On monia epänormaaleja olosuhteita, jotka voivat johtaa generaattorin vaurioitumiseen.Jotkut näistä olosuhteista johtuvat generaattorin tai jonkin sen alijärjestelmän sisäisestä viasta ja toiset ovat peräisin itse sähköjärjestelmästä.Seuraavassa taulukossa on yhteenveto mahdollisista vioista ja niihin liittyvistä suojausmenetelmistä.
Staattorin maadoitushäiriöt
Yleisin staattorikäämin vika on yksittäisen vaiheen ja maan välisen eristyksen rikkoutuminen.Jos tätä vikaa ei havaita, se voi nopeasti vaurioittaa generaattorin sydäntä.Tulipalot ovat mahdollisia myös ilmajäähdytteisissä koneissa.Staattorin differentiaalielementin kyky havaita maasulku on käytettävissä olevan maasulkuvirran funktio.Näin ollen staattorille vaaditaan yleensä erillinen maasulkusuojaus.
Generaattorit tuottavat energiajärjestelmän kaikkien kuormien käyttämän energian ja suuren osan induktiivisten elementtien syöttämiseen tarvittavasta loistehosta pitäen siten järjestelmän jännitteen nimellisarvoissa.Sähköjärjestelmillä on vähän kapasiteettia energian varastointiin.Näin ollen menetetty tuotanto on korvattava välittömästi tai vastaava määrä kuormaa on irrotettava.On ensiarvoisen tärkeää, että generaattorin suojajärjestelmä on erittäin turvallinen ulkoisten häiriöiden aikana.
Generaattori on yksi komponentti monimutkaisessa järjestelmässä, joka sisältää voimanlähteen, virittimen ja erilaisia apujärjestelmiä.Oikosulkujen havaitsemisen lisäksi generaattorin suojarelettä vaaditaan siksi havaitsemaan joukko epänormaaleja olosuhteita, jotka voivat vahingoittaa generaattoria tai jotakin sen alijärjestelmistä.Generaattorit voidaan luokitella kahteen päätyyppiin: induktio- ja synkroniset.Induktiokoneet ovat tyypillisesti kooltaan pienempiä, aina vain sataan kVA:iin asti, ja niitä käytetään yleensä mäntämoottorilla.Synkronisten koneiden koko vaihtelee useista sadasta kVA:sta 1200 MVA:iin.
Synkronisia generaattoreita voivat käyttää useat moottorit, mukaan lukien mäntämoottorit, vesiturbiinit, polttoturbiinit ja suuret höyryturbiinit.Turbiinin tyyppi vaikuttaa generaattorin suunnitteluun ja voi siten vaikuttaa suojausvaatimuksiin.Myös generaattorin koko ja sen maadoitustapa vaikuttavat sen suojausvaatimuksiin.Pienet ja keskikokoiset koneet on usein kytketty suoraan jakeluverkkoon (suoraan kytketty).Tässä kokoonpanossa samaan väylään voidaan kytkeä useita koneita.Suuret koneet on yleensä kytketty siirtoverkkoon erillisen tehomuuntajan kautta (yksikkö kytketty).
Toinen tehomuuntaja generaattorin liittimissä antaa aputehoa yksikölle.Generaattorit on maadoitettu vaurioituvien jännitetransientien estämiseksi ja suojatoimintojen toiminnan helpottamiseksi.Suoraan kytketyt generaattorit on usein maadoitettu alhaisella impedanssilla, joka rajoittaa maasulkuvirran 200-400 ampeeriin.Yksikköihin kytketyt koneet on tyypillisesti maadoitettu korkealla impedanssilla, joka rajoittaa virran alle 20 ampeeriin.
Suoraan kytketyissä matalaimpedanssisissa maadoitetuissa koneissa käytetään virtapohjaista tunnistusmenetelmää.Tämän suojauksen on oltava nopea ja herkkä sisäisten maasulkujen varalta ja samalla turvallinen ulkoisten häiriöiden aikana.Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä rajoitettua maasulkuelementtiä tai neutraalia suuntaelementtiä.G30- ja G60-malleissa toteutettu rajoitettu maasulkuelementti käyttää symmetristä komponenttien rajoitusmekanismia, joka tarjoaa korkean turvatason ulkoisten vikojen aikana, joissa on merkittävä CT-kyllästys.
Yksikköliitetyissä, korkeaimpedanssisissa maadoitetuissa koneissa käytetään usein jännitepohjaisia menetelmiä maasulun havaitsemiseen.Perus- ja kolmannen harmonisen jänniteelementin yhdistelmällä voidaan saavuttaa maasulkupeitto 100 % staattorikäämityksestä.GE-releet käyttävät kolmatta harmonista jänniteelementtiä, joka reagoi kolmannen harmonisen nolla- ja napa-arvojen suhteeseen.Tämä elementti on helppo asettaa, eikä se ole herkkä kolmannen harmonisen tason vaihteluille normaalikäytössä.
Staattorin vaiheen viat
Vaihevikoja, joihin ei liity maadoitusta, voi esiintyä käämin päässä tai raossa koneissa, joissa on saman vaiheen kelat samassa urassa.Vaikka vaihevika on vähemmän todennäköinen kuin maasulku, maadoitusimpedanssi ei rajoita tästä viasta johtuvaa virtaa.Siksi on tärkeää, että nämä viat havaitaan nopeasti koneen vahingoittumisen rajoittamiseksi.Koska järjestelmän XOR-suhde on erityisen korkea generaattorissa, staattorin differentiaalielementti on erityisen herkkä CT-kyllästymiselle johtuen virran DC-komponentista ulkoisen häiriön aikana.G60-staattorin differentiaalialgoritmi lisää turvallisuutta suuntatarkistuksen muodossa, kun epäillään CT-kyllästymistä joko virran AC- tai DC-komponenttien vuoksi.
Postitusaika: 30.1.2023