Existem muitas condições anormais que podem resultar em danos ao gerador.Algumas dessas condições são decorrentes de uma falha no gerador ou em um de seus subsistemas e outras têm origem no próprio sistema de potência.A tabela a seguir resume os tipos de falhas que podem ocorrer e os métodos de proteção associados.
Falhas de aterramento do estator
A falha mais comum do enrolamento do estator é a quebra do isolamento entre uma única fase e o terra.Não detectada, esta falha pode danificar rapidamente o núcleo do gerador.Incêndios também são possíveis em máquinas refrigeradas a ar.A capacidade do elemento diferencial do estator de detectar uma falta à terra é uma função da corrente de falta à terra disponível.Como tal, a proteção de falha de aterramento dedicada é geralmente necessária para o estator.
Os geradores fornecem a energia utilizada por todas as cargas do sistema de potência e grande parte da potência reativa necessária para alimentar os elementos indutivos, mantendo assim a tensão do sistema em valores nominais.Os sistemas de energia têm pouca capacidade de armazenamento de energia.Como tal, a geração perdida deve ser imediatamente substituída ou uma quantidade equivalente de carga deve ser eliminada.É de primordial importância que o sistema de proteção do gerador seja altamente seguro durante perturbações externas.
O gerador é um componente de um sistema complexo que inclui um motor principal, um excitador e vários sistemas auxiliares.Além da detecção de curtos-circuitos, o IED de proteção do gerador é, portanto, necessário para detectar uma série de condições anormais que podem danificar o gerador ou um de seus subsistemas.Os geradores podem ser classificados em dois tipos principais: de indução e síncronos.As máquinas de indução são normalmente menores em tamanho, variando até 100 kVA, e normalmente são acionadas por um motor alternativo.As máquinas síncronas variam em tamanho de várias centenas de kVA a 1200 MVA.
Os geradores síncronos podem ser acionados por uma variedade de motores principais, incluindo motores alternativos, turbinas hidráulicas, turbinas de combustão e grandes turbinas a vapor.O tipo de turbina afeta o projeto do gerador e pode, portanto, afetar os requisitos de proteção.O tamanho do gerador e seu método de aterramento também afetam seus requisitos de proteção.Máquinas de pequeno e médio porte são frequentemente conectadas diretamente a uma rede de distribuição (conexão direta).Nesta configuração várias máquinas podem ser conectadas ao mesmo barramento.Máquinas grandes geralmente são conectadas por meio de um transformador de potência dedicado à rede de transmissão (unidade conectada).
Um segundo transformador de energia nos terminais do gerador fornece energia auxiliar para a unidade.Os geradores são aterrados para evitar transientes de tensão prejudiciais e para facilitar a operação das funções de proteção.Os geradores conectados diretamente são frequentemente aterrados por meio de uma baixa impedância que limita a corrente de falha de aterramento a 200-400 amperes.As máquinas conectadas à unidade são normalmente aterradas por meio de uma alta impedância que limita a corrente a menos de 20 amperes.
Para máquinas conectadas diretamente e aterradas por baixa impedância, um método de detecção baseado em corrente é usado.Essa proteção precisa ser rápida e sensível para faltas internas à terra e, ao mesmo tempo, segura durante distúrbios externos.Isso pode ser obtido usando um elemento de falha de aterramento restrito ou um elemento direcional de neutro.O elemento de falta à terra restrita implementado no G30 e G60 emprega um mecanismo de restrição de componentes simétricos que fornece um alto grau de segurança durante faltas externas com saturação significativa do TC.
Para máquinas conectadas à unidade e aterradas por alta impedância, os métodos baseados em tensão são freqüentemente usados para fornecer detecção de falha de aterramento.Usando uma combinação de elementos de tensão fundamental e terceiro harmônico, a cobertura de falta à terra para 100% do enrolamento do estator pode ser alcançada.Os relés GE empregam um terceiro elemento de tensão harmônica que responde à relação entre os valores neutro e terminal da terceira harmônica.Este elemento é simples de configurar e insensível a variações nos níveis do terceiro harmônico em operação normal.
Falhas de Fase do Estator
As faltas de fase que não envolvem o terra podem ocorrer no final do enrolamento ou dentro de um slot em máquinas com bobinas da mesma fase no mesmo slot.Embora uma falta de fase seja menos provável do que uma falta de terra, a corrente resultante dessa falta não é limitada pela impedância de aterramento.Como tal, é fundamental que essas falhas sejam detectadas rapidamente para limitar os danos à máquina.Como a relação XOR do sistema é particularmente alta no gerador, o elemento diferencial do estator é particularmente suscetível à saturação do TC devido ao componente CC da corrente durante uma perturbação externa.O algoritmo diferencial do estator G60 adiciona segurança adicional no formato de uma verificação direcional quando há suspeita de saturação do TC devido aos componentes CA ou CC da corrente.
Horário da postagem: 30 de janeiro de 2023