1

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:

2

RIo

I

W1

W1

W2

PWł.

-

Rto

RtoRIo

Rp

Rp

I+

W1

W2

SGP

Sygn

Sygn

tz max

Zabezpieczenie to zasilane jest z odrębnych przekładników prądowych specjalnie

dobieranych tak, aby zminimalizować prąd uchybowy zabezpieczenia.

Nastawienia przekaźnika w mostku różnicowym:

i

gzn

brn

Iki - 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:

i

gzn

rn

I2.0i ttt maxz t0.5 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.

3

W przypadku stosowania czulszych zabezpieczeń różnicowych stabilizowanych nastawienia

są niższe, np.:

zngr I2.0I

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):

oogzg UC3I ,

przy czym: Uo=-*E*

YR1

1

p

Rp – rezystancja przejścia w miejscu zwarcia, )Z

1

Z

1Y3(Y

NsNg

o

Yo – zastępcze admitancje fazowe całej sieci połączonej galwanicznie z generatorem,

ZNg, ZNs – impedancje uziemiające punkt zerowy generatora i sieci.

4

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.

Ea

Eb

Ec

yo yo yo

Uo Uo

ZNg ZNsRp

IzINg INsIza Izb Izc

5

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.

m

Iz

1

Ir

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.

6

G

I> U< t

SGP, S

O1

O2

On

Z1

Z2

Zn

(+)

tz1

tz2

tzn

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:

zng

i

mxobc

p

br I8.14.1

n

I

k

ki

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:

pubu

minrob

r

i

zng

p

b

rkk

Uu,

n

I

k

ki ,

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

7

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:

ip

zng

rnk

I05.1i

, 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

8

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:

2

zng

o2

2

zng

2

I

I

I

I

Kt

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.

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.

char. obciążalności

char. zabezpieczenia

t

Ix2 I0x2

9

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

I> t

S

C – izoluje obwody

Up, 50 Hz

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

10

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.

~

Z< U<

Odc Wył jX

R0

A

B

0A=0.5Xd’

AB=Xd

Charakterystyka pomiarowa nie musi być kołowa, ale nie powinna obejmować początku

układu współrzędnych.

11

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.

W2 W1

R2 R1

WGWw

Rreg

R1=(45)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.

12

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:

13

G

~

I

Io>

I> FI2

I2>

P>

Q>

I>

U<

U>

UW i RW

Z1P

1

2

3

4

56

7

8

9

I

Io>

I>

U<

I>

I2>

Z1P

Q>

P>

U>

t

t

t

t1

t2

t

t2

t1

t2

t1

t

SGP

OW

ZZO

S

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

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Rys. Schemat ideowy EAZ modelowanego generatora

14

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,

15

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.

16

Rys. Schemat połączeń zewnętrznych zabezpieczenia różnicowego generatora typu

RRTG-6

17

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

1i

ng

bron

Iki

w którym wsp. bezpieczeństwa kb=0.20.4, ni – przekładnia przekładników prądowych

Współczynnik stabilizacji powinien wynosić kh=0.20.4. 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:

)2(i

ng

brn

Iki

w którym wsp. bezpieczeństwa kb=0.51.

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.

18

Zabezpieczenie od przeciążeń cieplnych

Nastawienie zabezpieczenia wybiera się z warunku dopuszczalności przeciążenia cieplnego

uzwojenia stojana w granicach 10%.

Prąd rozruchowy określa wzór:

)3(i

ng

p

b

rn

I

k

ki

w którym wsp. bezpieczeństwa kb=1.05, wsp. powrotu kp=0.9.

Zabezpieczenie działa na sygnalizację ze zwłoką 410 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:

)4(max

i

obc

p

b

n

I

k

kir

w którym kb=1.11.2.

Opóźnienie czasowe dobiera się z warunku t=tmax od + 2t

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:

)5(min

up

br

n

U

k

ku

w którym: kb=0.9, kp=1.051.2, Umin=0.95Ung, nu – przekładnia przekładnika

napięciowego.

Działanie funkcjonalne zabezpieczenia – analogiczne jak zabezpieczenia różnicowego.

19

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:

)6(u

ng

brn

Uku

w którym kb=0.60.85.

Obecnie forsowanie wzbudzenia generatora przejęły szybkie układy regulacji wzbudzenia.