BADANIE ZABEZPIECZEŃ GENERATORA

ĆWICZENIE 8
BADANIE ZABEZPIECZEŃ GENERATORA
1. WIADOMOŚCI OGÓLNE
Generatory narażone są na następujące najważniejsze zakłócenia i nienormalne stany pracy:
a) zwarcia wewnętrzne – międzyfazowe, zwojowe, doziemne uzwojeń stojana, w obwodzie
wzbudzenia (1-puntowe, podwójne),
b) przetężenia spowodowane zwarciami zewnętrznymi,
c) przeciążenia ruchowe uzwojeń stojana,
d) asymetria obciążenia,
e) wzrost napięcia stojana,
f) utrata wzbudzenia, utrata synchronizmu,
g) praca silnikowa i inne.
Likwidacja poszczególnych rodzajów zakłóceń musi zostać poprzedzona bezbłędnym ich
rozpoznaniem, bo wymaga się różnego sposobu interwencji zabezpieczenia zależnego od rodzaju
zakłócenia. Likwidacja zakłócenia w przypadku zwarć wewnętrznych polega na możliwie
szybkim wyłączeniu i zgaszeniu pola magnetycznego, w przypadku innych zakłóceń –
wyłączeniu z odpowiednim opóźnieniem i SGP lub tylko na sygnalizacji stanu awaryjnego. Stąd
stosuje się różne zabezpieczenia do poszczególnych rodzajów zakłóceń. Podczas zakłócenia
powinno działać tylko to zabezpieczenie, które przeznaczone jest do wykrywania tego
zakłócenia.
Zakres wyposażenia generatorów w zabezpieczenia zależy od mocy generatora (jego
ważności) i regulują to przepisy PBUE.
2. ZABEZPIECZENIA GENERATORA
Zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych
Stosuje się powszechnie zabezpieczenia różnicowe wzdłużne stabilizowane, dopuszcza się
czasem niestabilizowane lub nawet zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne (odcinające).
Zabezpieczenia różnicowe można stosować wtedy, gdy istnieje możliwość zabudowania
przekładników prądowych po obu stronach generatora, tzn. musi być wyprowadzony punkt
zerowy. Typowy schemat ideowy zabezpieczenia pokazano na rysunku:
1
tz max
W1
+
-
I
Rp
I
Rto
RIo
RIo
Rp
W1
W2
W2
PWł.
SGP
W1
Sygn
Rto

Sygn
Zabezpieczenie to zasilane jest z odrębnych przekładników prądowych specjalnie
dobieranych tak, aby zminimalizować prąd uchybowy zabezpieczenia.
Nastawienia przekaźnika w mostku różnicowym:
ir  k b 
Igzn
ni
- dla zabezpieczenia niestabilizowanego
kb=1.3 – ze względu na prądy uchybowe.
Przekaźnik RIo pełni rolę zabezpieczenia od przerw w obwodach wtórnych zabezpieczenia
różnicowego. Działa na sygnał. Nastawienie przekaźnika RIo:
ir  0.2 
Igzn
ni
t  t z max  t
t0.5 s.
Przekaźnik RIo nastawia się tak nisko (znacznie poniżej prądu znamionowego generatora),
aby przerwa była wykrywana nawet wtedy, gdy generator pracuje przy niewielkim obciążeniu.
Jednak przy tak niskim nastawieniu przekaźnik ten będzie się pobudzał przy wszelkich
zwarciach, więc aby nie pojawiała się błędna sygnalizacja daje się opóźnienie większe od
maksymalnego opóźnienia zabezpieczeń obiektów zasilanych przez generator.
