Reléová ochrana synchronních strojů

Synchronní elektrické stroje jsou stroje na střídavý proud, obvykle třífázové. Jako většina elektromechanických měničů mohou pracovat v režimu generátoru i motoru. Zvláštním režimem činnosti synchronního stroje je režim kompenzace jalového výkonu. Speciální stroje určené k tomuto účelu se nazývají synchronní kompenzátory.

Přes zásadní reverzibilitu synchronních motorů a generátorů mají obvykle konstrukční vlastnosti, které jen zřídka umožňují použití motorů jako generátorů a naopak.

Poškozené generátory

Poškození vinutí statoru:

• Vícefázové zkraty;

• Jednofázové zemní poruchy (pokud jsou použitelné);

• Dvojité zemní poruchy;

• Zkrat mezi závity jedné fáze (pro synchronní generátory s výstupními paralelními větvemi).

Porucha vinutí rotoru (v budícím vinutí):

• Uzemnění (tělo rotoru) v jednom bodě;

• Uzemnění ve dvou bodech budícího obvodu.

Abnormální provozní režimy generátorů

• Přetížení statoru synchronního generátoru (symetrické a asymetrické).

• Přetížení v případě vnějších zkratů.

• Zvýšení napětí na svorkách vinutí statoru.

• Asynchronní režim.

Požadavky na reléovou ochranu generátorů

Selektivita — ochrana musí vypínat generátor pouze při těch poruchách a režimech, které pro generátor představují skutečné nebezpečí.

produktivita — snížit stupeň selhání stroje a zabránit nestabilnímu paralelnímu provozu generátorů a systémů.

Citlivost — na všechny typy poruch synchronního generátoru, jakož i na zkraty sousedních prvků pro zálohování ochran a spínačů těchto prvků v případě jejich poruchy. Obrana musí fungovat nejen na Q, ale také na zařízení AGP k zastavení zkratového proudu vysílaného samotným generátorem.

Aktuální vypnutí bez časové prodlevy

Používá se jako hlavní ochrana generátorů s výkonem menším než 1 MW proti vícefázovým zkratům ve vinutí statoru. Instaluje se na straně přípojnicových svorek.

Podélná diferenciální ochrana

Používá se jako hlavní ochrana generátorů nad 1 MW proti vícefázovým zkratům ve vinutí statoru.

TA je instalován na straně přípojnice a na neutrální straně.

Výpočet parametrů podélné diferenciální ochrany

Ochranný proud:

Obvykle, v závislosti na výkonu generátoru, je vypínací proud ochrany v rozsahu:

Test citlivosti ochrany:

Příčná diferenciální ochrana

Používá se jako hlavní ochrana generátorů s výkonem nad 1 MW proti zkratu na otáčku. Udržuje podélnou diferenciální ochranu v případě vícefázového zkratu ve vinutí statoru.

Jednoreléový obvod příčné diferenciální ochrany

Proudový transformátor je instalován v obvodu mezi dvěma nulovými body paralelních větví statorového vinutí zapojených do hvězdy.

ZF-filtr pro ladění z vyšších harmonických proudících v neutrálním obvodu, násobky tří.

Ochrana proti zemnímu spojení ve statorovém vinutí generátorů nebo jeho svorkách

1. Proudová směrová ochrana pro generátory pracující v jednotce s transformátorem v síti s izolovaný neutrální.

2. Ochrana proti zemnímu spojení pomocí nízkofrekvenčních komponent spotřebního zboží generovaných přerušovaným obloukovým zkratem pro generátory zapojené do sítě kompenzovaný neutrál.

3. Zemní ochrana pro generátory pracující v síti s odporově uzemněný neutrál.

4. Signalizace v případě jednofázového uzemnění nulové složky napětí.

Zemní ochrana pro generátory pracující v sítích s izolovaným nebo rezonančně uzemněným neutrálem

Zemní ochrana má "mrtvou zónu" asi 5% odporu vinutí statoru pro zkrat blízký nule (bod K2). Hodnoty 3U0, 3I0 jsou úměrné počtu fázových závitů mezi neutrálem a místem poruchy.

Jednofázový alarm zemního spojení při napětí nulové složky

Zemní ochrana pro generátory pracující na odporově uzemněné neutrální síti

Ochrana proti sekundárnímu uzemnění ve vinutí rotoru

Rozložení napětí na vinutí rotoru při zemních poruchách.

Ochranný obvod generátoru proti zkratu ve dvou bodech budícího obvodu

a) schéma buzení; b) provozní proudové obvody

Blokování přepětí proti přepětí

• Navrženo k ochraně generátorů před nadproudem při vnějších zkratech.

• Vhodné pro generátory s výkonem menším než 30 MW.

• Provádí se ve dvou fázích.

Obvod blokující přepětí

a) proudové obvody; b) napěťové obvody; c) provozní proudové obvody

Záporná nadproudová ochrana

• Používá se pro generátory o výkonu 30-60 MW.

• Navrženo k ochraně generátorů před vnějšími asymetrickými zkraty.

a) proudové obvody; b) napěťové obvody; c) provozní proudové obvody

Distanční ochrana generátoru

• Používá se pro generátory s výkonem nad 60 MW.

• Navrženo k ochraně generátorů před vnějšími asymetrickými zkraty.

Odpor ochranného provozu se volí podle podmínky nastavení z maximálního zatížení při minimálním provozním napětí:

Obvod distanční ochrany generátoru

Ochrana spouště:

Přepěťová ochrana

Instalováno na hydrogenerátorech:

Instalováno na turbínových generátorech s výkonem 160 MW a vyšším:

Ochrana generátoru proti asynchronním režimům

Typy generátorů AR

1. S plným nebo částečným vzrušením.

2. Žádné vzrušení.

Princip ochrany generátorů před asynchronními režimy — na dálku, sleduje se odpor generátoru.

Ochrana motoru

Poškození elektromotorů:

• jednofázové zemní poruchy;

• Uzávěry mezi závity jedné fáze;

• fázové zkraty.

Abnormální režimy provozu ED:

• Přetížení proudy vyššími než jmenovité;

• Přetížení pohonu.

Vícefázová ochrana proti zkratu

Okamžitá nadproudová ochrana

Ochrana proti nízkému napětí

Samonastartování motorů nemusí nastat, pokud je tlak v pneumatikách nižší:

Obvod podpěťové ochrany s přímým relé:

Ochrana synchronních elektromotorů proti pádu ze synchronní sítě: