theme wordpress
حفاظت و رلهدیزل ژنراتورژنراتور

حفاظت خطای زمین ژنراتور (حفاظت ارت فالت ژنراتور)

ادامه ی مطلب  حفاظت ژنراتور

حفاظت خطای زمین

اطلاعات و نمونه های زیر شامل سه سطح امپدانس زمین می باشد: امپدانس زمین کم، متوسط ​​و زیاد. یک ژنراتور زمین شده با امپدانس کم ژنراتوری است که امپدانس صفر یا حداقل در نقطه خنثی یا نول wye دارا می باشد به طوری که در طی یک خطای زمین در ترمینال های HV ژنراتور، جریان خطای زمین ژنراتور تقریبا برابر با جریان خطای سه فاز است آن می باشد. ژنراتور زمین شده با امپدانس متوسط ​​ دارای امپدانس قابل توجهی در نقطه خنثی یا همان نول wye است، به طوری که در طی یک خطای زمین، سطح جریان کاهش می یابد اما سطح قابل تشخیصی از جریان زمین است که معمولا 100 تا 500 آمپر جریان دارد. یک ژنراتور زمین شده با امپدانس بالا ژنراتوری با امپدانس زمین بزرگی است به طوری که در طی یک خطای زمین، سطح جریان خطایی تقریبا غیر قابل تشخیص ایجاد می شود، کنترل خطای زمین را با رله های حفاظتی بر اساس ولتاژ (به عنوان مثال، مانیتورینگ و نظارت بر ولتاژ هارمونیک سوم و نظارت بر جابه جایی ولتاژ فرکانس اصلی نول) ضروری است. موقعیت زمین کردن، نول ژنراتورها یا ترانسفورماتور نیز بر رویکرد حفاظت تاثیر می گذارد.

مطلب مرتبط :

مقدار نامی بهینه مقاومت زمین (NGR) در ولتاژ متوسط در نیروگاه های تولید توان

محل خطای زمین در سیم پیچ ژنراتور، و همچنین امپدانس زمین، سطح جریان خطا را تعیین می کند(خطای داخلی ژنراتور). با فرض اینکه ولتاژ تولید شده در امتداد هر بخش سیم پیچ یکنواخت باشد، سطح ولتاژ خط به زمین قبل از خطا با درصد سیم پیچ بین موقعیت خطا و نول ژنراتور، VFG در شکل 1 متناسب است. فرض کنید یک ژنراتور زمین شده با امپدانس وجود دارد ( Z0، SOURCE و ZN >> (ZWINDING، سطح جریان به طور مستقیم با فاصله از نقطه خنثی یا همان نول ژنراتور متناسب است [شکل. 1 (a)]، بنابراین یک خطا با 10٪ فاصله از نول، 10٪ از جریان را برای یک خطا در ترمینال های ژنراتور ایجاد می کند. در حالیکه با نزدیک شدن به نول سطح جریان نزدیک به صفر می شود، ، استرس و فشار عایق نیز کاهش می یابد، و احتمال خطای آسیب رسان در نزدیکی خنثی کاهش می یابد. اگر امپدانس زمین ژنراتور نسبت به امپدانس سیم پیچ ژنراتور کم باشد یا امپدانس زمین سیستم کم باشد، کاهش جریان خطا غیر خطی خواهد بود. برای I1 در شکل 1، ولتاژ خطای پایین تر توسط مقاومت سیم پیچ پایین تر خنثی می شود. یک مثال در شکل 1 (b) نشان داده شده است.

حفاظت دیفرانسیل ژنراتور (87G) ممکن است به اندازه کافی برای شناسایی خطای زمین سیم پیچ با امپدانس زمین کم  که در شکل ۲ نمایش داده شده است حساس باشد. در واقع این حالتی است 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 نگاه کنید) باید تنظیم شود تا بتوان خطای های مربوط به سیم پیچ را تا حد امکان تشخیص دهد. 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 خطای های خارجی و یا در طول برقدار کردن ترانسفورماتور های افزاینده می شود. تنظیمات پیکاپ پایین تر فقط با CT های با کیفیت بالا (به عنوان مثال، C400) و یک تطابق خوب CT (به عنوان مثال، کلاس دقت یکسان و بار (burdens) برابر) توصیه می شود.

شکل 1: تأثیر مکان های خطاها درون ژنراتور بر روی سطح جریان.

شکل 1- تأثیر مکان های خطاها درون ژنراتور بر روی سطح جریان.
شکل 1- تأثیر مکان های خطاها درون ژنراتور بر روی سطح جریان.

اگر حفاظت 87G  در شکل 2 تامین شده باشد، یک رله 51N  (به عنوان مثال، رله های Basler در جدول 2)، 87G و همچنین رله های خارجی را بکاپ یا پشتیبانی می کند. اگر یک 87G نصب نمی شود و یا برای خطای های زمین به اندازه کافی حساس نباشد، سپس 87GN  حفاظت اصلی را برای ژنراتور فراهم می کند و 51N بکاپ و پشتیبانی می کند. مزیت  87G  و 87GN  این است که نیازی به تأخیر در آنها برای هماهنگی با حفاظت های خارجی نیست؛ با این حال، تاخیر برای 51N مورد نیاز است. باید از اثرات اشباع ناشی از جابجایی DC  در CT ها در هنگام برق دار کردن ترانسفورماتور یا بار با توجه به عملکرد با سرعت بالا رله 87G آگاه باشید. جابه جایی های ولتاژ DC می تواند اشباع CT را برای بسیاری از سیکل ها (احتمالا کمتر از 10 سیکل) ایجاد کند، كه ممكن است باعث عملكرد ناصحیح 87G  و سیستم های رله شود. این مورد را توسط موارد زیر می توان 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 CT های 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 زمین شده با مقاومت کم.

تصویر ۲- حفاظت از خطا زمین - ژنراتور زمین شده با مقاومت کم.
تصویر ۲- حفاظت از خطا زمین – ژنراتور زمین شده با مقاومت کم.

CT خنثی یا نول باید برای تولید جریان ثانویه حداقل 5 A، برای یک خطا پایدار در ترمینال ژنراتور انتخاب شود، و جریان کافی برای یک خطا در نزدیکی نول ژنراتور فراهم کند. به عنوان مثال، اگر یک خطای ترمینال 1000 A را در نول یا همان خنثی ژنراتور تولید کند، 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 سیم پیچ از خنثی است، با1000/5 CT جریان 51N   0.5آمپر خواهد بود ،

شکل 3 ژنراتورهای چندگانه را  که با ترانسفورماتور زمین شده اند را نشان می دهد. این روش زمانی استفاده می شود 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 زمین کننده استفاده شود. یک حفاظت  اضافه جریان 51N یا یک حفاظت  دیفرانسیل 87G  حافظت برای هر یک ژنراتورها فراهم می کند

 ترانسفورماتور باید یک جریان زمین حداقل 50٪ از جریان نامی ژنراتور را تولید کند تا حدود 95٪ یا بیشتر سیم پیچ را پوشش دهد.

شکل 3. سیستم زمین شده به صورت خارجی با چندین ژنراتور.

شکل ۳-سیستم زمین شده به صورت خارجی با چندین ژنراتور
شکل ۳-سیستم زمین شده به صورت خارجی با چندین ژنراتور

شکل 4 ساختار یک واحد متصل(unit-connected arrangement)  (ژنراتور  و ترانسفورماتور افزاینده به طور مستقیم متصل شده بدون هیچ سوئیچی در سمت فشار ضعیف) را با استفاده از زمین امپدانس بالا نشان می دهد،. مقاومت زمین و عناصر ولتاژ به ثانویه ترانسفورماتور توزیع متصل شده اند. مقاومت به طور معمول  طوری  انتخاب شده است که مقاومت منعکس شده اولیه تقریبا برابر با یک سوم راکتانس تک فاز خازنی خط به زمین ژنراتور، باس و ترانسفورماتور افزاینده است. 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 وصل شونده متناوب یا دوره ای(intermittent ground) می شود . سطح جریان کم باعث کاهش آسیب کافی ورقه های آهن می شود و از نیاز به فشرده کردن و چیدن آنها بعد از خطا ها جلوگیری می کند(خطا ممکن است به ورقه های آهن داخل ژنراتور که کنار هم چیده شده اند آسیب بزند) . به دلیل سطح جریان کم، 87G برای خطای های زمین تک فاز عمل نمی کند.

شکل 4: واحد متصل شده واحد با امپدانس بالای زمین

شکل 4- واحد متصل شده واحد با امپدانس بالای زمین
شکل 4- واحد متصل شده واحد با امپدانس بالای زمین

حفاظت در شکل 4 شامل رله حفاظتی اضافه ولتاژ overvoltage) 59N)  و یک رله حفاظتی کم ولتاژ (undervoltage) هارمونیک سوم 27-3N  است (جدول 2 را ببینید). همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، یک خطای زمین در بوشینگ های ولتاژ بالا ژنراتور موجب افزایش ولتاژ خط به زمین به 173٪ نامی خط به نول می شود. همچنین، ولتاژ خنثی به زمین به سطح ولتاژ فاز به زمین می رسد. هر چه خطای زمین نزدیک تر به نول ژنراتور باشد، ولتاژ خنثی به زمین کمتر خواهد بود. 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 سیم پیچ ژنراتور محافظت می کند. رله 59N (به جدول 2 مراجعه شود) باید به گونه ای انتخاب شود که به ولتاژ هارمونیک سوم تولید شده در طول کار عادی عمل نکند. به خاطر کاهش جابه جایی نول (neutral shift)  در خطاها نزدیک نول،  59N  را برای این نوع خطا ها در نزدیکی خنثی (نول) ژنراتور عمل نمی کند.

شکل 5 جابه جایی نول در طی خطای زمین در سیستم زمین شده با مقاومت بالا.

شکل 5 جابه جایی نول در طی خطای زمین در سیستم زمین شده با مقاومت بالا
شکل 5 جابه جایی نول در طی خطای زمین در سیستم زمین شده با مقاومت بالا

خطا در نزدیکی خنثی ژنراتور می تواند با رله  تشخیص آندر ولتاژ هارمونیک ۳ 27-3N فهمید. هنگام استفاده از مقاومت زمین بالا، یک مقدار قابل تشخیص از  ولتاژ هارمونیک سوم معمولا در خنثی ژنراتور وجود دارد، 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 بستگی دارد و در بعضی از ژنراتورها می تواند بسیار کم باشد. یک ژنراتور با ضریب سیم پیج 2/3  موجب کاهش قابل ملاحظه ولتاژ هارمونیک سوم خواهد شد. سطح ولتاژ هارمونیک طوری است که معمولا در مقدار سطح تحریک پایین و سطح بار پایین کاهش می یابد. در طول خطای های زمین در نزدیکی خنثی ژنراتور، ولتاژ هارمونیک سوم در نول ژنراتور به زمین وصل و اتصال کوتاه می شود که  باعث می شود تا رله 27-3N  حذف هارمونیک ۳ را تشخیص داده و عمل می کند (شکل 6). مهم است که  27-3N ولتاژ های هارمونیک اصلی را تا هر چقدر امکان پذیر است نادیده بگیرد.

شکل 6: خطای زمین در نزدیکی خنثی ژنراتور، هارمونیک ولتاژ سوم  را در خنثی ژنراتور کاهش می دهد و باعث عملکرد رله حفاظتی 27-3N‌ می شود.

شکل 6- خطای زمین در نزدیکی خنثی ژنراتور، هارمونیک ولتاژ سوم را در خنثی ژنراتور کاهش می دهد و باعث عملکرد رله حفاظتی 27-3N‌ می شود
شکل 6- خطای زمین در نزدیکی خنثی ژنراتور، هارمونیک ولتاژ سوم را در خنثی ژنراتور کاهش می دهد و باعث عملکرد رله حفاظتی 27-3N‌ می شود

حفاظت 27-3N  یک عملکرد عالي نظارتي را در کنار حفاظت تشخيص خطا انجام مي دهد. اگر سیستم زمین  اتصال کوتاه شده یا باز شود، 27-3N  عمل می کند.

رله اضافه ولتاژ فاز 59P  در شکل 4 بر روی  27-3N نظارت می کند و رله قفل 86 (lockout) را زمانی که ژنراتور خاموش است، می توان تنظیم مجدد (ریست) کرد. در غیر این صورت، فیلد یا همان نمیتواند اعمال شود تا هنگامی که فیلد یا میدان اعمال می شود و 59P عمل می کند، حفاظت 27-3N  فعال می شود. رله 59P  باید برای حدود 90٪ از ولتاژ نامی تنظیم شود. یک کنتاکت “a” از بریکر می تواند به جای حفاظت 59P  برای نظارت بر تریپ کردن 27-3N  استفاده شود. تا زمانی که مقداری توان پیشرو (forward power)وجود داشته باشد مسدود کردن 27-3N   نیز انجام شده است. با این حال، استفاده از یک رله 59P اجازه می دهد تا 27-3N ، حفاظت قبل از سنکرون کردن (یعنی قرار دادن واحد به صورت آنلاین)، هنگامی که فیلد اعمال می شود را فراهم کند.

برای در بر گرفتن 100٪ سیم پیچ استاتور در ژنراتورهای زمین شده با 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 می دهد که تمام سیم پیچ به غیر از   آخرین (1/240) * 100 = 0.416%  از سیم پیچی توسط حفاظت اضافه ولتاژ در بر گرفته شود. اگر 20V هارمونیک سوم در طول رله قبل از یک خطا ایجاد شده باشد، یک تنظیم عملکرد رله هارمونیک ثانویه در1 V ، عملکرد برای خطای (1/20) * 100 = 5% از خنثی را فراهم می کند.

 تنظیم پیکاپ خیلی پایین 59N  یا عملکرد رله  27-3N  در ولتاژ بسیار پایین ممکن است منجر عملکرد رله خطای زمین در شرایط کار عادی شود. سطح عملکرد رله هارمونیک سوم می تواند سخت ترین مقدار برای تنظیم باشد زیرا این مقدار بستگی به طراحی ماشین، تحریک ژنراتور و مقدار بار دارد. توصیه می شود ولتاژ های هارمونیک سوم را در خلال ژنراتور در شرایط بارگیری و بارگذاری قبل از انتخاب یک تنظیم ولتاژ عملکرد برای رله 27-3N، اندازه گیری کنید. در برخی از ژنراتورها، در تحرک کم و بار کم هارمونیک سوم در خنثی می تواند تقریبا به مقدار خیلی پایینی برای اندازه گیری تبدیل شود ، که نیاز به مسدود سازی 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 می باشد.

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 ولتاژ های هارمونیک سوم شود می تواند تغییر کند. خطای زمین در نول ژنراتور، این نسبت را تغییر می دهد، روش دیگری برای تشخیص خطای زمین در ژنراتور را به وجود می آورد. دو مشکل موجود در این روش وجود دارد:

 مشکل در ایجاد یک روش تا به صورت دقیق  ولتاژ های پایین هارمونیک سوم را در ترمینال های ولتاژ ژنراتور در حضور ولتاژ های بزرگ فرکانس اصلی ژنراتور تخیص دهیم (چون ولتاژ فرکانس اصلی یا همان ۵۰ یا ۶۰ هر تز بسیار بالا است تشخیص ولتاژ هارمونیک ۳ سخت می شود)

و مشکلات مربوط به تغییرات نسبت هارمونیک سوم تحت برخی شرایط کاری

اگر حفاظت 59N  فقط برای هشدار استفاده شود، نسبت ولتاژ ترانسفورماتور توزیع باید برای محدود کردن ولتاژ  ثانویه تا حداکثر مقدار ولتاژ نامی دائمی (continuous rating) رله انتخاب شود. اگر رله برای تریپ کردن مورد استفاده قرار گیرد، ولتاژ ثانویه می تواند تا ولتاژ نامی ده ثانیه در رله افزایش پیدا کند. تریپ کردن رله برای آسیب رساندن حداقل به آهن در یک خطای سیم پیچ و حداقل کردن خطای چند فاز توصیه می شود