2
W przypadku stosowania czulszych zabezpieczeń różnicowych stabilizowanych nastawienia
są niższe, np.:
Ir  0.2  Ig zn
Zabezpieczenia od zwarć doziemnych w uzwojeniach stojana
Zwarcia doziemne w generatorach występują częściej niż zwarcia międzyfazowe i są trudne
do wykrycia, gdyż prądy zwarcia doziemnego są bardzo małe w porównaniu z prądami
obciążenia generatora, bowiem generatory na napięcie 1 kV pracują z punktem zerowym
nieuziemionym skutecznie (izolowanym lub uziemionym przez cewkę gasikową, rezystancję lub
reaktancję niskoomową). Ze skutecznie uziemionym punktem zerowym pracują generatory
niskiego napięcia. Prąd kolejności zerowej przy zwarciach doziemnych w stojanie generatora z
punktem zerowym nieuziemionym skutecznie zależy od konfiguracji i parametrów poprzecznych
sieci (pomija się parametry podłużne). Jego wartość można obliczyć z przybliżonego wzoru
(pominięto składową czynną prądu i rezystancję przejścia):
Izg  3C ogUo ,
przy czym:
Uo=-*E*

1
1 Rp  Y
Rp – rezystancja przejścia w miejscu zwarcia,
 Y  (3Y
o

1
1

)
Z Ng Z Ns
Yo – zastępcze admitancje fazowe całej sieci połączonej galwanicznie z generatorem,
ZNg, ZNs – impedancje uziemiające punkt zerowy generatora i sieci.
3
Ea
Eb
Ec
Uo
Uo

Rp
ZNg
INg
Iz
yo
yo
yo
Iza
Izb
Izc
ZNs
INs
Pojemność doziemna generatora jest rzędu 0.1 do 0.3 μF, więc prąd doziemny jest nieduży,
porównywalny z prądami uchybowymi filtrów składowej zerowej prądu. Stąd trudne jest
rozwiązanie czułego zabezpieczenia od zwarć doziemnych w stojanie generatora. Prąd doziemny
można zwiększyć przez uziemianie p. zerowego generatora przez odpowiednio dobraną
impedancję i przez to można poprawić czułość zabezpieczenia ziemnozwarciowego, ale większy
prąd może spowodować zwiększenie rozmiaru uszkodzeń podczas zwarcia.
Wykonuje się je jako nadprądowe, reagujące na składową zerową prądu, otrzymywaną z filtru
Io. Przekładnik składowej zerowej prądu obejmujący 3 fazy, tzw. przekładnik Ferrantiego,
powinien być umieszczony jak najbliżej zacisków generatora. Zabezpieczenie powinno działać
wybiórczo, tzn. tylko podczas zwarć doziemnych w obwodzie stojana generatora do miejsca
zainstalowania przekładnika Ferrantiego, ale z rozpływu prądów ziemnozwarciowych wynika, że
w przekaźniku ziemnozwarciowym popłynie prąd niezależnie od tego czy wystąpiło zwarcie
wewnętrzne (K1), czy zewnętrzne (K2). Zatem aby zapewnić selektywność działania
zabezpieczenia należy dobrać nastawienie przekaźnika zgodnie z warunkiem:
Ir>Iog
Przekaźnik nadprądowy powinien być czuły aby zabezpieczenie obejmowało co najmniej
70% uzwojeń generatora. Stąd potrzebne są przekaźniki o prądzie pobudzenia rzędu kilkunastu
do kilkudziesięciu mA, a przekładnik Ferrantiego powinien posiadać małe uchyby.
Przyjmuje się, że zabezpieczenie ma działać na sygnał przy prądach Io nie przekraczających 5
A, a przy większych – na wyłączenie, gdyż uważa się, że takie prądy mogą prowadzić nawet
dość szybko do uszkodzenia (wypalenia) żelaza rdzenia generatora.
4
Zabezpieczenie to posiada tzw. strefę martwą, która obejmuje uzwojenia w pobliżu p.
gwiazdowego generatora. Bierze się ona stąd, że napięcie Uo a tym samym i prąd
ziemnozwarciowy zależą liniowo od liczby zwartych zwojów. W związku z tym, przy zwarciach
w pobliżu p. gwiazdowego prąd ziemnozwarciowy może okazać się mniejszy od nastawionego
progu rozruchowego zabezpieczenia i ono w takich warunkach nie zadziała. Ilustruje to rysunek.
Iz
Ir
m
1

W generatorach z chłodzeniem naturalnym zwarcia doziemne w pobliżu p. gwiazdowego są
bardzo mało prawdopodobne. Znane są też rozwiązania tzw. 100-procentowe, które nie
posiadają strefy martwej.
Zabezpieczenia od zwarć zewnętrznych
Pełni ono potrójną rolę:
1) chroni ono generator przed przetężeniami spowodowanymi niewyłączonymi zwarciami
zewnętrznymi, co może mieć miejsce na skutek zawiedzenia zabezpieczenia lub wyłącznika
odpływu w którym wystąpiło zwarcie. Rezerwuje więc ono zabezpieczenia na odpływach z
generatora (rezerwa zdalna),
2) Stanowi ono rezerwę lokalną zabezpieczeń od zwarć wewnętrznych generatora,
3) Stanowi podstawowe zabezpieczenie od zwarć na szynach generatorowych w przypadku,
gdy nie są one wyposażone w odrębne zabezpieczenia.
Zabezpieczenie od zwarć zewnętrznych generatorów pracujących na szyny zbiorcze w
lokalnych sieciach rozdzielczych realizuje się jako zabezpieczenie nadprądowo-zwłoczne często
uzupełnione blokadą podnapięciową. Zasila się je z przekładników prądowych zainstalowanych
we wszystkich fazach od strony punktu zerowego generatora, aby mogło stanowić pełną rezerwę
zabezpieczeń od zwarć wewnętrznych. Przekaźniki napięciowe zasila się napięciem
międzyprzewodowym.
5
(+)
SGP, S
I>
U<
t
Z1
tz1
O1
Z2
tz2
O2
Zn
tzn
On
G
Aby zabezpieczenie nadprądowe z blokadą podnapięciową zadziałało muszą zostać spełnione
równocześnie dwa warunki: odpowiedni wzrost prądu i odpowiednie obniżenie się napięcia. Jeśli
zabezpieczenia nie posiada blokady podnapięciowej to jego człony prądowe należy nastawić
zgodnie z zależnością:
ir 
k b Iobc mx

 1.4  1.8  Ig zn
kp
ni
gdzie:
kb=1.2 – wsp. bezpieczeństwa,
kp = 0.85,
Iobc max – maksymalny prąd obciążenia z uwzględnieniem samorozruchu silników po wyłączeniu
zwarcia zewnętrznego.
Jest to stosunkowo wysokie nastawienie i zabezpieczenie takie może posiadać
niewystarczającą czułość do wykrywania zwarć w strefie rezerwowej zwłaszcza gdy wystąpi ono
na końcu odejścia od szyn generatorowych posiadającego największą impedancję. Z tych
powodów dla generatorów o mocy od 2 MVA przepisy PBUE wymagają uzupełniania tego
zabezpieczenia w blokadę podnapięciową. Takie zabezpieczenie nastawia się następująco:
ir 
k b I g zn

,
kp ni
ur 
U rob min
k bu k pu
,
gdzie:
kb=1.2, kbu=1.1,
kp=0.85,
kpu=1.15,
Urob min – najniższe napięcie robocze na szynach generatorowych (0.9Un).
Zabezpieczenie z blokadą podnapięciową, jak widać, jest nastawione czulej i nie ma obawy,
że zadziała zbędnie przy silnych przeciążeniach, dlatego, że nie pozwoli na to blokada
6
podnapięciowa. Przy nastawianiu tej blokady wykorzystuje się fakt, że przy przeciążeniach cos
jest zwykle znacznie wyższy niż przy zwarciach w związku z czym, przy tym samym prądzie
znacznie większe będą spadki napięć w sieci podczas zwarć niż przy przeciążeniach. Jeśli więc
człony podnapięciowe nastawi się na wartość nieco niższą od napięcia panującego na szynach
podczas maksymalnych dopuszczalnych przeciążeń generatora, to takie zabezpieczenie będzie
odróżniało zwarcia od przeciążeń na podstawie kryterium napięciowego.
Zabezpieczenia od przeciążeń ruchowych
Przeciążenie generatora jest zakłóceniem symetrycznym więc do jego wykrywania
wykorzystuje się kryterium prądowe oparte o pomiar prądu tylko w jednej fazie stojana. Działa
tylko na sygnalizację. Zwykle przekaźnik nadprądowy tego zabezpieczenia zasila się z PP w
połączeniu szeregowym z jednym z członów prądowych zabezpieczenia od zwarć zewnętrznych
generatora i nastawia się zgodnie z zależnością:
ir 
1.05  Ig zn
k p  ni
,
kp=0.95
Opóźnienie nastawia się na 10 – 20 s.
Lepszym rozwiązaniem jest zabezpieczenie oparte o model cieplny generatora z kontrolą
temperatury czynnika chłodzącego, dlatego, że do przegrzania uzwojeń w generatorach z
chłodzeniem sztucznym może dochodzić także przy prądzie mniejszym od znamionowego.
Takie zabezpieczenia posiadają dwa stopnie: pierwszy ostrzegawczy, uruchamiający tylko
sygnalizację, drugi – wyłączający.
Zabezpieczenia od asymetrii obciążenia
Asymetria prądowa w stojanie generatora może być spowodowana przerwą w fazie w
którymś z obiektów zasilanych przez generator, niewyłączonym zwarciem niesymetrycznym w
sieci zasilanej przez generator lub rzadziej – i to raczej w sieciach przemysłowych - pracą
dużego niesymetrycznego odbioru. Objawem asymetrii prądowej jest pojawienie się w prądzie
stojana składowej przeciwnej. Strumień wytwarzany przez tę składową wiruje w kierunku
przeciwnym do kierunku obrotów wirnika (tzw. pole magnetyczne przeciwbieżne). To
przeciwbieżne pole indukuje w bloku żeliwnym wirnika, elementach mocujących, klatce klinów
mosiężnych wirnika, uzwojeniach tłumiących i we wszystkich pozostałych obwodach
zamkniętych wirnika prądy o podwójnej częstotliwości. W efekcie dochodzi do nagrzewania
wszystkich tych elementów, przy czym skutki cieplne zależą od wartości składowej przeciwnej
7
prądu (czyli od stopnia asymetrii) i od czasu trwania asymetrii. Długotrwała asymetria prądowa
może doprowadzić do wypalenia się klinów, spalenia klatki tłumiącej, drgań wirnika, zatarcia
łożysk.
Dopuszczalny czas trwania asymetrii prądowej określony jest zależnością:
t
K
 I2

I
 g zn
2
  I2 o
 
 I
  g zn




2
gdzie:
K=(7–60) s - stała zależna od pojemności cieplnej i sposobu chłodzenia generatora (mniejsze
wartości dla dużych generatorów),
I2, I2o – składowa przeciwna prądu stojana i jej wartość trwale dopuszczalna, np. dla
turbogeneratorów I2 o = (3 – 5) % Ig zn.
Najlepsze rozwiązania zabezpieczeń od asymetrii prądowej to takie, które realizują
charakterystykę zależną wg wyżej podanej zależności, zasilane z filtru składowej przeciwnej
prądu.
t
char. obciążalności
char. zabezpieczenia
I0x2
Ix2
Bywają też stosowane do tych celów zabezpieczenia dwustopniowe oparte o przekaźniki
nadprądowo zwłoczne o charakterystyce niezależnej.
Pierwszy stopień, niżej nastawiony działa z dużym opóźnieniem – na sygnał, drugi, prądowo
wyżej nastawiony, działa z krótszym czasem – na wyłączenie generatora. Zasadę nastawiania
ilustruje powyższy rysunek.
8
Zabezpieczenia od zwarć doziemnych wirnika i obwodu wzbudzenia generatora
Wirnik i obwód wzbudzenia generatora są izolowane od ziemi i w przypadku zwarcia
doziemnego przyjmują one potencjał ziemi, przez miejsce zwarcia przepływa niewielki prąd
rzędu miliamperów nie wywołując żadnych skutków groźnych dla generatora. Dlatego nie jest
konieczne wyłączanie generatora w przypadku zwarcia 1-punktowego. Stan taki należy jednak
sygnalizować, bo powstanie takiego zwarcia może oznaczać osłabienie izolacji i powstanie
ryzyka wystąpienia kolejnego zwarcia doziemnego. Zwarcie podwójne jest już bardzo groźne,
gdyż objawia się przepływem znacznych prądów i może powodować asymetrię geometryczną
pola magnetycznego wirnika co może prowadzić do wystąpienia drgań wału i wypadnięcia
generatora z synchronizmu.
Rp
C – izoluje obwody
Up, 50 Hz
S
I>
t
2-3 s
Ponieważ 1-punktowe zwarcia doziemne obwodu wzbudzenia nie są groźne często dopuszcza
się do pracy generator z takim zwarciem, ale musi być on wtedy wyposażony w zabezpieczenie
od podwójnego zwarcia, które jest już bardzo groźne. Na rysunku pokazano przykład
rozwiązania zabezpieczenia od jednopunktowego zwarcia w obwodzie wzbudzenia generatora.
Zabezpieczenie to wykrywa zwarcia przy rezystancji przejścia do 1000 . Czulsze
zabezpieczenia dla dużych generatorów rozwiązywane są w oparciu o przekaźnik odległościowy
o charakterystyce konduktancyjnej
Gdy nie ma żadnego zwarcia, zabezpieczenie nie jest włączone. Włącza się je po pojawieniu
się sygnalizacji zwarcia 1-punktowego i wówczas za pomocą opornika regulowanego
9
doprowadza się mostek do równowagi, aby nie płynął prąd przez przekaźnik. Gdy wystąpi
drugie zwarcie to zostanie zaburzona równowaga mostka i zabezpieczenie zadziała.
Zabezpieczenia od utraty wzbudzenia
Przyczyny utraty wzbudzenia: przerwa lub zwarcie w obwodach wzbudzenia, uszkodzenie
regulatora napięcia, przypadkowe otwarcie wyłącznika AGP. Przy utracie wzbudzenia generator
dalej pracuje, oddając moc czynną, ale bierna zmienia znak, generator zaczyna pobierać dużą
moc bierną. Obroty wzrastają powyżej synchronicznych, a więc generator przechodzi do pracy
asynchronicznej. Towarzyszy temu obniżka napięcia na szynach elektrowni. W elementach
wirnika generatora indukują się prądy o częstotliwości odpowiadającej poślizgowi, które
powodują dodatkowe grzanie. Po odpowiednim obniżeniu mocy czynnej generator mógłby w
takim stanie pracować przez dłuższy czas bez uszkodzeń. Zwykle, z powodu braku ścisłej
informacji na temat dopuszczalnego czasu pracy asynchronicznej w funkcji mocy czynnej
wytwórcy żądają wyłączania generatorów po wykryciu pracy asynchronicznej. Zabezpieczenia
od utraty wzbudzenia stosuje się na ogół dla większych generatorów. Obecne rozwiązania oparte
są na wykorzystaniu przekaźnika odległościowego. Na rysunku pokazano zasadę rozwiązania i
charakterystykę pomiarową zabezpieczenia. Pokazane usytuowanie tej charakterystyki bierze się
stąd, że podczas przechodzenia do pracy asynchronicznej wektor impedancji obciążenia
generatora przemieszcza się z pierwszej do czwartej ćwiartki płaszczyzny impedancji.
Odc
Wył
Z<
U<
jX
0
A
R
0A=0.5Xd’
~
B
AB=Xd
Charakterystyka pomiarowa nie musi być kołowa, ale nie powinna obejmować początku
układu współrzędnych.
10
Zabezpieczenia od pracy silnikowej
Praca silnikowa, czyli generator napędza turbinę, może się zdarzyć w przypadku, gdy z
jakichkolwiek przyczyn zostanie przerwany dopływ pary do turbiny. Jest to groźne dla turbiny,
może dojść do przegrzania turbiny, zwłaszcza części niskoprężnej, co grozi uszkodzeniem
łopatek. Do ochrony przed pracą silnikową stosuje się zabezpieczenie zwrotno - mocowe,
reagujące na zmianę kierunku mocy czynnej i powodujące wyłączenie generatora.
Automatyczne gaszenie pola (AGP)
Układy AGP stosuje się celem ograniczenia skutków zwarć poprzez szybkie rozładowanie
energii pola magnetycznego. Chodzi o to, aby szybko obniżyć SEM, by nie następowało
podtrzymywanie prądów zwarciowych.
Wymaga się, aby układy AGP odwzbudzały generator do napięcia 0.1Uzn w czasie nie
przekraczającym 3 s. Działanie AGP polega na dokonaniu odpowiednich przełączeń w obwodzie
wzbudzenia generatora w wyniku czego włączane są odpowiednio dobrane rezystory tłumiące.
Są one tak dobrane, aby dostatecznie szybko wytłumić energię pola i jednocześnie ograniczyć
poziom przepięć do wartości bezpiecznej dla izolacji obwodu wzbudzenia. Na rysunku pokazano
układ AGP powszechnie stosowany dla generatorów o mocy od kilku do kilkudziesięciu MW z
maszynową wzbudnicą prądu stałego.
Rreg
W2
W1
R2
R1
Ww
WG
R1=(45)RWG
R2=10RWW
Taki dobór R1 i R2 zapewnia
aperiodyczne tłumienie napięcia
3. BADANIA LABORATORYJNE EAZ GENERATORÓW
Sposób zabezpieczenia generatora synchronicznego zależy od jego mocy znamionowej,
konstrukcji, układu pracy w systemie elektroenergetycznym i jest określony w odpowiednich
przepisach.
11
W laboratorium generator małej mocy (ok. 10 kVA) stanowi model turbogeneratora o mocy
znamionowej od kilku do kilkunastu MA, pracujący bezpośrednio na szyny zbiorcze. Jego punkt
gwiazdowy uziemiony jest przez rezystancję. Generatory takie pracują w elektrowniach
przemysłowych i zgodnie z obowiązującymi przepisami powinny być wyposażone w
następujące rodzaje zabezpieczeń:
Zabezpieczenia podstawowe:
a) od zwarć międzyfazowych w uzwojeniu stojana i na połączeniach z szynami zbiorczymi
– zabezpieczenie różnicowo-prądowe wzdłużne,
b) od zwarć doziemnych w uzwojeniach stojana i na połączeniach z szynami zbiorczymi –
zabezpieczenie nadprądowe prądu kolejności zerowej,
c) od zwarć jednopunktowych obwodu wzbudzenia – zabezpieczenie nadprądowe ze
źródłem prądu przemiennego, wymuszającym przepływ prądu w obwodzie
pomiarowym,
d) od przeciążeń cieplnych uzwojenia stojana – 1-faz zabezpieczenie nadprądowe
zwłoczne niezależne
Zabezpieczenia rezerwowe:
e)
od zwarć międzyfazowych zewnętrznych nie wyłączonych przez zabezpieczenia
innych urządzeń – zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne niezależne z blokadą
podnapięciową,
f)
od zwarć dwupunktowych doziemnych w obwodzie wzbudzenia,
g) od asymetrii obciążenia,
h) od utraty wzbudzenia,
i)
od nadmiernego wzrostu napięcia (hydrogeneratory),
j)
od pracy silnikowej generatora.
Laboratoryjny generator modelowy posiada zabezpieczenia wymienione w punktach od a) do e).
Generatory
synchroniczne
są
wyposażone
także
w
układy
współpracujące
z
zabezpieczeniami. Należą do nich: układ samoczynnego odwzbudzania (gaszenia pola
magnetycznego AGP, (SGP)) i w starszych rozwiązaniach – układ przekaźnikowego forsowania
wzbudzenia (w oba te układy jest wyposażony generator laboratoryjny). W nowszych
rozwiązaniach funkcję forsowania wzbudzenia przejęły szybkie układy regulacji napięcia.
Schemat
ideowy
układów
elektroenergetycznej
automatyki
zabezpieczeniowej
modelowanego generatora pokazano na rysunku:
12
S
SGP
2
9
OW
Io>
U>
ZZO
1
I
2
Io>
3
1
I
UW i RW
U<
8
I>
P>
7
G
~
6
Z1P
4
I>
5
t
U<
3
I>
Q>
t
I2>
4
I>
5
I2>
FI2
t
t1
t2
6 Z1P
1 – od zwarć międzyfazowych wewnętrznych,
2 – od zwarć doziemnych w obw. stojana,
3 – od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi,
4 – od przeciążeń,
5 – od asymetrii obciążenia,
6 – od zwarć 1-punktowych w obw. wzbudzenia,
7 – od utraty wzbudzenia,
8 – od pracy silnikowej,
9 – od wzrostu napięcia
t
t1
7
Q>
8
P>
t2
t1
t2
9
U>
t
Rys. Schemat ideowy EAZ modelowanego generatora
13
Badania zabezpieczeń generatora wykonuje się na stanowisku nr V, które składa się z
generatora modelowego, stołu laboratoryjnego i celki nr 1.
