Ci sono molte condizioni anomale che possono causare danni al generatore.Alcune di queste condizioni sono il risultato di un guasto all'interno del generatore o di uno dei suoi sottosistemi e altre hanno origine nel sistema di alimentazione stesso.La tabella seguente riassume i tipi di guasti che possono verificarsi ei metodi di protezione associati.
Guasti a terra dello statore
Il guasto più comune dell'avvolgimento dello statore è una rottura dell'isolamento tra una singola fase e la terra.Non rilevato, questo guasto può danneggiare rapidamente il nucleo del generatore.Gli incendi sono possibili anche su macchine raffreddate ad aria.La capacità dell'elemento differenziale dello statore di rilevare un guasto a terra è una funzione della corrente di guasto a terra disponibile.Pertanto, per lo statore è generalmente necessaria una protezione da guasto a terra dedicata.
I generatori forniscono l'energia utilizzata da tutti i carichi nel sistema di alimentazione e gran parte della potenza reattiva necessaria per alimentare gli elementi induttivi mantenendo così la tensione del sistema ai valori nominali.I sistemi di alimentazione hanno poca capacità di accumulo di energia.Pertanto, la generazione persa deve essere immediatamente sostituita o una quantità equivalente di carico deve essere eliminata.È di primaria importanza che il sistema di protezione del generatore sia altamente sicuro durante i disturbi esterni.
Il generatore è un componente di un sistema complesso che comprende un motore primo, un eccitatore e vari sistemi ausiliari.Oltre al rilevamento dei cortocircuiti, il relè di protezione del generatore è quindi necessario per rilevare una serie di condizioni anomale che potrebbero danneggiare il generatore o uno dei suoi sottosistemi.I generatori possono essere classificati in due tipi principali: a induzione e sincroni.Le macchine a induzione sono in genere di dimensioni inferiori, fino a un minimo di cento kVA, e sono normalmente azionate da un motore alternativo.Le macchine sincrone variano in dimensioni da diverse centinaia di kVA a 1200 MVA.
I generatori sincroni possono essere azionati da una varietà di motori primi, inclusi motori alternativi, turbine idrauliche, turbine a combustione e grandi turbine a vapore.Il tipo di turbina influisce sulla progettazione del generatore e può quindi influire sui requisiti di protezione.Anche le dimensioni del generatore e il metodo di messa a terra influiscono sui requisiti di protezione.Le macchine di piccole e medie dimensioni sono spesso collegate direttamente a una rete di distribuzione (direct connected).In questa configurazione è possibile collegare più macchine allo stesso bus.Le macchine di grandi dimensioni sono solitamente collegate tramite un trasformatore di alimentazione dedicato alla rete di trasmissione (unità collegata).
Un secondo trasformatore di alimentazione ai terminali del generatore fornisce l'alimentazione ausiliaria per l'unità.I generatori sono messi a terra per controllare da dannosi transitori di tensione e per facilitare il funzionamento delle funzioni di protezione.I generatori collegati direttamente sono spesso collegati a terra tramite una bassa impedenza che limita la corrente di guasto a terra a 200-400 ampere.Le macchine collegate all'unità sono generalmente messe a terra tramite un'alta impedenza che limita la corrente a meno di 20 ampere.
Per le macchine collegate direttamente e con messa a terra a bassa impedenza, viene utilizzato un metodo di rilevamento basato sulla corrente.Questa protezione deve essere rapida e sensibile per i guasti a terra interni e allo stesso tempo sicura durante i disturbi esterni.Ciò può essere ottenuto utilizzando un elemento di guasto a terra ristretto o un elemento direzionale neutro.L'elemento di guasto a terra ristretto implementato nel G30 e nel G60 impiega un meccanismo di ritenuta del componente simmetrico che fornisce un elevato grado di sicurezza durante i guasti esterni con una significativa saturazione del TA.
Per le macchine collegate all'unità e con messa a terra ad alta impedenza, vengono spesso utilizzati metodi basati sulla tensione per fornire il rilevamento dei guasti a terra.Utilizzando una combinazione di elementi di tensione fondamentale e di terza armonica, è possibile ottenere una copertura dei guasti a terra per il 100% dell'avvolgimento dello statore.I relè GE impiegano un elemento di tensione di terza armonica che risponde al rapporto tra i valori neutro e terminale della terza armonica.Questo elemento è semplice da impostare e insensibile alle variazioni dei livelli di terza armonica durante il normale funzionamento.
Guasti di fase dello statore
I guasti di fase che non coinvolgono la terra possono verificarsi all'estremità dell'avvolgimento o all'interno di uno slot su macchine con bobine della stessa fase nello stesso slot.Sebbene un guasto di fase sia meno probabile di un guasto a terra, la corrente risultante da questo guasto non è limitata dall'impedenza di terra.Pertanto è fondamentale che questi guasti vengano rilevati rapidamente in modo da limitare i danni alla macchina.Poiché il rapporto XOR del sistema è particolarmente elevato in corrispondenza del generatore, l'elemento differenziale dello statore è particolarmente suscettibile alla saturazione del TA dovuta alla componente continua della corrente durante un disturbo esterno.L'algoritmo differenziale dello statore G60 aggiunge ulteriore sicurezza sotto forma di controllo direzionale quando si sospetta la saturazione del trasformatore di corrente a causa delle componenti CA o CC della corrente.
Tempo di pubblicazione: 30 gennaio 2023