zaštita generatora u postrojenjumaturski rad

39
Bosna i Hercegovina Federacija Bosne i Hercegovine Hercegovačko-neretvanski kanton J.U. „Srednja škola“ Konjic Elektrotehnička škola Maturski rad iz elektroenergetskih postrojenja GENERATOR U POSTROJENJU (zaštita generatora) Mentor: Učenik:

Upload: edminhakalovic

Post on 17-Jan-2016

71 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

U ovom maturskom radu biće objašnjena zaštita generatora u postrojenju. Konkretno u ovom maturskom radu biće objašnjena relejna zaštita generatora.Poznato je da sinhrone mašine mogu raditi kao sinhroni motor i kao sinhroni generator. Međutim, sinhrone mašine se koriste uglavnom kao generatori električne energije izmjenične struje. U generatorskom režimu osovinu stroja okreće vanjski izvor mehaničkog rada, primjerice turbina, a na statoru se inducira naizmjenični napon, čime se mehanička energija pretvara u električnu. Kako sinkroni stroj razvija moment samo pri jednoj frekvenciji, primjenu nalazi tamo gdje je potrebna stalna brzina vrtnje. Veliki sinkroni generatori se u pravilu koriste u elektranama (termo, hidro i nuklearnim) kako bi održali stalnu frekvenciju mreže. Razni uzroci mogu izazvati kvarove na generatorima. Generatori su najvažniji dijelovi jednog elektro energetskog sistema i zato ih je potrebno u potpunosti zaštiti. Gotovo 50% od svih nastalih kvarova nastaju na izolacijskom sustavu kako rotorskog tako i statorskog namota. Uprkos ispravnom projektovanju i dimenzionisanju izolacije i ostalih parametara elektroenergeskog sistema, kao i pažljive izgradnje i redovnog održavanja, u pogonu se mora računati sa mogućnošću pojave kvara na praktično svakom elementu sistema. Izolacija uređaja u postrojenjima ne može se iz ekonomskih razloga dimenzionisati tako da izdrži ogromna električna naprezanja koja mogu da se ponekad pojave, npr. prilikom atmosferskih pražnjenja i direktnog udarca groma. Zbog mehaničkih, termičkih i hemijskih uticaja izolacija je izložena starenju, tako da vremenom gubi svoja svojstva i može da se probije kod naprezanja koja su neznatno veća od normalnih. Uzroci kvarova na izolacijskom sustavu mogu biti olabavljenje štapova namota, lokalno zagrijanje, greške u samoj izolaciji, prekomjerna parcijalna izbijanja, povećane vibracije itd. Kvarovi na izolacijskom sustavu najčešće dovode do kratkih spojeva namota (spoj među zavojima, spoj među slojevima namota, međufazni kratki spoj, proboj na masu generatora…). Stoga bi detekcija kratkih spojeva namota u ranoj fazi nastajanja bila od velikog značaja. Osnovni zadatak relejne zaštite je otkrivanje i odstranjivanje poremećaja u EES. Prvobitni nadzorni sustavi pratili su stanje generatora na osnovu mjerenja vibracija. Mjerenje vibracija najučinkovitije je i pruža najviše informacija, a tijekom vremena nadzorni sustavi su proširivani, te uz vibracije prate i neke druge veličine kao što su magnetska polja, zračni raspor, parcijalna izbijanja u izolacijskom sustavu, temperature, pritiske i niz drugih veličina. Ovakvim proširenjem sustava obuhvaća se više parametara stroja na osnovu kojih se mogu detektirati novonastale promjene u radu stroja, odnosno detektirati uzroci mogućih kvarova.Rad je podijeljen na dva poglavlja, u kojima ćemo detaljno opisati princip rada sinkronih generatora, njegovo hlađenje, regulacija napona i paralelan radi sinhronih generatora te pokazati kako se izvodi njihova zaštita. Rad započinje uvodom u kojem opisujemo šta se sve nalazi u samom radu, nastavlja se samim radom, a završava zaključkom, koji potkrepljuje sve činjenice i zaključke do kojih smo došli u samom radu. Sve opisano potkrijepili smo formulama, slikama,shemama, i grafovima.

TRANSCRIPT

Page 1: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Bosna i Hercegovina Federacija Bosne i Hercegovine Hercegovačko-neretvanski kanton J.U. „Srednja škola“ KonjicElektrotehnička škola

Maturski rad iz elektroenergetskih postrojenja

GENERATOR U POSTROJENJU

(zaštita generatora)

Mentor: Učenik:

Lepara Mustafa,dipl. ing.el. Hakalović Edmin

Konjic, maj 2015.

Page 2: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

SADRŽAJ

1 UVOD......................................................................................................................................1

2 GENERATOR U POSTROJENJU..................................................................................................2

2.1 Princip rada, osnovni dijelovi i osnovni podaci........................................................................2

2.2 Podjela generatora.................................................................................................................4

2.3 Hlađenje generatora...............................................................................................................4

2.4 Regulacija napona generatora...............................................................................................5

2.5 Paralelan rad sinhronih generatora........................................................................................6

3 ZAŠTITA GENERATORA.............................................................................................................7

3.1 Statorska zaštita od kratkog spoja.........................................................................................8

3.2 Statorska zaštita od zemljospoja..........................................................................................14

3.3 Statorska zaštita od međuzavojnog spoja............................................................................16

3.4 Rotorska zaštita od zemljospoja i međuzavojnog spoja........................................................17

3.5 Zaštita od preopterećenja.....................................................................................................18

3.6 Zaštita od porasta napona....................................................................................................19

3.7 Zaštita od požara..................................................................................................................19

3.8 Zaštita od nesimetričnog opterećenja...................................................................................20

3.9 Zaštita od povratne snage....................................................................................................20

3.10 Demagnetizacija generatora................................................................................................20

4 Zaključak...............................................................................................................................22

5 Literatura...............................................................................................................................23

Page 3: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

1 UVOD

U ovom maturskom radu biće objašnjena zaštita generatora u postrojenju. Konkretno u ovom maturskom radu biće objašnjena relejna zaštita generatora.

Poznato je da sinhrone mašine mogu raditi kao sinhroni motor i kao sinhroni generator. Međutim, sinhrone mašine se koriste uglavnom kao generatori električne energije izmjenične struje. U generatorskom režimu osovinu stroja okreće vanjski izvor mehaničkog rada, primjerice turbina, a na statoru se inducira naizmjenični napon, čime se mehanička energija pretvara u električnu. Kako sinkroni stroj razvija moment samo pri jednoj frekvenciji, primjenu nalazi tamo gdje je potrebna stalna brzina vrtnje. Veliki sinkroni generatori se u pravilu koriste u elektranama (termo, hidro i nuklearnim) kako bi održali stalnu frekvenciju mreže.

Razni uzroci mogu izazvati kvarove na generatorima. Generatori su najvažniji dijelovi jednog elektro energetskog sistema i zato ih je potrebno u potpunosti zaštiti. Gotovo 50% od svih nastalih kvarova nastaju na izolacijskom sustavu kako rotorskog tako i statorskog namota. Uprkos ispravnom projektovanju i dimenzionisanju izolacije i ostalih parametara elektroenergeskog sistema, kao i pažljive izgradnje i redovnog održavanja, u pogonu se mora računati sa mogućnošću pojave kvara na praktično svakom elementu sistema. Izolacija uređaja u postrojenjima ne može se iz ekonomskih razloga dimenzionisati tako da izdrži ogromna električna naprezanja koja mogu da se ponekad pojave, npr. prilikom atmosferskih pražnjenja i direktnog udarca groma. Zbog mehaničkih, termičkih i hemijskih uticaja izolacija je izložena starenju, tako da vremenom gubi svoja svojstva i može da se probije kod naprezanja koja su neznatno veća od normalnih. Uzroci kvarova na izolacijskom sustavu mogu biti olabavljenje štapova namota, lokalno zagrijanje, greške u samoj izolaciji, prekomjerna parcijalna izbijanja, povećane vibracije itd. Kvarovi na izolacijskom sustavu najčešće dovode do kratkih spojeva namota (spoj među zavojima, spoj među slojevima namota, međufazni kratki spoj, proboj na masu generatora…). Stoga bi detekcija kratkih spojeva namota u ranoj fazi nastajanja bila od velikog značaja. Osnovni zadatak relejne zaštite je otkrivanje i odstranjivanje poremećaja u EES. Prvobitni nadzorni sustavi pratili su stanje generatora na osnovu mjerenja vibracija. Mjerenje vibracija najučinkovitije je i pruža najviše informacija, a tijekom vremena nadzorni sustavi su proširivani, te uz vibracije prate i neke druge veličine kao što su magnetska polja, zračni raspor, parcijalna izbijanja u izolacijskom sustavu, temperature, pritiske i niz drugih veličina. Ovakvim proširenjem sustava obuhvaća se više parametara stroja na osnovu kojih se mogu detektirati novonastale promjene u radu stroja, odnosno detektirati uzroci mogućih kvarova.

Rad je podijeljen na dva poglavlja, u kojima ćemo detaljno opisati princip rada sinkronih generatora, njegovo hlađenje, regulacija napona i paralelan radi sinhronih generatora te pokazati kako se izvodi njihova zaštita. Rad započinje uvodom u kojem opisujemo šta se sve nalazi u samom radu, nastavlja se samim radom, a završava zaključkom,

1

Page 4: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

koji potkrepljuje sve činjenice i zaključke do kojih smo došli u samom radu. Sve opisano potkrijepili smo formulama, slikama,shemama, i grafovima.

2 GENERATOR U POSTROJENJU

2.1 Princip rada, osnovni dijelovi i osnovni podaci

Električne mašine ili električni strojevi jesu naprave za pretvaranje jednog oblika energije u energiju drugog oblika pri čemu se u barem jednom obliku javlja električna energija.Generatori su električni strojevi koji mehaničku energiju pretvaraju u električnu energiju. Najzastupljenija je izvedba generatora kao rotacijskog stroja, koji se sastoji od nepokretnog vanjskog dijela (statora) unutar kojeg se nalazi okretni dio (rotor) koji se okreće vanjskim pogonskim strojem.Prema vrsti električne struje koju proizvode mogu biti istosmjerni (koji proizvode istosmjernu električnu struju) i izmjenični (koji proizvode izmjeničnu električnu struju).Pretvaranje električne energije nije i ne može biti savršeno, jer svu energiju koju dovodimo u električnu mašinu ne možemo nikada pretvoriti u drugi (željeni) oblik. Korisna energija jest ona koju u mašini pretvorimo u željeni oblik. Razlika između dovedene i korisne energije jesu gubici električne energije. Oni se redovno u električnim mašinama pretvaraju u toplotnu energiju, koja se predaje okolini i koja je izgubljena za dalje korišćenje.Jednostavni generator se sastoji od izvora magnetskog polja (magneta ili elektromagneta), te vodiča koji se kreće kroz to magnetsko polje tako da siječe silnice magnetskog polja. Pri tome se u vodiču inducira elektromotorna sila (napon), koja je razmjerna gustoći magnetskog polja (tj. magnetskoj indukciji) i brzini vodiča, a ovisna je i o kutu po kojim vodič siječe magnetske silnice. Kako bi se postigli veći inducirani naponi umjesto pojedinačnog vodiča se koristi zavojnica, dakle niz serijski spojenih vodiča koji se vrte kroz nejednoliko magnetsko polje.Funkcionisanje električnih mašina zasniva se na tri osnovna zakona elektrotehnike:

- Zakon indukcije- Zakon elektromagnetnog polja i- Zakon sile u magnetnom polju

Opšti zakon indukcije kaže da se u zatvorenoj petlji, koja obuhvaća magnetni tok ø indukuje električni napon e, koji je jednak brzini promjene magnetnog toka u petlji, a takvog je smjera da proizvodi struju koja se protivi promjeni magnetnog toka:

e=−Δ øΔ t

Za induciranje napona potrebna je promjena magnetnog toka. Ta promjena se može izazvati na dva načina:

2

Page 5: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

- dio električne mašine u kojoj se stvara magnetni tok i petlja u kojoj se idukuje napon miruju, a mijenja se vrijednost magnetnog toka; to se postiže tako da se mijenja struja u magnetnom krugu

- vrijednost magnetnog toka se ne mijenja, ali mehaničkim kretanjem mijenja se dio magnetnog toka koji obuhvata petlja.

Zakon elektromagnetnog proticanja povezuje električne struje i magnetne tokove. Gustoća magnetnog toka, magnetna indukcija B vezana je s magnetnim poljem pomoću jačine magnetnog polja H odnosno:

B=µ∙H,

gdje je µ permeabilitet, veličina koja je karakteristična za materijal kroz koji se zatvara magnetno polje.

Zakon o sili koja djeluje na vodiče u magnetnom polju slijedi iz Bio-Savarovog zakona i glasi:

F=Bil

gdje je F sila koja djeluje na vodič dužine l kroz koji teče struja i, pri čemu su smjerovi veličina B i l okomiti.

U sinhronoj električnoj mašini (generatoru ili motoru), čiji je osnovni sastav prikazan na slici 1. uzbudno magnetno polje rotira, a vodiči u kojima se indukuje napon, takozvani armaturni vodiči ili armaturni namot, miruju i nalaze se na nepokretnom dijelu mašine, tj. na statoru.

3

Page 6: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 1. - Osnovi sastav sinhrone električne mašine

Osnovni nazivni podaci generatora jesu:

- napon,- faktor snage,- snaga i- broj okretaja

2.2 Podjela generatora

Prema mjestu upotrebe generatore dijelimo na:

- hidrogeneratore, koji se upotrebljavaju u hidroelektranama i- turbogeneratore, koji se upotrebljavaju u termoelektranama.

Prema brzini okretanja generatore dijelimo na:

- brzohodne, kod kojih brzina obično iznosi 3000 obr./min (rjeđe 1500 obr./min) i- sporohodne, kod kojih brzina obično iznosi manje od 1000 obr./min.

Prema izvedbi rotora generatore dijelimo na:

- generatore kod kojih rotor ima isturene polove i- generatore kod kojih rotor ima skrivene polove.

4

Page 7: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Prema položaju vratila generatore dijelimo na:

- generatore sa horizontalnim vratilom i- generatore sa vertikalnim vratilom.

2.3 Hlađenje generatora

Sinhroni generatori (hidrogeneratori) imaju dovoljne površine za hlađenje, tako da mogu biti otvorene konstrukcije, jer obrtni dijelovi djeluju kao ventilator. Radi pojačanja ventilacije mogu se dodati i ventilatorska krila. Ukoliko se vazduh usisava kroz naročite kanale u samoj zgradi, prolazi kroz generator i kroz druge kanale se izbacuje napolje, onda se takvo hlađenje naziva protočnim.Protočno hlađenje je moguće samo u elektranama gdje je vazduh čist, a to su uglavnom hidroelektrane. Za odvođenje toplote koju stvaraju gubici u generatoru upotrebljava se i voda. Vazduh koji je prešao kroz generator i tako se zagrijao hladi se u hladnjacima svježom vodom, a zatim se ponovo vraća u generator. Voda za hlađenje može da se uzima izravno iz tlačnog cjevovoda ukoliko se radi o hidroelektranama sa malim padom. Kod elektrana sa većim padom voda se crpi pumpama iz odvodnog kanala i potiskuje u rezervoar rashladne vode, koji je smješten na dovoljnoj visini, tako da voda gravitacijom dotiče u hladnjak. Pumpe su obično pogonjene elektromotorom. Ako nestane napona, rezervoar se puni iz tlačnog cjevovoda preko redukcionog ventila. Korisna zapremina rezervoara mora biti dovoljna za pogon generatora pod punim teretom za pola sata. Ako rashladna voda sadrži nečistoću (pijesak,mulj,lišće i sl.) onda se prečišćava filterima.Namoti generatora mogu se hladiti vodom ili uljem.

2.4 Regulacija napona generatora

Napon na stezaljkama sinhronog generatora nije konstantan i stalno se mijenja s promjenom opterećenja. Karakteristika spoljnjeg napona ili spoljna karakteristika prikazuje kako se pri stalnoj brzini okretanja n i stalnoj pobudnoj struji I' mijenja napon U na stezaljkama statora generatora pri promjeni statorske struje I, uz stalni faktor snage cosφ. Sa porastom opterećenja, tj. sa porastom struje I, napon opada ako struja kasni za naponom. Može i da raste sa porastom opterećenja, ako struja prednjači pred naponom. Na slici 2. predstavljene su spoljne karakteristike za konstantnu vrijednost pobudne struje, a za različite faktore snage.

5

Page 8: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 2. -Spoljne karakteristike sinhronog generatora

Potrošači, međutim, zahtijevaju konstantan napon, bez obzira na struju koju uzimaju iz generatora i bez obzira na svoj faktor snage. Stoga je zadatak uređaja za regulaciju napona da obezbijede da napon na stezaljkama sinhronog generatora bude konstantan. Napon generatora se reguliše promjenom pobudne struje. Prema izvoru iz kojeg se dobija pobudna struja razlikujemo: - samopobudne sinhrone generatore, i - sinhrone generatore sa stranom pobudom

Samopobudni sinhroni generatori grade se za snage do 1000 kVA. Do danas je teoretski obrađen i praktično ispitan niz sistema za samopobudu generatora, ali je njihova zajednička karakteristika da generator nema vanjske pobude. Jasno je, međutim, da generator ima pobudni namot, ali se on napaja iz posebnog pobudnog uređaja koji se sastoji od specijalnog transformatora i suvog ispravljača, najčešće silicijevog. Ovakvi generatorai nalaze široku primjenu u malim hidroelektranama i dizel-elektranama. Pobudna struja kod sinhronih generatora sa stranom pobudom se najčešće dobija iz posebnog izvora, tj. pobudnog generatora istosmjerne struje sa paralelnom pobudom. Pobudna mašina naziva se pobudni generator, budilica ili ekscitatorka. Smještena je na vratilu generatora, tako da se njen rotor obrće zajedno sa rotorom sinhronog generatora. Regulacija pobudne struje vrši se pomoću promjenjivog otpornika. Za različite vrijednosti otpora reguliše se pobudna struja u pobudnom kolu sinhronog generatora, a time i napon na stezaljkama sinhronog generatora što je prikazano na slici 3.

6

Page 9: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 3. - Shema veze sinhronog generatora s pobudnim generatorom

2.5 Paralelan rad sinhronih generatora

U elektranama je obično instalirano dva ili više generatora, koji su preko zajedničkih sabirnica uključeni u elektroenergetski sistem. Snaga elektrane se mijenja svakog trenutka, kako to zahtjevaju potrošači. Stoga je stavljanje u rad, odnosno isključivanje generatora svakodnevna pojava u elektrani. Ove se radnje, međutim, moraju obaviti uvijek tako da napon i frekvencija za to vrijeme ostanu nepromjenjeni i da ne dođe do strujnih udara.Prije uključenja generatora u paralelan rad sa drugim generatorima, odnosno s vanjskom mrežom, moraju se ispuniti sljedeći uslovi za oba izvora:

- naponi moraju biti jednaki po vrijednosti,- naponi moraju biti u fazi,- frekvencije moraju biti jednake,- redosljed faza mora biti isti (provjerava se samo kod montaže generatora)

Ispunjavanje ovih uslova najjednostavnije se provjerava pomoću:

- sinkronoskopa (služi za određivanje trenutka kada su napon generatora i napon mreže u fazi),

- dvostruki voltmetar (služi za određivanje jednakosti napona i frekvencije)

Generator se na mrežu spaja preko statičkog pretvarača frekvencije koji na izlazu održava potpuno konstantnu frekvenciju i napon.

7

Page 10: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

3 ZAŠTITA GENERATORA

Generatori su najvrijedniji i najvažniji dijelovi postrojenja, a istovremeno najteže nadoknadivi. Posljedice kvara na generatoru mogu biti tako teške da popravak traje danima, sedmicama, pa čak i mjesecima. Dugotrajni popravak nije, međutim, jedina posljedica kvara na generatoru, jer kvar istovremeno ne omogućava normalnu proizvodnju električne energije u generatoru kao izvoru. Istini za volju, statistike pokazuju da kvarovi na generatorima nisu tako česti i da svaki generator doživi u 10 do 15 godina jedan kvar. Kvarovi na generatoru nastaju:

- mehaničkim dejstvom- električnim dejstvom- hemijskim dejstvom- toplotnim dejstvom

Mehanička oštećenja nastaju najčešće od metalnih dijelova, bilo da su to predmeti ubačeni izvana, bilo polomljeni metalni dijelovi rotora.

Električna oštećenja imaju različite uzroke. Nastaju, na primjer, zbog čupanja ili kidanja provodnika usljed elektrodinamičkih sila struje kratkog spoja, kao i zbog probijanja izolacije usljed prenaponskih opterećenja.

U uskoj vezi sa električnim oštećenjima jesu i toplotna oštećenja. Nedozvoljeno velika i dugotrajna preopterećenja generatora samo ubrzavaju svojim toplotnim djelovanjem zamaranje materijala, što dovodi do oštećenja izolacije, odnosno do kvarova. Toplotna oštećenja izolacije naročito ubrzavaju brze promjene režima rada, koje dovode do naglih promjena temperature.

Uzročnici hemijskih oštećenja namota jesu plinovi, prašina i ulje, koji nagrizaju i oštećuju izolaciju.

Na statoru generatora mogu nastupiti sljedeći kvarovi:

- kratak spoj,- zemljospoj i- međuzavojni spoj

Na rotoru generatora mogu nastupiti ovi kvarovi:

- zemljospoj i- međuzavojni spoj

Osim kvarova, generatori mogu biti ugroženi od:

- preopterećenja,- porasta napona,- požara,- povratne snage i

8

Page 11: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

- nesimetričnog opterećenja.

3.1 Statorska zaštita od kratkog spoja

Kratki spojevi koji ugrožavaju stator generatora mogu biti:- vanjski, odnosno oni kratki spojevi koji nastaju izvan statora, na primjer, negdje na

mreži i- unutrašnji, odnosno oni kratki spojevi koji nastaju na samom statorskom namotu.

Zbog toga će jedan zaštitni uređaj okidati samo kod vanjskih, a drugi samo kod unutrašnjih kratkih spojeva.

Kao zaštitni uređaj generatora od vanjskih kratkih spojeva služe prekostrujni vremenski neovisni releji, kod kojih se proradna struja podešava na 1,4 do 1,8 nazivne struje generatora, što za sekundarnu stranu strujnih transformatora iznosi 1,4 ∙ 5=7 A do 1,8 ∙5=9 A. Okidno vrijeme ovih releja mora biti jednu sekundu duže od okidnog vremena sljedećeg prekostrujnog vremenskog neovisnog releja (na dalekovodima). Kod veoma razgranatih mreža mogu okidna vremena prekostrujnih releja na generatorskom odvodu biti veoma velika (i do 10 sekundi), zbog čega se upotrebljavaju prekostrujni stepenovani vremenski neovisni releji. Pri tome je važno naglasiti da prekostrujni releji ne štite generator od preopterećenja, nego samo od kratkog spoja.

Prekostrujni vremenski neovisni releji ne mogu zadovoljiti kao zaštita od unutrašnjih kratkih spojeva generatora, jer je njihovo okidno vrijeme, kao što je već rečeno, veoma veliko, što bi se moglo veoma štetno odraziti na generator. Takva zaštita bi, naime dopustila da kroz namote generatora teku dugo vremena najveće moguće struje kratkog spoja. Pri tome treba, takođe, imati na umu da posebno teški uslovi rada nastaju za generator na čijem se statorskom namotu pojavi kratki spoj, ako on radi sinhrono na mrežu s drugim generatorom ili drugim generatorima (a takav slučaj je najčešći). Naime zbog veoma malih otpora u petlji kratkog spoja struje koje teku i dotiču u tačku kratkog spoja su ogromne. Sve to jasno govori da se obuhvatanje kratkih spojeva na statoru generatora ne može prepustiti prekostrujnoj zaštiti od vanjskih kratkih spojeva.

Za zaštitu od unutrašnjih kratkih spojeva upotrebljavaju se uzdužni diferencijalni releji i to redovno stabilizirani. Postoji više mogućnosti za priključak diferencijalnog releja, već prema tome da li je generator neposredno vezan za sabirnice ili radi u u blok-spoju s transformatorom.

Na slici 4. prikazana je stabilizirana uzdužna zaštita generatora, koji je priključen direktno na sabirnice.

9

Page 12: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 4. - Stabilizirana uzdužna diferencijalna zaštita generatora koji radi neposredno na sabirnice: 1 – stabilizirani uzdužni diferencijalni relej; 2 – strujni transformatori

Zatvaranjem radnog kontakta difenerncijalnog releja zatvara se istovremeno i strujni krug uređaja za demagnetizaciju. Ovdje, ipak, moramo reći nešto više o principu rada diferencijalnih releja. Diferencijalni releji su zaštitni releji koji uspoređuju istovrsne i istovremene veličine i mjere njihovu razliku. Spoj diferencijalnog releja je takav da u normalnom pogonu kroz relej ne protiče struja, dok u slučaju kvara kroz relej protiče dovoljno velika struja, tako da se diferencijalni relej uzbudi i da impuls za isklapanje sklopke.Diferencijalni releji mogu biti:

- uzdužni, ako upoređuju i mjere struje na početku i na kraju štićenog dijela postrojenja i

- poprečni, ako na istom mjestu (istom kraju) uspoređuju i mjere struje u dva ili više vodova.

Danas se praktično upotrebljavaju samo uzdužni diferencijalni releji za zaštitu transformatora i generatora. Diferencijalni releji se priključuju na sekundarne strane strujnih transformatora. Dio postrojenja između strujnih transformatora nazivamo štićenim područjem. Diferencijalni relej mora djelovati i dati impuls za isklapanje sklopke ako se u štićenom području pojavi kvar (najčešće kratki spoj) i ne smije djelovati ako se kvar dogodi van štićenog područja, pa ma kakve bile struje kvara. Diferencijalna zaštita se uvijek izvodi tropolno. Radi lakšeg objašnjenja, princip rada ćemo pokazati na jednopolno izvedenoj diferencijalnoj zaštiti. Pri tome ćemo razlikovati četiri karakteristična slučaja prikazana na slici 5.

10

Page 13: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

a) Ni u štićenom dijelu ni izvan njega nema kvara. Sekundarne struje strujnih transformatora istih su vrijednosti i istog smjera, pa kroz diferencijalni relej ne protiče nikakva struja i on neće djelovati

b) U štićenom dijelu dogodio se kratki spoj, koji je napajan samo s jedne strane (sasvim je svejedno koja strana). Na sekundarnim stranama strujnih transformatora imaćemo sekundarnu struju samo u lijevom strujnom transformatoru. U odnosu na taj transformator diferencijalni relej i desni strujni transformator su potrošači u paralelnom spoju, a kako je prividni otpor diferencijalnog releja znatno manji od prividnog otpora sekundara desnog strujnog transformatora, to će gotovo sva sekundarna struja lijevog strujnog transformatora proticati kroz diferencijalni relej i on će okinuti.

c) U štićenom dijelu dogodio se kratki spoj između dviju faza; kvar je napajan s obje strane. Na sekundarnim stranama oba strujna transformatora teku struje i to, ovog puta, suprotnih smjerova i najčešće različitih vrijednosti. Kroz diferencijalni relej protiče struja jednaka geometrijskoj razlici sekundarnih struja, pa će on i ovog puta okinuti

d) Kratak spoj između dviju faza nastao je izvan štićenog dijela. Kako kroz sekundarne strane strujnih transformatora teku struje istih vrijednosti i smjerova (isto kao u slučaju ''a''), kroz diferencijalni relej ne protiče nikakva struja i on neće djelovati.

Slika 5. – Jednopolni prikaz spoja uzdužne diferencijalne zaštite

Možemo, prema tome, reći da će diferencijalni relej okinuti kod kratkih spojeva u štićenom području i to bez obzira na to da li je kratki spoj napajan s jedne ili obje strane. Diferencijalni relej, međutim neće okinuti ako kvara nema ili ako se kvar desio izvan štićenog područja. Ipak, moguće je da diferencijalni relej okine i u slučajevima pod ''a'' i ''d'' usljed takozvanih krivih struja, koje nastaju ako strujni transformatori na koje je priključen

11

Page 14: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

diferencijalni relej imaju različite strujne i kutne greške. Krive struje postoje i u normalnom pogonu, ali neznatne i tek kod struja kvarova, koji se dogodio izvan štićenog područja, postaju velike, tako da mogu dovesti do djelovanja diferencijalnog releja i okidanja sklopke. Diferencijalni releji, koji se ne mogu oduprijeti okidanju zbog krivih struja, se nazivaju nestabilizovani diferencijalni releji. Izvedba i način rada nestabiliziranog diferencijalnog releja data je na slici 6., koja se odnosi na normalno pogonsko stanje. Proradna struja diferencijalnog releja podešava se od 30% do 50% nominalne struje što za 5 A sekundarne strane struje iznosi 1,5 do 2,5 A.

Slika 6. – nestabilizirana uzdužna diferencijalna zaštita: A – diferencijalni namot; F – povratno Pero

Nestabilizirani diferencijalni releji se ne upotrebljavaju, jer okidaju zbog krivih struja. Svi diferencijalni releji koji se danas upotrebljavaju jesu takozvani stabilizirani diferencijalni releji. Osnovna prednost stabiliziranog diferencijalnog releja nad nestabiliziranim sastoji se u tome da kod kratkih spojeva izvan štićenog područja sigurno sprečavaju krivo okidanje.

Na slici 7. Prikazana je jednopolna shema izvedbe stabiliziranog diferencijalnog releja. Svoju osnovnu prednost nad nestabiliziranim diferencijalnim relejem postiže stabilizirani diferencijalni relej pomoću dva strujna svitka, koji svojim privlačenjem elektromagnetnim silama naprežu krajeve vage. Kroz lijevi svitak protiče samo struja, diferencije (diferencijalni svitak), dok kroz desni svitak protiče ukupna struja obaju transformatora (prekostrujni svitak). Zakretanje vage ulijevo, tj. okidanje releja može nastupiti jedino ako privlačna sila diferencijalnog releja savlada privlačnu silu opruge i prekostrujnog svitka. Ako je kvar nastao izvan štićenog područja, onda se to ne može dogoditi, jer je privlačna sila prekostrujnog svitka veća od privlačne sile diferencijalnog svitka.

12

Page 15: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 7. – stabilizirana uzdužna diferencijalna zaštita: A – diferencijalni namot; F – povratno pero; H – prekostrujni namot

Na slici 8. Prikazan je spoj stabilizirane diferencijalne zaštite kojom se od unutrašnjih kratkih spojeva štite generator i transformator u blok-spoju, što znači da će zaštita djelovati ako se dogodi kratki spoj ili na generatoru ili na transformatoru. Jasno je da diferencijalna zaštita, zbog toga što je stabilizirana, neće ni u kom slučaju djelovati kod kratkih spojeva izvan štićenog dijela, tj. kod vanjskih kratkih spojeva. Ovdje je potrebno postaviti i međutransformatore da se izjednače različiti prenosni odnosi strujnih transformatora u zvjezdištu generatora i na visokonaponskoj strani transformatora i da se struje u zvjezdištu generatora i visokonaponskoj strani transformatora dovedu u fazu.

Slika 8. – stabilizirana uzdužna zaštita za generator i transformator u blok-spoju: 1 – stablizirani uzdužni diferencijalni relej; 2 – strujni transformatori; 3 - međutransformator

13

Page 16: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Namoti generatora su redovno spojeni u zvijezdu. Interesantan je međutim, spoj diferencijalne zaštite generatora, čiji je statorski namot spojen u trokut. Takva diferencijalna zaštita za generator koji je direktno priključen na sabirnice prikazana na slici 9. U ovom slučaju su struje u odvodu prema sabirnicama veće od struja u namotu statora za √3 puta i istovremeno zakrenute za 30°. Da diferencijalna zaštita generatora ne bi proradila i u normalnom pogonu, moraju struje u odvodu prema sabirnicama i u namotima statora biti iste po vrijednosti i u fazi. Vektorsko izjednačavanje struja postiže se spajanjem sekundarnih stezaljki strujnih transformatora u fazama generatora u trokutni spoj.

Slika 9 – Stabilizirana uzdužna diferencijalna zaštita generatora čiji je statorski namot spregnut u trokut; 1 – stabilizirani uzdužni diferencijalni relej; 2 – strujni transformator

Također je interesantna izvedba diferencijalne zaštite koja se priključuje samo na jedan slog strujnih transformatora, a ne na dva sloga, kao što je uobičajeno. To je omogućeno zahvaljujući takozvanim diferentnim strujnim transformatorima, kao što je prikazano na slici 10.

14

Page 17: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 10. – Uzdužna diferencijalna zaštita s primjenom diferencijalnih strujnih transformatora: 1 – nestabilizirani uzdužni diferencijalni relej; 2 – diferencijalni strujni transformator

Kao što se na slici vidi, diferencijalni strujni transformator ima dva primarna namota kroz koje protiče jedna te ista struja, ali u suprotnim smjerovima, tako da je primarna struja, pa prema tome i struja magnetiziranja jednaka nuli. Ako se na namotu statora dogodi kratak spoj, proteći će kroz primare diferentnih strujnih transformatora struje različite po vrijednosti, te će se i na sekundarnim namotima pojavit struje, usljed čega će diferencijalni relej okinuti. Spoj je veoma jednostavan i ekonomičan, jer ušteđujemo tri strujna transformatora, ali je nepodesan za izvođenje, jer se zvjezdište generatora mora izvesti u samom rasklopnom postrojenju, neposredno ispred učinske sklopke, odnosno baš tamo gdje ima malo tlocrtne površine.

3.2 Statorska zaštita od zemljospoja

Namoti statora generatora su smješteni u žljebovima, koji su sa čitavim kućištem veoma dobro uzemljeni, te zbog toga proboj izolacije statora dovodi do spoja kućišta sa zemljom, odnosno do zemljospoja.U normalnom pogonu između zvjezdišta generatora i zemlje napon je jednak nuli, dok će pri zemljospoju jedne od statorskih faza zvjezdište doći na izvjestan potencijal prema zemlji. Kolika će biti struja zemljospoja zavisiće u prvom redu od toga da li je generator neposredno priključen na sabirnice ili pak radi u blok-spoju sa transformatorom. Kod statora generatora spojenog u zvjijezdu napon tačke zemljospoja prema zemlji jednak je nuli ako se zemljospoj dogodi u zvjezdištu. Ako se, međutim, zemljospoj dogodi na stezaljkama napon zemljospoja jednak je faznom naponu. Ako je stator generatora spojen u trokut, napon tačke zemljospoja prema zemlji jednak je faznom naponu za zemljospoj na krajevima namota. Ove vrijednosti napona određuju i vrijednosti struje zemljospoja. Ako generator radi neposredno na mrežu, tada je struja zemljospoja, koji se dogodio na namotima

15

Page 18: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

statora, veoma velika i to utoliko veća ukoliko je mreža rasprostranjenija. Međutim, ako generator radi na mrežu preko blok-transformatora, struje zemljospoja su male, jer struje zemljospoja koje dolaze iz mreže ne mogu prodrijeti u generator zbog transformatora, koji predstavlja prekid galvanski vezane mreže (između primarnog i sekundarnog namota transformatora postoje sasvim mali kapaciteti). Možemo, prema tome, reći da izvedba statorske zaštite od zemljospoja zavisi najviše od toga da li je generator vezan direktno na mrežu ili preko blok-transformatora. Kao i od svake druge zaštite, zahtjeva se od statorske zaštite od zemljospoja da djeluje potpuno selektivno, što drugim riječima znači da smije djelovati samo onda ako se zemljospoj desi bilo gdje na statorskim namotima, ali ne smije djelovati samo onda ako se zemljospoj desi bilo gdje izvan generatora. Statorska zaštita od zemljospoja za generator u blok-spoju sa transformatorom izvodi se veoma jednostavno. Takva zaštita prikazana je na slici 11.

Slika 11. – Statorska zaštita od zemljospoja za generator koji radi u bloku s transformatorom: 1 – zvjezdišni transformator; 2 – naponski relej; 3 – otpor

Selektivno djelovanje ove zaštite omogućeno je samim tim što zbog prekida galvanske veze između primara i sekundara zemljospojne (kapacitivne) struje iz mreže ne mogu prodirati u generator. U vod za uzemljenje između zvjezdišta generatora i zemlje uključen je primar naponskog transformatora, na čije je sekundarne stezaljke priključen prenaponski relej. U normalnom pogonu na primarnim stezaljkama naponskog transformatora napon je jednak nuli, a ako se bilo gdje na statorskim fazama pojavi zemljospoj doći će primarne stezaljke naponskog transformatora pod napon. On je utoliko veći, ukoliko je tačka zemljospoja bliža stezaljkama generatora, a jednak je faznom naponu ako se zemljospoj dogodi na jednoj od stezaljki generatora. Zbog pojave napona na primarnim stezaljkama indukovaće se napon i na sekundarnim stezaljkama naponskog transformatora usljed čega će prenaponski relej uključiti okidni strujni krug generatorske sklopke. Kao što je već rečeno između visokonaponskih namota i niskonaponskih namota blok-transformatora postoji sasvim mali kapacitet, te se usljed te kapacitivne veze mogu, iako veoma male, prenositi kapacitivne struje zemljospoja u

16

Page 19: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

generator i preko uzemljenog zvjezdišta odlaziti u zemlju. Proradna vrijednost prenaponskog releja je veoma mala, kako bi se mogli obuhvatiti i zemljospojevi u neposrednoj blizini zvjezdišta, ali bi zbog toga i relativno male kapacitivne struje iz mreže mogle dovesti do okidanja prenaponskog releja. Da bi se spriječilo okidanje prenaponskog releja kod zemljospojeva u mreži (zbog selektivnosti) priključuje se, paralelno prenaponskom releju, otpor znatno manji od otpora svitka prenaponskog releja, tako da sekundarna struja najvećim dijelom teče kroz otpor. Ovako izvedenom statorskom zaštitom zaštićen je oko 90% navoja jedne faze, računajući od stezaljke prema zvjezdištu. Ako je generator priključen neposredno na mrežu ili na sabirnice na koje su priključeni dalekovodi, onda je mnogo teže ostvariti statorsku zaštitu od zemljospoja koja bi radila potpuno selektivno. Ovdje, naime, sama zaštita mora da selektivno razlikuje struje zemljospoja na mreži od struja zemljospoja koji se dogodio na namotima statora generatora. Zbog toga će, za razliku od statorske zaštite od zemljospoja kod generatora u blok-spoju sa transformatorom, ova zaštita biti znatno komplikovanija. Tako ćemo morati umjesto jednostavnog prenaponskog releja upotrijebiti usmjerene releje, i čitav niz strujnih i naponskih transformatora.Potrebno je ipak napomenuti da danas generatori gotovo isključivo rade u blok-spoju sa transformatorom, što nam znatno olakšava izvedbu statorske zaštite od zemljospoja.

3.3 Statorska zaštita od međuzavojnog spoja

Međuzavojni spoj, prikazan na slici 12. predstavlja naročiti oblik kratkog spoja, kod koga su gotovo svi ili svi navoji jedne faze kratko spojeni usljed proboja izolacije između dviju tačaka na namotu koje se nalaze na različitim potencijalima. Međuzavojni spoj u postrojenju prepoznaje se po tome što se smanjuje fazni napon faze u kojoj se dogodio kvar. To se lijepo vidi na slici 12 na kojoj je predstavljena zvijezda napona prije i poslije pojave međuzavojnog spoja. Kao što se na slici vidi, naponi zdravih faza ostali su nakon nastanka međuzavojnog spoja nepromjenjeni.

Slika 12. – Međuzavojni kratki spoj

17

Page 20: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Na slici 13 prikazana je principijelna izvedba zaštite od međuzavojnog spoja u namotima statora. Zvjezdište primarnog namota naponskog transformatora povezano je sa zvjezdištem generatora preko neuzemljenog vodiča. Ako se dogodi međuzavojni spoj na jednoj od statorskih faza sniziće se napon te faze, tako da vektorski zbir faznih napona neće više biti jednak nuli, te će zvjezdište generatora doći pod izvjesni napon. Zbog pojave napona u zvjezdištu generatora, poteći će struja kroz neuzemljeni vodič, pa će se na krajevima otvorenog trokuta pojaviti napon, što će dovesti do djelovanja prenaponskog releja. Na stezaljke otvorenog trokuta priključuje se i filter (prigušnice i kondenzatori), koji ne dozvoljava prolazak trećim harmonicima napona, kojih inače ima u faznom naponu, u prenaponski relej, tako da on neće okinuti u normalnom pogonu. Ovim zaštitnim relejima obuhvaćen je i prekid faznih vodiča u statoru.

Slika 13. – Zaštita od međuzavojnog kratkog spoja za generatore spojene u zvijezdu; 1 – namot otvorenog trokuta; 2- zvjezdišni spojni vod; 3 – naponski relej; 4 – filter

3.4 Rotorska zaštita od zemljospoja i međuzavojnog spoja

Zemljospoj u rotorskom namotu nastaje probojem između rotorskih navoja i željeza (zemlje). Zemljospoj u samo jednoj tački rotorskog namota ne znači gotovo ništa za sam pogon generatora. Međutim, ako u još jednoj tački rotorskog namota nastane zemljospoj, onda će dio uzbudnog namota biti kratko spojen. Time se ostvaruje međuzavojni spoj, koji dovodi do veoma opasnih titranja rotora generatora. Prema tome, iako jednostavni zemljospoj rotorskog namota nije opasan, mora se bar signalizirati njegov nastanak, kako bi se spriječilo eventualno nastajanje opasnog međuzavojnog spoja.

18

Page 21: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 14. – Zaštita od zemljospoja rotora generatora; 1 – uzbudni namot rotora; 2 – naponski transformator;

3 – kondenzator; 4 – relej; 5 – truba

Na slici 14. data je principijelna shema zaštite od zemljospoja rotora generatora.Uzbudni krug generatora priključen je na jednu stezaljku naponskog transformatora, čija je druga stezaljka uzemljena. Da bi se spriječilo oticanje istosmjerne struje u zemlju, između naponskog transformatora i uzbudnog kruga sinhronog generatora serijski je priključen kondenzator. Ako rotorski namot dođe u zemljospoj poteći će struja iz sekundara naponskog transformatora kroz uzbudni svitak releja, koja se zatvara preko tačke zemljospoja i uzemljene stezaljke naponskog transformatora. Radni kontakt releja će se zatvoriti i osoblje će trubom biti upozoreno da se na rotorskom namotu pojavio zemljospoj, kako bi se popravak izvršio u prvom pogodnom trenutku.

3.5 Zaštita od preopterećenja

Sinhroni generator ne može biti preopterećen aktivnom snagom, jer je njegova aktivna snaga ograničena snagom pogonske mašine. Prema tome, sva preopterećenja generatora nastaju zbog preopterećenja reaktivnom snagom. Generator može izdržati izvjesno preopterećenje u ovisnosti od vrijednosti preopterećenja, njegovog trajanja i ranijeg režima rada generatora. Propisi tačno regulišu mogućnosti preopterećenja generatora polazeći uvijek od činjenice da temperatura statorskog namota ne smije prijeći dozvoljenu graničnu vrijednost. Zbog toga se u stator ugrađuju posebni otpornici čiju promjenu otpora sa promjenom temperature koristimo za djelovanje releja. Često se upotrebljavaju i termički releji, koje ugrađujemo samo u jednu fazu, dok u druge dvije faze ugrađujemo prekostrujne releje. Termički relej kod znatnijeg preopterećenja djeluje kao obični prekostrujni relej. Pri tome treba naglasiti da se nastoji da termički relej bude vjerna termička slika samog generatora, što je veoma teško postići, jer generator nije homogeno tijelo.

19

Page 22: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

3.6 Zaštita od porasta napona

Porast napona na generatoru prouzrokuju prenaponi (atmosferski ili pogonski) ili sam generator. Prenaponi koji na namote statora dolaze iz mreže naročito su opasni za generaor koji su direktno priključeni na mrežu, tj. s njom su galvanski povezani. Takve generatore štitimo prenaponskim odvodnicimaod prenapona koji dolaze iz mreže. Međutim, za generatore nema bolje zaštite od prenapona iz mreže nego što je transformator s kojim generator radi u blok spoju.

Generator, međutim treba posebno štititi od porasta napona kojeg proizvodi sam generator. Prilikom naglog rasterećenja generatora može napon na stezaljkama generatora dostići vrijednost do 1,3Un uz konstantan broj okretanja. Naglim rasterećenjem generatora porast će privremeno broj okretanja rotora, jer turbinski regulatori ne mogu trenutno da smanje ili da potpuno ukinu dotok radnog fluida (vode ili pare) turbini, što prouzrokuje daljni porast napona. Na parnoj turbini osim automatskog regulatora broja okretaja postoji i brzi zaporni ventil koji djeluje čim broj okretaja turbine poraste za 10% iznad nazivnog broja okretaja.

Kao zaštita od porasta napona služi prenaponski relej sa vremenskim članom koji onemogućava djelovanje kod kratkotrajnih porasta napona. Prenaponski relej se priključuje na naponski transformator u generatorskom odvodu, ali ne na isti linijski napon na koji je priključen regulator napona radi sigurnijeg djelovanja.

3.7 Zaštita od požara

Kratki spoj, zemljospoj i međuzavojni spoj na generatoru mogu u generatoru izazvati opasne požare. U elektranama, a naročito u podzemnim elektranama, upotrebljavaju se posebni uređaji za zaštitu od požara. Kao sredstvo za gašenje služi isključivo ugljični dioksid CO2. On je 1.53 puta teži od vazduha, a na temperaturi 0oC i pritisku 35,5∙ 105 Pa prelazi u tekuće stanje. Pri tome mu se smanjuje volumen za 470 puta u odnosu na volumen kod atmosferskog pritiska. Ugljični dioksid se čuva u čeličnim bocama koje su pune određenom težinom ugljičnog dioksida u ovisnosti od pritiska. Ugljični dioksid nije otrovan (može se udisati sa vazduhom) ne izaziva koroziju i dobar je izolator. Čelične boce s ugljičnim dioksidom snadbjevane su naročitim ventilima koji u normalnom pogonu sprečavaju prodiranje ugljučnog diksida u generator kroz sisteme cijevi i sapnica, smještenih na više mjesta na obodu generatora. Djelovanje zaštitnih releja ili pogonskog osoblja dovodi do otvaranja ventila, usljed čega kroz sapnice struji ugljični dioksid u generator istiskujući iz njega vazduh. Time se smanjuje i konačno nestaje požar, jer je u generatoru sve manje kisika. Ugljični dioksid u generatoru snažno ekspandira, hladi, što može dovesti do pucanja izolacije namota. Čelične boce su obično postavljene na vagu koja zatvori kontakt i djeluje na signalizaciju ako usljed popuštanja na ventilima boce težina boce spadne ispod neke unaprijed određene vrijednosti.

20

Page 23: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

3.8 Zaštita od nesimetričnog opterećenja

Nesimetrično opterećenje generatora nazivamo ono opterećenje kod kojeg struje u trima fazama nisu po iznosu jednake ili ako ne zaklapaju uglove od po 120o. Nesimetrično opterećenje mogu izazvati neki potrošači (na primjer, elektrolučne peći). Međutim, najvažniji i najopasniji uzročnici nesimetričnog opterećenja jesu greške kao što su nesimetrični kratki spojevi, prekidi vodiča, jednopolno isključenje sklopki i dvopolno isključenje sklopki. U čemu se sastoji opasnost po generator od nesimetričnog opterećenja? Nesimetrično opterećenje stvara u statoru takozvano inverzno magnetno polje, koje se obrće u suprotnom smjeru od obrtanja rotora, zbog čega se u rotoru indukuju naponi i struje frekvencije 100 Hz. Zbog tih struja rotor generatora se mnogo zagrijava, što može dovesti do novih kvarova. Zaštita od nesimetričnog opterećenja zasniva svoj rad na obuhvatanju ovih struja, nastalih usljed nesimetričnog opterećenja, koje dovode do stvaranja inverznog magnetnog polja.

3.9 Zaštita od povratne snage

Zaštita od povratne snage štiti se, u stvari, pogonska turbina i to naročito parna turbina. Pretpostavimo da je, na primjer, usljed kvara na dovodu pare spriječen dotok pare turbini. Generator je normalno ostao u pogonu,ali sada radi kao sinhroni motor, uzimajući snagu iz mreže, obrćući pri tome rotor parne turbine. Kako je turbini prekinut dotok pare, ona se okreće naprazno, te se može mnogo zagrijati i oštetiti. Da bi se spriječio ovakav nenormalan rad turbine, postavlja se u generatorski odvod zaštita od povratne snage koja će sa vremenskim zatezanjem od 3 do 4 sekunde djelovati kada generator počne raditi kao sinhroni motor. Ova zaštita se izvodi kao vatmetaski relej koji u suštini ustanovljava da li energija ide prema generatoru ili od generatora. Kada zaštita ustanovi da energija ide prema generatoru (povratna snaga), onda vatmetarski relej daje impuls za isklapanje sklopke preko vatmetarskog releja. Time će, naravno, biti isključena i turbina.

3.10 Demagnetizacija generatora

Da bi se što više ograničile posljedice kratkog spoja, zemljospoja i međuzavojnog spoja na generatoru, nije dovoljno samo brzo isključivanje generatorske sklopke, odnosno odvajanje generatora od mreže. Istovremeno s isključivanjem generatorske sklopke mora se, i to što je moguće brže, struju uzbude u namotu rotora svesti na nulu, jer bi, inače, ako se to ne bi uradilo, kroz tačku kvara sve do zaustavljanja, a to znači veoma dugo, proticala velika struja, što bi moglo dovesti do znatnih razaranja u generatoru. Brzo svođenje uzbudne struje na nulu naziva se razbuda ili demagnetizacija generatora. Princip demagnetizacije zasniva se na uključenju u uzbudni strujni krug velikih radnih otpora koji veoma brzo smanjuju struju u uzbudnom strujnom krugu mašine budilice i u uzbudnom strujnom krugu sinhronog generatora. Principijelna shema jednostavnog uređaja za demagnetizaciju prikazana je na slici 15.

21

Page 24: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Slika 15. – Principijelna shema demagnetizacionog uređaja

U normalnom pogonu radni otpori 1 i 2 kratko se premošteni, tako da kroz njih praktično ne protiče struja. Kada okidač 3 dobije impuls od pojedinih zaštitnih uređaja generatora, djelovaće i otvoriti kontakte 1' i 2', čime će se otpor 1 uključiti u uzbudni strujni krug budilice. Smanjivanje struje u uzbudnim krugovima dato je relacijom:

i=io(1-e−tT )

gdje je io struja u uzbudnom krugu koja je tekla prije djelovanja demagnetizacionog uređaja, a T vremenska konstanta uzbudnog kruga koja je utoliko manja ukoliko je veći radni otpor uključen u uzbudni krug. Otpori uključeni u uzbudni strujni krug veoma su velikih dimanzija, kako bi se lakše i brže hladili. Naime, za vrijeme demagnetizacije na njima se stvara velika količina toplote a samo otpori velikih dimenzija mogu brzo da se ohlade.

4 Zaključak

22

Page 25: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

U ovom radu detaljno je objašnjena zaštita generatora. Možemo vidjeti da su generatori električne mašine na kojima je izvršena potpuna zaštita što nam govori o bitnosti generatora za jedan elektroenergetski sistem.

Praktički sva električna energija termoelektrana, hidroelektrana i nuklearnih elektrana proizvodi se pomoću sinhronih generatora. Sinhroni generatori se grade za velike snage. Veliki sinhroni generatori predstavljaju najveće električne rotacione mašine, pa ih je zato potrebno adekvatno zaštititi. U svakoj elektrani (hidro, termo i nuklearnoj) nalazi se po nekoliko sinhronih generatora velikih snaga spojenih na iste sabirnice. Projektovanje diferencijalne zaštite sinhronih generatora predstavlja složen zadatak koji iziskuje punu odgovornost imajući u vidu značaj sinhronih generatora unutar elektroenergetskog sistema.

Zaštita generatora opisana u ovom maturskom radu predstavlja osnov da bi se neki generator pustio u pogon. Ona štiti generatore od kvarova nečim uzrokovanih. Puštanje generatora u rad bez zaštite bilo bi veoma opasno. Kvar može prouzrokovati ogromne štete na generatoru kao i na samom postrojenju zato djelovanje zaštite neće samo zaustaviti neželjene posljedice na generatoru nego i na cijelo postrojenje a time i na osoblje koje upravlja tim postrojenjem.

5 Literatura

23

Page 26: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Knjige:

Rajko Misita (1989): Elektroenergetska postrojenja: za III i IV razred srednjeg usmjerenog obrazovanja elektrotehničke struke, Sarajevo, IP Svjetlost

Web Sites:

Wikipedia, 17 mart 2014, http://sh.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dni_generator

Wikipedia, 26 novembar 2014, http://hr.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dni_generator

Jasmin Popaja, scribd, 16 jun 2012, 10 februar 2015, https://www.scribd.com/doc/97267830/ZA%C5%A0TITA-GENERATORA#scribd

Fakultet Elektrotehnike i Računarstva (FER), Mr. sc. Ante Elez, http://www.fer.unizg.hr/_download/repository/Elez,KDI.pdf

24

Page 27: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

Datum predaje maturskog rada: ___________________ M.P.

Mišljenje profesora-mentora o radu:

Ocjena maturskog rada: ____________ ( )

Datum odbrane maturskog rada: ______________

Komisija u sastavu: Potpis članova komisije:

1. Predsjednik: ____________________ ______________________________

2. Ispitivač: ____________________ ______________________________

3. Stalni član: ____________________ ______________________________

Pitanja na usmenom obrazloženju rada:

1. _____________________________________________________________________

2. _____________________________________________________________________

3. _____________________________________________________________________

Ocjena usmenog obrazloženja rada: ________________ ( )

Ocjena rada: ________________ ( ) M.P.

25

Page 28: Zaštita generatora u postrojenjuMaturski Rad

26