Dane generatora modelowego: typ Gce 64a, Sn=10 kVA, Un=400 V, In=15.2 A, n=1500
obr/min, wzbudnica typu DGM 8712 Pn= 600 W, Uw=40 V.
Generator napędzany jest silnikiem bocznikowym prądu stałego, regulacja prędkości
obrotowej w górę i w dół jest zautomatyzowana.
Na wieszakach stołu zamontowano przekaźniki poszczególnych zabezpieczeń:
a) zabezpieczenie różnicowe – przekaźnik RRTG-6s (13P2) z przystawką stabilizującą (13P1),
b) zabezpieczenie od zwarć doziemnych w uzwojeniach stojana – przekaźnik RI-3 (14P),
c) zabezpieczenie przeciążeniowe – przekaźnik RIT-113 (11P),
d) zabezpieczenie rezerwowe – przekaźnik RIT-313 (10P) i przekaźniki REp-3 (1P, 2P, 3P),
e) przekaźniki podnapięciowe układu forsowania wzbudzenia Rep-3 (4P, 5P, 6P).
W celce nr 1 znajdują się rezystory i dławiki umożliwiające obciążenie generatora mocą
czynną i bierną. Na drzwiach celki znajdują się przyciski do włączenia wybranego obciążenia,
lampki sygnalizujące obciążenie i zaciski „R, S, T, 0” do modelowania zwarć.
Uruchomienie generatora
1. Włączyć zasilanie stanowiska nr V w centralnym zasilaczu. W lewym segmencie
nadstawki stołu zaświeci się czerwona lampka „220V=”.
2. Zielonym przyciskiem „220V=” załączyć napięcie sterownicze. Zaświecą się pozostałe
czerwone lampki nad przyciskami.
3. Nacisnąć zielone przyciski: „Zespół prądotwórczy”, „380/220V” i
„obciążenie
generatora”. Nastąpi automatyczny rozruch generatora.
4. Za pomocą opornicy suwakowej w obwodzie regulacji wzbudzenia generatora nastawić
znamionową wartość napięcia (400V) oraz za pomocą przycisków „góra”, „dół” nastawić
znamionową częstotliwość.
5. Obciążyć generator, wybierając żądane obciążenie przyciskami w celce nr 1.
Modelowanie zwarć
1. Do modelowania zwarć międzyfazowych i doziemnych służą zaciski „R, S, T, 0”
umieszczone na drzwiach celki nr 1,
14
2. Miejsce zwarcia (wewnętrzne, zewnętrzne) jest wybierane przyciskiem w lewej części
nadstawki. Odległość zwarcia zewnętrznego (bliskie, dalekie) wybiera się przełącznikiem
w lewej części nadstawki,
3. Doziemienie obwodu wzbudzenia modeluje się poprzez zwarcie zacisków „W-Z”
umieszczonych w prawej części nadstawki.
Zakres ćwiczenia obejmuje:
1) Obliczenie nastawień zabezpieczeń generatora (w oparciu o punkt 4 instrukcji - dane poda
prowadzący),
2) Nastawienie zabezpieczeń,
3) Badanie układu zabezpieczenia różnicowego.
4) Badania funkcjonalne zabezpieczeń. Modelując różne rodzaje zwarć należy ocenić
działanie poszczególnych zabezpieczeń pod względem wybiorczości działania. Ocenić
funkcjonalność zabezpieczeń oraz wpływ forsowania wzbudzenia na pracę wybranych
zabezpieczeń,
5) Opracowanie wyników badań w postaci protokołów.
15
Rys. Schemat połączeń zewnętrznych zabezpieczenia różnicowego generatora typu
RRTG-6
16
4. ZASADY NASTAWIANIA I SPOSÓB DZIAŁANIA UKŁADÓW EAZ GENERATORA
Zabezpieczenie różnicowo-prądowe wzdłużne stabilizowane
Zabezpieczenie powinno być czułe, jednak nie powinno działać pod wpływem prądów
uchybowych, które mogą wystąpić podczas eksploatacji.
Prądowy próg rozruchowy określa wzór
i ro  k b
I ng
1
ni
w którym wsp. bezpieczeństwa kb=0.20.4, ni – przekładnia przekładników prądowych
Współczynnik stabilizacji powinien wynosić kh=0.20.4. Zabezpieczenie działa bezzwłocznie
i powoduje wyłączenie i odwzbudzenie generatora, wyłączenie turbiny i uruchomienie
sygnalizacji akustycznej i optycznej.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe stojana
Zabezpieczenie reaguje na prąd kolejności zerowej i w modelu jest zasilane z przekładnika
prądowego zainstalowanego w przewodzie uziemiającym punkt gwiazdowy generatora.
Zabezpieczenie
powinno
być
odstrojone
od
prądów
uchybowych
spowodowanych
niesymetrycznym obciążeniem generatora.
Prąd rozruchowy określony jest wzorem:
ir  kb
I ng
ni
(2)
w którym wsp. bezpieczeństwa kb=0.51.
Działanie funkcjonalne zabezpieczenia jest takie same jak zabezpieczenia różnicowego.
Zabezpieczenie od zwarć doziemnych w jednym punkcie obwodów wzbudzenia
Zabezpieczenie jest nienastawialne. Można dobrać wartość pojemności separującej obwód
wzbudzenia od obwodu pomocniczego napięcia przemiennego. Pojemność ta może być dobrana
z warunku rezonansu dla częstotliwości 50 Hz z indukcyjnością cewki przekaźnika, reagującego
na przepływ prądu w przypadku doziemienia.
Zabezpieczenie działa ze zwłoką na sygnalizację, a dla generatorów z chłodzeniem
wodorowym - na wyłączenie.
17
Zabezpieczenie od przeciążeń cieplnych
Nastawienie zabezpieczenia wybiera się z warunku dopuszczalności przeciążenia cieplnego
uzwojenia stojana w granicach 10%.
Prąd rozruchowy określa wzór:
ir 
k b I ng
k p ni
(3)
w którym wsp. bezpieczeństwa kb=1.05, wsp. powrotu kp=0.9.
Zabezpieczenie działa na sygnalizację ze zwłoką 410 s.
Zabezpieczenie rezerwowe od zwarć zewnętrznych
Zabezpieczenie stanowi rezerwę dla zabezpieczeń elementów sieci zasilanej przez generator
oraz rezerwę zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych w uzwojeniu stojana (zabezpieczenia
różnicowego).
Nastawienie członów prądowych wybiera się z warunku odstrojenia od prądów
maksymalnych obciążeń generatora (Iobc max). Prąd rozruchowy określa wzór:
ir 
k b I obc max
k p ni
(4)
w którym kb=1.11.2.
Opóźnienie czasowe dobiera się z warunku t=tmax od + 2t
gdzie tmax
od
– maksymalne opóźnienie czasowe zabezpieczeń na odejściach od szyn
zasilanych przez generator.
W celu poprawienia czułości zabezpieczenia i umożliwienia lepszego odróżnienia zwarć od
przeciążeń stosuje się przekaźniki blokady podnapięciowej.
Napięcie rozruchowe określone jest wzorem:
ur 
w którym: kb=0.9,
kb U min
k p nu
kp=1.051.2,
Umin=0.95Ung,
(5)
nu – przekładnia przekładnika
napięciowego.
Działanie funkcjonalne zabezpieczenia – analogiczne jak zabezpieczenia różnicowego.
18
Forsowanie wzbudzenia generatora
Szybkie zwiększenie wzbudzenia (forsowanie) stosuje się w celu zwiększenia momentu
synchronizującego generatora (poprawa stabilności pracy), poprawienia warunków działania
zabezpieczeń podczas zwarć i przyspieszenia powrotu napięcia w sieci do wartości roboczej po
wyłączeniu zwarcia.
W starszych rozwiązaniach stosowano przekaźnikowe układy forsowania wzbudzenia,
których działanie polegało na zwieraniu oporów w obwodzie wzbudzenia w celu chwilowego
zwiększenia prądu wzbudzenia. Napięcie rozruchowe przekaźników podnapięciowych określa
się wzorem:
ur  kb
U ng
nu
(6)
w którym kb=0.60.85.
Obecnie forsowanie wzbudzenia generatora przejęły szybkie układy regulacji wzbudzenia.
19