جایی که ترانسفورماتورهای ولتاژ (Wye-wye (VTs به ترمینال های ماشین ها متصل می شوند، به منظور جلوگیری از عملکرد حفاظت 59N  برای یک خطای زمین ثانویه، خنثی ثانویه VT  نباید زمین شده باشد. در عوض، یکی از سرهای  فاز باید زمین شده باشد (یعنی “زمین شده در گوشه corner ground “) تا باعث آزاد گذاشتن نول به صورت شناور شود. این اتصال هر گونه ولتاژ در طول رله 59N  را در یک خطای ثانویه فاز به زمین حذف می کند. اگر نول ثانویه VT زمین شده باشد، یک خطای ثانویه VT فاز به زمین جریان کمی ایجاد می کند، بنابراین فیوز ثانویه جریان کمی را می بیند و کار نمی کند. به نظر می رسد از نظر حفاظت حس کننده جابه جایی خنثی(نول) ژنراتور (59N)، خطا یک خطای فاز به زمین با امپدانس بالا دیده می شود و منجر به تریپ ژنراتور می شود. در حالت دیگر، فرض کنید که گوشه(Corner) VT (به عنوان مثال، فاز A) زمین شده است. اگر خطاهای فاز B یا C به زمین ایجاد شود، سپس خطا به عنوان یک خطای فاز به فاز دیده می شود که جریانهای زیادی در ثانویه می کشد و فیوز ثانویه را به سرعت می سوزاند و عمل می کند و از عملکرد 59N  جلوگیری می کند.یک خطای نول به زمین، تمایل دارد که 59N  را وادار به عمل کردن بکند، اما احتمال رخداد آن کم است. در غیر این صورت اگر VT های ژنراتور به صورت گالوانیکالی galvanically به مجموعه ای از VTs خنثی متصل شوند یک  VT جداسازی (isolation VT)مورد نیاز است.

Galvanically  یا گالوانیکالی منظور این است 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 می دهد.

 سه VT wye  باید در جایی که یک Isolated phase bus  (هادی های فاز به صورت جداگانه در بر گرفته شده اند ) برای محافظت در برابر خطای های فاز به فاز در ترمینال های ژنراتور استفاده می شود.

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.

شکل 4 همچنین یک رله 51GN  را به عنوان راه دوم برای تشخیص خطای زمین استاتور نشان می دهد. استفاده از 51GN  علاوه بر 59N  و 27-3N به راحتی قابل توجیه است زیرا بیشترین خطا محتمل خطای زمین استاتور است. در صورتی که یک خطای زمین استاتور تشخیص داده نشود فاجعه آمیز خواهد بود، و در نهایت منجر به یک خطای چند فاز با جریان خطای بسیار بالا می شود، که تا زمانی که شار میدان افول کند (به عنوان مثال، برای 1-4 ثانیه) ادامه می یابد. CT نشان داده شده در شکل 4 می تواند با یک CT در ثانویه ترانسفورماتور توزیع جایگزین شود، به این ترتیب می توان از یک CT با ولتاژ پایین تر استفاده کرد. با این حال، اگر اولیه ترانسفورماتور توزیع اتصال کوتاه شود، 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 می تواند پایین تر تنظیم شود، اگر رله جریان هارمونیک را فیلتر کرده 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 داده می شود. در مورد رله 59N  ، تاخیر 51GN  به 59N  اجازه می دهد تا پاکسازی خطای زمین در سمت ولتاژ  بالا  انجام شود. یک رله اضافه جریان لحظه ای instantaneous overcurrent نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد، حدود سه برابر  زمان پیکاپ رله اضافه جریان تنظیم می شود ، هرچند ممکن است با فیوزهای اولیه VT که به ترمینال های ژنراتور متصل هستند، هماهنگ coordinate نشود.

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 رله های 59N  مشاهده می شود

و گرایش به تریپ شدن تمام ژنراتورها خواهد بود. رله 51N ، هنگامی که به یک CT  جمع کننده شار (flux summation CT) متصل می شود، در صورتی که حداقل سه ژنراتور در حال سریس دهی هستند، تریپ انتخابی را فراهم می کند. در این حالت، رله 51N  ژنراتور خطا دار از جریان بیشتری را نسبت به رله های 51N  دیگر مشاهده خواهد کرد. 51N  مناسب قبل از دیگر رله ها به دلیل ویژگی معکوس (inverse characteristic) رله ها عمل می کند. استفاده از CT  جمع کننده شار جریان محدود به مواردی است که در آن فضای CT می تواند سه کابل را به صورت مناسب در بر بگیرد. جریان های 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 است استفاده شود. با دو ژنراتور که هر کدام 10 A به یک خطای ترمینال در یک ژنراتور سوم اضافه می کند،رله51N   ژنراتور خطا دار 2*10/(50/5) = 2 A را می بیند. سپس حفاظت رله تا فاصله ([0.1]/2) • 100 = 5%  از نوترال انجام می شود.

وقتی که کابل های فیدر به باس ژنراتور متصل می شود، خازن اضافی سطح خیلی پایین تر از مقاومت زمین را نسبت به مقاومت زمین بدست آمده با یک واحد متصل شده (unit-connected case) دیکته می کند. مقاومت کمتری برای به حداقل رساندن ولتاژ گذرا طی یک خطای قوسی (arcing fault) لازم است.

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 می کند.

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 می کند.
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 می کند.

همان طور که در شکل 8 نشان داده شده است می توان دیفرانسیل خنثی (neutral differential) (87N) BE1-11g ، خنثی جهت دار(neutral directional) (67N) یا اضافه جریان خنثی(neutral overcurrent) (51N ) را می توان برای تشخیص خطای های زمین در هر دو حالت ژنراتور زمین شده بدون مقاومت (solidly) و ژنراتورهای  زمین شده با امپدانس کم( low-impedance grounded) استفاده نمود . 51N در  10٪ از جریان خطای زمین تنظیم می شود و باید با دیگر رله های حفاظت خطای زمین هماهنگ شود. 67N  عملکرد 51N را تشویق می کند و برای جریان خطا زمین جاری به سمت ژنراتور تنظیم شده و تاخیر زمانی کوتاه تری دارد. رله 87N  اختلاف جریان بین جریان محاسبه شده  نول(3I0) و جریان زمین اندازه گیری شده (IG) را تشخیص می دهد. 87N  بیشتر در ژنراتورهایی یافت می شود 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 می کند. هر  روشی استفاده می شود، باید تلاش کرد تا تنظیمات رله را برای تریپ برای خطاهای در حد 10٪ از حداکثر سطح جریان خطا زمین انجام شود. در طول  خطای های فاز خارجی، زمانی که اشباع متفاوت در CT های فاز ناشی از اثرات جریان  AC بالا یا تاثیرات جابه جایی لحظه ای ولتاژ  DC ممکن است جریان عملکرد بالا در 87N  می تواند رخ دهد ، در حالی که جریان خنثی ژنراتور همچنان صفر است، با فرض امپدانس هادی متعادل تا خطا. ویژگی مانیتور گذرا BE1-11g، 87N دارای یک تنظیم تاخیر زمانی قابل تنظیم برای فائق آمدن اشباع های گذرای ممکن در CT است که ناشی از این جریان های خطای بالا، خطای های خارجی دو فاز به زمین است.

شکل 8. حفاظت از خطا زمین با 87N ، 67N و 51N.

شکل 8-حفاظت از خطا زمین با 87N ، 67N و 51N
شکل 8-حفاظت از خطا زمین با 87N ، 67N و 51N

برای درک بهتر حفاظت ژنراتور پیشنهاد می شود مقالات زیر نیز مطالعه شود:

مقدار نامی بهینه مقاومت زمین (NGR) در ولتاژ متوسط در نیروگاه های تولید توان

ترانسفورماتورهای جریان (سی تی CT) – انواع، ویژگی  و کاربردهایشان

هارمونیک چیست و چگونه آنها را فیلتر و از سیستم حذف کنیم؟

واحدها و سیستم های حفاظت الکتریکی

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن