حفاظت و رله, مقالات
حفاظت خطای زمین ژنراتور (حفاظت ارت فالت ژنراتور)
اردیبهشت
ادامه‌ی مطلب حفاظت ژنراتور
حفاظت خطای زمین
اطلاعات و نمونه‌های زیر شامل سه سطح امپدانس زمین می‌باشد: امپدانس زمین کم، متوسط و زیاد. یک ژنراتور زمین‌شده با امپدانس کم ژنراتوری است‌که امپدانس صفر یا حداقل در نقطه خنثی یا نول wye دارا‌می‌باشد
به طوری که در طی یک خطای زمین در ترمینال‌های HV ژنراتور، جریان خطای زمین ژنراتور تقریبا برابر با جریان خطای سه فاز‌است آن‌می‌باشد. ژنراتور زمین‌شده‌با امپدانس متوسط دارای امپدانس قابل توجهی در نقطه خنثی یا همان نول wyeاست،
به طوری که در طی یک خطای زمین، سطح جریان کاهش می‌یابد اما سطح قابل تشخیصی از جریان زمین‌است که معمولا 100 تا 500 آمپر جریان دارد.
یک ژنراتور زمین شده‌با امپدانس بالا ژنراتوری با امپدانس زمین بزرگی‌است به طوری که در طی یک خطای زمین، سطح جریان خطایی تقریبا غیر قابل تشخیص ایجاد‌می‌شود،
کنترل خطای زمین را با رله‌های حفاظتی بر اساس ولتاژ (به عنوان مثال، مانیتورینگ و نظارت بر ولتاژ هارمونیک سوم و نظارت بر جابه جایی ولتاژ فرکانس اصلی نول) ضروری‌است.
موقعیت زمین کردن، نول ژنراتورها یا ترانسفورماتور نیز بر رویکرد حفاظت تاثیر می‌گذارد.
مطلب مرتبط :
مقدار نامی بهینه مقاومت زمین (NGR) در ولتاژ متوسط در نیروگاه‌های تولید توان
محل خطای زمین در سیم‌پیچ ژنراتور، و همچنین امپدانس زمین، سطح جریان خطا را تعیین میکند(خطای داخلی ژنراتور). با فرض اینکه ولتاژ تولیدشده در امتداد هر بخش سیم‌پیچ یکنواخت‌باشد،
سطح ولتاژ خط به زمین قبل از خطا با درصد سیم پیچ بین موقعیت خطا و نول ژنراتور، VFG در شکل1 متناسب‌است.
فرض‌کنید یک ژنراتور زمین شده‌با امپدانس وجود‌دارد ( Z0، SOURCE و ZN >> (ZWINDING، سطح جریان به طور مستقیم با فاصله از نقطه خنثی یا همان نول ژنراتور متناسب‌است
[شکل. 1 (a)]، بنابراین یک خطا با 10٪ فاصله از نول، 10٪ از جریان را برای یک خطا در ترمینال‌های ژنراتور ایجاد میکند. در حالیکه با نزدیک‌شدن به نول سطح جریان نزدیک به صفر میشود،
استرس و فشار عایق نیز کاهش می‌یابد، و احتمال خطای آسیب رسان در نزدیکی خنثی کاهش می‌یابد. اگر امپدانس زمین ژنراتور نسبت به امپدانس سیم‌پیچ ژنراتور کم باشد یا امپدانس زمین سیستم کم‌باشد،
کاهش جریان خطا غیر خطی خواهد‌بود. برای I1 در شکل1، ولتاژ خطای پایین‌تر توسط مقاومت سیم‌پیچ پایین تر خنثی میشود.
یک مثال در شکل1 (b) نشان داده‌شده‌است.
حفاظت دیفرانسیل ژنراتور (87G) ممکن‌است به اندازه کافی برای شناسایی خطای زمین سیم‌پیچ با امپدانس زمین کم که در شکل۲ نمایش داده‌شده‌است حساس‌باشد.
در واقع این حالتی‌است که یک خطای مستقیم در ترمینال ژنراتور حدود 100٪ از جریان نامی را تولید کند. حداقل تنظیمات پیکاپ حفاظت دیفرانسیل (به عنوان مثال، Basler BE1-11g، جدول 2 را نگاه‌کنید) باید تنظیم‌شود
تا بتوان خطاهای مربوط به سیم‌پیچ را تا حد امکان تشخیص‌دهد. با این حال، تنظیمات زیر 10٪ از جریان بار کامل (به عنوان مثال، 0.4 آمپر برای 4 آمپر جریان کامل بار) باعث افزایش خطر عملکرد ناصحیح به دلیل اشباع گذرا CT در خطاهای خارجی و یا در طول برقدار کردن ترانسفورماتورهای افزاینده میشود.
تنظیمات پیکاپ پایین‌تر فقط با CTهای با کیفیت بالا (به عنوان مثال، C400) و یک تطابق خوب CT (به عنوان مثال، کلاس دقت یکسان و بار (burdens) برابر) توصیه میشود.
شکل1: تأثیر مکان‌های خطاها درون ژنراتور بر روی سطح جریان.
اگر حفاظت 87G در شکل2 تامین شده‌باشد، یک رله 51N (به عنوان مثال، رله‌های Basler در جدول 2)، 87G و همچنین رله‌های خارجی را بکاپ یا پشتیبانی میکند. اگر یک 87G نصب نمی‌شود
و یا برای خطاهای زمین به اندازه کافی حساس نباشد، سپس 87GN حفاظت اصلی را برای ژنراتور فراهم میکند و 51N بکاپ و پشتیبانی‌می‌کند. مزیت 87G و 87GN این‌است که نیازی به تأخیر در آنها برای هماهنگی با حفاظت‌های خارجی نیست؛
با این حال، تاخیر برای 51N مورد نیاز‌است. باید از اثرات اشباع ناشی از جابجایی DC در CTها در هنگام برق دار کردن ترانسفورماتور یا بار با توجه به عملکرد با سرعت بالا رله 87G آگاه باشید.
جابه جاییهای ولتاژ DC میتواند اشباع CT را برای بسیاری از سیکل‌ها (احتمالا کمتر از 10 سیکل) ایجاد کند، كه ممكن‌است باعث عملكرد ناصحیح 87G و سیستم‌های رله‌شود.
این مورد را توسط موارد زیر می‌توان حل کرد:
- بارهای سنگین و ناگهانی به ژنراتور متصل نکنید(در واقع بار را مدیرت کنید و بخش به بخش روی ژنراتور قرار دهید)
- اجتناب ازبرق دار کردن‌ناگهانی ترانسفورماتورهای بزرگ
- نصب CTهای با مقدار نامی خیلی بزرگتر
- اضافه کردن تاخیر زمان بسیار کم به تریپ رله 87G
- کاهش حساسیت تنظیم 87G.
تصویر 2. حفاظت از خطای زمین – ژنراتور زمین‌شده با مقاومت کم.
CT خنثی یا نول باید برای تولید جریان ثانویه حداقل 5 A، برای یک خطا پایدار در ترمینال ژنراتور انتخاب‌شود،
و جریان کافی برای یک خطا در نزدیکی نول ژنراتور فراهم‌کند. به عنوان مثال، اگر یک خطای ترمینال 1000 A را در نول یا همان خنثی ژنراتور تولید‌کند،
نسبت CT خنثی نباید بیش از 1000/5باشد. برای خطا با فاصله 10٪ از خنثی ژنراتور و فرض این که I1 متناسب با درصد فاصله سیم‌پیچ از خنثی‌است، با1000/5 CT جریان 51N 0.5آمپر خواهد‌بود ،
شکل3
ژنراتورهای چندگانه را که با ترانسفورماتور زمین شده اند را نشان‌می‌دهد. این روش زمانی استفاده‌می‌شود که نیاز نباشد ژنراتورها با خارج شدن ترانسفورماتور از سرویس، در سرویس باشند
(اگر ترانسفورماتور از سریس خارج شد نیاز به در سرویس بودن ژنراتور نیست). این طرح قبل از وصل شدن کلید های ژنراتورها حفاظت زمین نخواهد داشت.
ترانسفورماتور میتواند هم به عنوان یک ترانسفورماتور افزاینده و همچنین یک ترانسفورماتور زمین‌کننده استفاده‌شود. یک حفاظت اضافه جریان 51N یا یک حفاظت دیفرانسیل 87G حافظت برای هر یک ژنراتورها فراهم‌می‌کند
ترانسفورماتور باید یک جریان زمین حداقل 50٪ از جریان نامی ژنراتور را تولید کند تا حدود 95٪ یا بیشتر سیم‌پیچ را پوشش دهد.
شکل3. سیستم زمین‌شده به صورت خارجی با چندین ژنراتور.
شکل 4 ساختار یک واحد متصل(unit-connected arrangement) (ژنراتور و ترانسفورماتور افزاینده به طور مستقیم متصل‌شده بدون هیچ سوئیچی در سمت فشار ضعیف) را با استفاده‌از زمین امپدانس بالا نشان‌می‌دهد.
مقاومت زمین و عناصر ولتاژ به ثانویه ترانسفورماتور توزیع متصل شده‌اند. مقاومت به طور معمول طوری انتخاب شده‌است که مقاومت منعکس‌شده اولیه تقریبا برابر با یک سوم راکتانس تک فاز خازنی خط به زمین ژنراتور، باس و ترانسفورماتور افزاینده‌است.
این کار جریان خطا را به 5 تا 10 آمپر در اولیه محدود می کند. مقاومت میرا کننده کافی مانع از افزایش ولتاژ انعکاسی در حضور یک زمین قطع و وصل‌شونده متناوب یا دوره ای(intermittent ground)میشود .
سطح جریان کم باعث کاهش آسیب کافی ورقه‌های آهن میشود و از نیاز به فشرده کردن و چیدن آنها بعد از خطاها جلوگیری میکند(خطا ممکن‌است به ورقه‌های آهن داخل ژنراتور که کنار هم چیده شده‌اند آسیب بزند) .
به دلیل سطح جریان کم، 87G برای خطاهای زمین تک فاز عمل نمیکند.
شکل4: واحد متصل‌شده واحد با امپدانس بالای زمین
حفاظت در شکل4 شامل رله حفاظتی اضافه ولتاژ overvoltage) 59N) و یک رله حفاظتی کم ولتاژ (undervoltage) هارمونیک سوم 27-3Nاست (جدول 2 را ببینید).
همانطور که در شکل5 نشان داده‌شده‌است، یک خطای زمین در بوشینگ‌های ولتاژ بالا ژنراتور موجب افزایش ولتاژ خط به زمین به 173٪ نامی خط به نول میشود.
همچنین، ولتاژ خنثی به زمین به سطح ولتاژ فاز به زمین می‌رسد. هر چه خطای زمین نزدیک‌تر به نول ژنراتور باشد، ولتاژ خنثی به زمین کمتر خواهد‌بود.
یک روش برای فهمیدن این جابه جایی ولتاژ خنثی (neutral shift) یا نول با حفاظت 59N (شکل 4) در خنثی ژنراتور است.در صورت وجود خطای زمین رله 59N آنرا شناسایی کرده و از حدود ۹۵ درصد سیم‌پیچ ژنراتور محافظت میکند.
رله 59N (به جدول 2 مراجعه‌شود) باید به گونه‌ای انتخاب‌شود که به ولتاژ هارمونیک سوم تولیدشده در طول کار عادی عمل نکند.
به خاطر کاهش جابه جایی نول (neutral shift) در خطاها نزدیک نول، 59N را برای این نوع خطاها در نزدیکی خنثی (نول) ژنراتور عمل نمیکند.
شکل5 جابه جایی نول در طی خطای زمین در سیستم زمین شده‌با مقاومت بالا.
خطا در نزدیکی خنثی ژنراتور میتواند با رله تشخیص آندر ولتاژ هارمونیک ۳ 27-3N فهمید. هنگام استفاده‌از مقاومت زمین بالا، یک مقدار قابل تشخیص از ولتاژ هارمونیک سوم معمولا در خنثی ژنراتور وجود‌دارد،
و معمولا مقدار آن 1 تا 5٪ از هارمونک ولتاژ اصلی یا همان هارمونیک اول، ولتاژ خط به نول ژنراتور است. مقدار هارمونیک سوم به طراحی ژنراتور بستگی‌دارد و در بعضی از ژنراتورها میتواند بسیار کم باشد.
یک ژنراتور با ضریب سیم‌پیج 2/3 موجب کاهش قابل ملاحظه ولتاژ هارمونیک سوم خواهد‌شد. سطح ولتاژ هارمونیک طوری‌است که معمولا در مقدار سطح تحریک پایین و سطح بار پایین کاهش می‌یابد.
در طول خطاهای زمین در نزدیکی خنثی ژنراتور، ولتاژ هارمونیک سوم در نول ژنراتور به زمین وصل و اتصال کوتاه میشود که باعث میشود تا رله 27-3N حذف هارمونیک ۳ را تشخیص‌داده و عمل میکند (شکل6).
مهم‌است که 27-3N ولتاژ های هارمونیک اصلی را تا هر چقدر امکان پذیر‌است نادیده بگیرد.
شکل6:
خطای زمین در نزدیکی خنثی ژنراتور، هارمونیک ولتاژ سوم را در خنثی ژنراتور کاهش میدهد و باعث عملکرد رله حفاظتی 27-3Nمیشود.
حفاظت 27-3N یک عملکرد عالي نظارتي را در کنار حفاظت تشخيص خطا انجام ميدهد. اگر سیستم زمین اتصال کوتاه‌شده یا باز‌شود، 27-3N عمل میکند.
رله اضافه ولتاژ فاز 59P در شکل4 بر روی 27-3N نظارت‌می‌کند و رله قفل 86 (lockout) را زمانی که ژنراتور خاموش‌است، می‌توان تنظیم مجدد (ریست) کرد.
در غیر این صورت، فیلد یا همان نمیتواند اعمال‌شود تا هنگامی که فیلد یا میدان اعمال‌می‌شود و 59P عمل‌می‌کند، حفاظت 27-3N فعال‌می‌شود.
رله 59P باید برای حدود 90٪ از ولتاژ نامی تنظیم‌شود. یک کنتاکت “a” از بریکر می تواند به جای حفاظت 59P برای نظارت بر تریپ کردن 27-3N استفاده‌شود.
تا زمانی که مقداری توان پیشرو (forward power)وجود داشته‌باشد مسدود کردن 27-3N نیز انجام شده‌است. با این حال، استفاده از یک رله 59P اجازه میدهد تا 27-3N ، حفاظت قبل از سنکرون کردن (یعنی قرار دادن واحد به صورت آنلاین)، هنگامی که فیلد اعمال میشود را فراهم‌کند.
برای در بر گرفتن 100٪ سیم‌پیچ استاتور در ژنراتورهای زمین شده‌با امپدانس بالا، تنظیمات رله آندرولتاژ (27-3N) و رله ولتاژ بالا (59N) باید هم دیگر را بپوشانند (overlap).
به عنوان مثال، اگر یک خطا در ترمینال ژنراتور 240 ولت ، 60 هرتز را در طول رله ولتاژ خنثی (59N) ایجاد میکند ، تنظیم یک پیکاپ ۱ ولت (یک تنظیم نسبتا حساس) اجازه میدهد که تمام سیم‌پیچ به غیر از آخرین (1/240) * 100 = 0.416% از سیم‌پیچی توسط حفاظت اضافه ولتاژ در بر گرفته‌شود.
اگر 20V هارمونیک سوم در طول رله قبل از یک خطا ایجاد شده‌باشد، یک تنظیم عملکرد رله هارمونیک ثانویه در1 V ، عملکرد برای خطای (1/20) * 100 = 5% از خنثی را فراهم میکند.
تنظیم پیکاپ خیلی پایین 59N یا عملکرد رله 27-3N در ولتاژ بسیار پایین ممکن‌است منجر عملکرد رله خطای زمین در شرایط کار عادی شود.
سطح عملکرد رله هارمونیک سوم میتواند سخت‌ترین مقدار برای تنظیم باشد زیرا این مقدار بستگی به طراحی ماشین، تحریک ژنراتور و مقدار بار دارد. توصیه میشود
ولتاژ‌های هارمونیک سوم را در خلال ژنراتور در شرایط بارگیری و بارگذاری قبل از انتخاب یک تنظیم ولتاژ عملکرد برای رله 27-3N، اندازه‌گیری‌کنید.
در برخی از ژنراتورها، در تحرک کم و بار کم هارمونیک سوم در خنثی می تواند تقریبا به مقدار خیلی پایینی برای اندازه‌گیری تبدیل‌شود ،
که نیاز به مسدود‌سازی حالت تریپ 27-3N با یک رله نظارتی 32 توان کم (supervising 32 under power ) زمانی که ژنراتور در حال کار به صورت بی بار می‌باشد.
همچنین مقداری ولتاژ هارمونیک سوم در ترمینال های ولتاژ بالا ژنراتور وجود دارد. یک نسبت قابل پیش بینی در تمام شرایط بار وجود خواهد داشت، اگرچه این نسبت اگر بارگذاری موجب تغییرات در ولتاژ‌های هارمونیک سوم شود می تواند تغییر کند.
خطای زمین در نول ژنراتور، این نسبت را تغییر میدهد، روش دیگری برای تشخیص خطای زمین در ژنراتور را به وجود می‌آورد. دو مشکل موجود در این روش وجود دارد:
مشکل در ایجاد یک روش تا به صورت دقیق ولتاژ های پایین هارمونیک سوم را در ترمینال‌های ولتاژ ژنراتور در حضور ولتاژ‌های بزرگ فرکانس اصلی ژنراتور تخیص دهیم
(چون ولتاژ فرکانس اصلی یا همان ۵۰ یا ۶۰ هر تز بسیار بالا‌است تشخیص ولتاژ هارمونیک ۳ سخت میشود)
و مشکلات مربوط به تغییرات نسبت هارمونیک سوم تحت برخی شرایط کاری
اگر حفاظت 59N فقط برای هشدار استفاده‌شود، نسبت ولتاژ ترانسفورماتور توزیع باید برای محدود کردن ولتاژ ثانویه تا حداکثر مقدار ولتاژ نامی دائمی (continuous rating) رله انتخاب‌شود.
اگر رله برای تریپ کردن مورد استفاده قرار گیرد، ولتاژ ثانویه می تواند تا ولتاژ نامی ده ثانیه در رله افزایش پیدا کند. تریپ‌کردن رله برای آسیب رساندن حداقل به آهن در یک خطای سیم پیچ و حداقل کردن خطای چند فاز توصیه میشود
جایی که ترانسفورماتورهای ولتاژ (Wye-wye (VTs به ترمینال‌های ماشین‌ها متصل می‌شوند، به منظور جلوگیری از عملکرد حفاظت 59N برای یک خطای زمین ثانویه، خنثی ثانویه VT نباید زمین شده‌باشد.
در عوض، یکی از سرهای فاز باید زمین شده‌باشد (یعنی “زمین‌شده در گوشه corner ground “) تا باعث آزاد گذاشتن نول به صورت شناور‌شود.
این اتصال هر گونه ولتاژ در طول رله 59N را در یک خطای ثانویه فاز به زمین حذف میکند. اگر نول ثانویه VT زمین شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اشد، یک خطای ثانویه VT فاز به زمین جریان کمی ایجاد میکند،
بنابراین فیوز ثانویه جریان کمی را می‌بیند و کار نمیکند. به نظر می‌رسد از نظر حفاظت حس‌کننده جابه جایی خنثی(نول) ژنراتور (59N)، خطا یک خطای فاز به زمین با امپدانس بالا دیده می شود و منجر به تریپ ژنراتور میشود.
در حالت دیگر، فرض‌کنید که گوشه(Corner) VT (به عنوان مثال، فاز A) زمین شده‌است. اگر خطاهای فاز B یا C به زمین ایجاد‌شود، سپس خطا به عنوان یک خطای فاز به فاز دیده میشود که جریانهای زیادی در ثانویه می‌کشد و فیوز ثانویه را به سرعت می‌سوزاند و عمل میکند و از عملکرد 59N جلوگیری میکند.
یک خطای نول به زمین، تمایل دارد که 59N را وادار به عمل کردن بکند، اما احتمال رخداد آن کم‌است. در غیر این صورت اگر VTهای ژنراتور به صورت گالوانیکالی galvanically به مجموعه‌ای از VTs خنثی متصل شوند یک VT جداسازی (isolation VT)مورد نیاز‌است.
گالوانیکالی
Galvanically یا گالوانیکالی منظور این‌است که سیستم ورودی و خروجی هم به صورت الکتریکی و هم مکانیکی از هم دیگر جدا و ایزوله باشند. برای مثال ترانس ایزوله این کار را در دو مدار انجام میدهد.
سه VT wye باید در جایی که یک Isolated phase bus (هادی‌های فاز به صورت جداگانه در بر گرفته‌شده‌اند ) برای محافظت در برابر خطاهای فاز به فاز در ترمینال‌های ژنراتور استفاده میشود.
رله 59N در شکل 4 ممکن است به صورت ناصحیح برای یک خطا زمین در سمت wye هر ترانس قدرت متصل به ژنراتور، عمل کند. به علت ظرفیت خازنی سیم پیچ های داخلی ترانسفورماتور این ولتاژ حتی با وجود اینکه ژنراتور به سیم پیچ مثلث متصل می شود ایجاد می شود.
این اتصال به صورت کوپلینگ بسیار کوچک است و اثر آن معمولا نادیده گرفته می شود.
با این حال، این مورد در کاربرد رله 59N به دلیل مقاومت بسیار بالا زمین اینگونه نیست.
تاخیر زمانی رله اضافه ولتاژ 59N اجازه می دهد تا رله برای برطرف کردن خطا خارجی زمان داشته باشد
خانواده ی Basler BE1-11 از رله های چند منظوره با ورودی های ولتاژ، از جمله BE1-11g، دارای رله ضروری اضافه ولتاژ خنثی یا نول(59N)، آندر ولتاژ undervoltage (27-3N) و اضافه ولتاژ فاز (59P) است.
رله تک منظوره BE1-59N تنها می تواند به عنوان رله 59 تنظیم شده در 60 هرتز مورد استفاده قرار بگیرد و رله آندر ولتاژ آپشنال(undervoltage) 27-3N ولتاژ هارمونیک سوم را تشخیص می دهد.
هنگامی که واحد آفلاین است، یک رله 59 فاز جداگانه باید نصب شود تا فعالیت 27-3N را بلاک block کند.
شکل4
همچنین یک رله 51GN را به عنوان راه دوم برای تشخیص خطای زمین استاتور نشان‌می‌دهد.
استفاده‌از 51GN علاوه بر 59N و 27-3N به راحتی قابل توجیه‌است زیرا بیشترین خطا محتمل خطای زمین استاتور‌است.
در صورتی که یک خطای زمین استاتور تشخیص‌داده‌نشود فاجعه آمیز خواهد‌بود، و در نهایت منجر به یک خطای چند فاز با جریان خطای بسیار بالا میشود، که تا زمانی که شار میدان افول کند (به عنوان مثال، برای 1-4 ثانیه) ادامه می یابد.
CT نشان داده‌شده در شکل4 میتواند با یک CT در ثانویه ترانسفورماتور توزیع جایگزین‌شود، به این ترتیب می‌توان از یک CT با ولتاژ پایین تر استفاده‌کرد.
با این حال، اگر اولیه ترانسفورماتور توزیع اتصال کوتاه‌شود، رله 51GN غیر فعال خواهد شد. نسبت CT برای پیکربندی متصل به ثانویه باید یک جریان برای رله در حدود و برابر با جریان خنثی ژنراتور (برای مثال 5: 5 CT) فراهم کند.
در هر دو حالت، پیکاپ رله باید بیشتر از جریان هارمونیک جاری در حالت کار عادی باشد. (به طور معمول جریان هارمونیک کمتر از 1A خواهد بود، اما رله میتواند پایین تر تنظیم شود،
اگر رله جریان هارمونیک را فیلتر‌کرده و فقط به جریان هارمونیک اصلی واکنش نشان دهد.) فرض کنید یک جریان حداکثر خطای 8 آمپر اولیه در خنثی و یک رله تنظیم شود که در 1 آمپر اولیه پیکاپ کند، در این حالت 88٪ از سیم پیچ استاتور پوشش داده‌می‌شود.
در مورد رله 59N ، تاخیر 51GN به 59N اجازه میدهد تا پاکسازی خطای زمین در سمت ولتاژ بالا انجام شود. یک رله اضافه جریان لحظه‌ای instantaneous overcurrent نیز میتواند مورد‌‌‌‌استفاده قرار‌گیرد،
حدود سه برابر زمان پیکاپ رله اضافه جریان تنظیم‌می‌شود ، هرچند ممکن‌است با فیوزهای اولیه VT که به ترمینال‌های ژنراتور متصل هستند، هماهنگ coordinate نشود.
ژنراتورهای چندگانه
ژنراتورهای چندگانه، در شکل 7، می توانند با امپدانس بالا زمین شوند، اما حفاظت 59N ، انتخابی نخواهد بود.
خطای زمین در هر جای باس ژنراتورها یا روی هر ژنراتور توسط تمام رله‌های 59N مشاهده‌می‌شود
و گرایش به تریپ شدن تمام ژنراتورها خواهد‌بود. رله 51N ، هنگامی که به یک CT جمع کننده شار (flux summation CT) متصل‌می‌شود، در صورتی که حداقل سه ژنراتور در حال سریس دهی هستند،
تریپ انتخابی را فراهم میکند. در این حالت، رله 51N ژنراتور خطا دار از جریان بیشتری را نسبت به رله‌های 51N دیگر مشاهده خواهد‌کرد. 51N مناسب قبل از دیگر رله‌ها به دلیل ویژگی معکوس (inverse characteristic) رله‌ها عمل میکند.
استفاده از CT جمع کننده شار جریان محدود به مواردی است که در آن فضای CT میتواند سه کابل را به صورت مناسب در بر بگیرد. جریانهای خطا نسبتا کم هستند،
بنابراین باید در انتخاب جریان اسمی مناسب رله (مثلا 5 A در مقابل 1 A) و نسبت CT دقت نمود. به عنوان مثال، با یک سطح خطای 30 A و یک CT 50 به 5 آمپر، یک 51N با جریان نامی ۱ آمپر و پیکاپ 0.1 A ممکن است‌استفاده‌شود.
با دو ژنراتور که هر کدام 10 A به یک خطای ترمینال در یک ژنراتور سوم اضافه‌می‌کند،رله51N ژنراتور خطا دار 2*10/(50/5) = 2 A را می‌بیند. سپس حفاظت رله تا فاصله ([0.1]/2) • 100 = 5% از نوترال انجام‌می‌شود.
وقتی که کابل‌های فیدر به باس ژنراتور متصل‌می‌شود، خازن اضافی سطح خیلی پایین تر از مقاومت زمین را نسبت به مقاومت زمین بدست آمده با یک واحد متصل‌شده (unit-connected case) دیکته می کند.
مقاومت کمتری برای به حداقل رساندن ولتاژ گذرا طی یک خطای قوسی (arcing fault) لازم‌است.
شکل 7: بهره برداری از حفاظت 59N با چندین واحد انتخابی نخواهد بود. اگر حداقل سه ژنراتور در مدرا باشد حفاظت 51N محافظت انتخابی را فراهم میکند.
همان طور که در شکل 8 نشان داده‌شده‌است می‌توان دیفرانسیل خنثی (neutral differential) (87N) BE1-11g ، خنثی جهت‌دار(neutral directional) (67N)
یا اضافه جریان خنثی(neutral overcurrent) (51N ) را می‌توان‌برای تشخیص خطاهای زمین در هر دو حالت ژنراتور زمین شده بدون مقاومت (solidly) و ژنراتورهای زمین‌شده با امپدانس کم( low-impedance grounded) استفاده نمود.
51N در 10٪ از جریان خطای زمین تنظیم‌می‌شود و باید با دیگر رله‌های حفاظت خطای زمین هماهنگ شود. 67N عملکرد 51N را تشویق میکند و برای جریان خطا زمین جاری به سمت ژنراتور تنظیم شده و تاخیر زمانی کوتاه تری دارد.
رله 87N
اختلاف جریان بین جریان محاسبه‌شده نول(3I0) و جریان زمین اندازه‌گیری‌شده (IG) را تشخیص@میدهد. 87N بیشتر در ژنراتورهایی یافت‌می‌شود که قبلا CT مورد نیاز برای حفاظت دیفرانسیل فاز دارند.
به طور معمول 87N در این کاربرد برای خطاهای زمین کم تا حد 50 درصد جریان خطای فاز عمل میکند. هر روشی استفاده میشود، باید تلاش کرد تا تنظیمات رله را برای تریپ برای خطاهای در حد 10٪ از حداکثر سطح جریان خطا زمین انجام‌شود.
در طول خطای های فاز خارجی، زمانی که اشباع متفاوت در CT های فاز ناشی از اثرات جریان AC بالا یا تاثیرات جابه جایی لحظه‌ای ولتاژ DC ممکن‌است جریان عملکرد بالا در 87N میتواند رخ دهد ،
در حالی که جریان خنثی ژنراتور همچنان صفر‌است، با فرض امپدانس هادی متعادل تا خطا. ویژگی مانیتور گذرا BE1-11g، 87N دارای یک تنظیم تاخیر زمانی قابل تنظیم برای فائق آمدن اشباع‌های گذرای ممکن در CTاست
که ناشی از این جریانهای خطای بالا، خطاهای خارجی دو فاز به زمین‌است.
شکل8. حفاظت از خطا زمین با 87N ، 67N و 51N.
برای درک بهتر حفاظت ژنراتور پیشنهاد‌می‌شود مقالات زیر نیز مطالعه‌شود: