštita.

Zaštita od povratne snage

Ako iz bilo kog razloga nestane dovod pogonske energije turbine, ona prestaje da daje pogonsku snagu generatoru. Sinhroni generator prelazi u motorni režim I kao sinhroni motor pogoni turbine uzimajući za to potrebnu snagu iz mreže.Ovakvo pogonsko stanje nije opasno za generator. Ono može izazvati oštećenje turbine.

Zaštita od asinhronog rada generator

Generator radi u asihronom režimu sa režom na koju je priljučen ako mu nestane pobude ili ako iz bilo kojeg razloga ispadne iz sinronizma.Do podpobude generator može doći zbog prekida pobudnog kruga, sipada pobudnog prekidača, kvara automatskog regulatora napona, itd.

Zaštita od previsokog broja obrtaja

Kod naglog rasterećenja generatora energija vode ili pare ne može se predati u mrežu, nego se troši na ubrzavanje obrtnih dijelova turbine i generatora. Parne turbine snadbjevene su brzim zapornim ventilima koji djeluju na zatvaranje pare kad broj obrtaja premaši 108-110%nn.Zaštita se po pravilu izvodi kao mehanička i kao električna. U prvom slučaju radi se o jednostavnom okidaču koji djeluje na porast centrifugalne sile. Kod električnih zaštita može se koristiti napon za pogon regulatora snage, koji je proporcionalan broju obrtaja, frekvencija proizvedenog napona pomoćnog generatora vezanog na osovinu agregata ili statičke konstrukcije koje direktno mjere broj obrtaja generatora ili brzinu porasta broja obrtaja.

Zaštita generator od pregrijavanja

Dio mehaničke snage koju turbine predaje generatoru toši se na gubitke u generatoru. Oni se sastoje od gubitaka u bakru statorskog i rotorskog namotaja, I gubitaka u željezu zbog vrtložnih struja i histereze, te od gubitaka trenja i ventilacije.Propisima su određene maksimalne dozvoljene nadtemperature za pojedine dijelove generatora. Za signalizaciju nedozvoljeno visokog zagrijavanja pojedini dijelova generatora postavljaju se u generatore na odgovarajuća mjesta sonde s nelinearnim otporom.