Поперечная дифференциальная защита.

Для защиты генераторов, имеющих две параллельные ветви и более, применяется специальная поперечная диф.защита, которая реагирует на разность токов, проходящих в параллельных ветвях обмотки статора. Принцип действия защиты такой же, как у поперечной дифференциальной (восьмёрочной) защиты параллельных линий. В нормальном режиме в параллельных ветвях, проходят равные токи, и в реле попадает только ток небаланса. При замыкании между витками одной из параллельных ветвей равенство токов нарушается и реле срабатывает. На рис.5 показана схема однорелейной поперечной диф.защиты, которая наиболее широко применяется на практике. В этой схеме токовое реле подключено к ТТ, установленному в цепи между двумя нулевыми точками

соединённых в звезду параллельных ветвей обмотки статора. В нормальном режиме, когда токи в обеих параллельных ветвях равны, а сумма токов в каждой звезде равна нулю, ток в реле не проходит. При возникновении виткового замыкания в одной из ветвей равенство токов нарушается и в реле проходит ток, под действием которого оно срабатывает. С целью повышения чувствительности токовое реле включается через фильтр ZF для отстройки от воздействия гармоник, кратных трём, наличие которых обусловлено искажением формы кривой ЭДС генератора. В результате ток срабатывания реле при частоте 150 Гц (третья гармоника) примерно в 10 раз превышает ток срабатывания при частоте 50 Гц.

Защита выполняется без выдержки времени. Поперечная диф.защита так же, как и продольная, должна действовать на отключение всех выключателей генератора, на гашение поля, а также на останов турбины. Кроме своего основного назначения защита от витковых замыканий, поперечная диф.защита может также в некоторых случаях срабатывать и при многофазных КЗ, резервируя продольную диф.защиту. Ток срабатывания поперечной диф.защиты отстраивается от максимального тока небаланса, который может проходить в реле при внешних КЗ, и принимается равным:

 (5)

Защита от однофазных замыканий на землю.

Назначение защиты. Для уменьшения тока замыкания на землю в сети генераторного напряжения, что существенно повышает надёжность эксплуатации генераторов и кабельных сетей, генераторы напряжением 3 Кв и выше, как правило, работают с изолированной нейтралью.

При однофазном замыкании на землю на выводах генератора ток в месте замыкания равен:

 (6)

Если замыкание на землю возникает не на выводах статора, а на расстоянии w витков от нулевой точки генератора, ток в месте замыкания будет равен:

, (7)

где  - отношение числа замкнувшихся витков к общему числу витков обмотки статора. Таким образом, при замыкании на землю фазы статора ток в месте повреждения пропорционален числу замкнувшихся витков и значению ёмкости присоединённой сети.

Защита с трансформаторами тока нулевой последовательности, имеющими подмагничивание. Поскольку токи замыкания на землю малы по сравнению с токами, проходящими при многофазных КЗ, защита генератора от замыканий на землю должна иметь высокую чувствительность. Поэтому токовые реле защиты от замыканий на землю подключаются к специальным трансформаторам тока нулевой последовательности, которые обеспечивают работу защиты при малых токах замыканий на землю.

В эксплуатации используются ТТ нулевой последовательности двух типов: для защиты генераторов, имеющих кабельные вводы, - кабельного типа (ТНП) и для защиты генераторов с шинными вводами шинного типа (ТНПШ). По принципу действия ТНП аналогичны ТТ нулевой последовательности, которые применяются в схемах защиты от замыканий на землю кабельных линий. Для правильной работы защиты с ТНП при монтаже трансформатора необходимо выполнять следующие условия:

а) ближайшие участки ошиновки соседних ячеек в РУ должны быть удалены от ТНП на расстояние 1,5 2 м, чтобы устранить влияние внешних электромагнитных полей;

б) ТНП устанавливается возможно ближе к выводам генератора, так чтобы в зону защиты входили кабели меньшей длины, но не менее чем 0,7 м от концевых кабельных воронок;

в)ТНП устанавливается на металлических кронштейнах, на которые опираются немагнитные планки, стягивающие оба магнитопровода. Стальные детали крепящей конструкции должны быть удалены от сердечника ТНП на 40 50 мм;

г) для предотвращения ложной работы защиты от наведённых и блуждающих токов, проходящих по броне кабеля, каждый кабель со стороны выводов генератора изолируется от земли на всём протяжении от места установки ТНП до кабельных воронок. Воронки заземляются проводом, который пропускается через окно ТНП так же, как и в защите кабельных линий;

д)кабели в окне ТНП должны располагаться симметрично для уменьшения токов небаланса, возникающих при их несимметричном расположении.

ТТ нулевой последовательности кабельного типа выпускаются на 2, 4,7, 12, 16 кабелей. В тех случаях, когда трудно объединить все кабели одним ТТ из-за большого числа кабелей или по условиям их прокладки, допускается установка двух ТНП с параллельным соединением вторичных обмоток и обмоток подмагничивания.

ТТ шинного типа ТНПШ применяются на генераторах с шинными выводами. Для того, чтобы ток небаланса, проходящий в реле, не превышал допустимого значения, а шины, встроенные в ТНПШ, не перегревались, при монтаже шинных ТТ нулевой последовательности необходимо соблюдать определённые требования:

а) посторонние участки ошиновки должны быть удалены от сердечников ТНПШ на 1 1,5 м, а стальные конструкции на 0,5 м. профиль углового железа или швеллеров, на которых крепится ТТ, не должен быть выше № 6 6,5. Они должны быть удалены от сердечников ТНПШ на 40 50 мм;

б) пакет шин укрепляется симметрично относительно центра окна магнитопровода. При правильном расположении шин и монтаже ТНПШ напряжение на зажимах обмотки реле не должно превышать значений паспортных данных.

Схема защиты генератора с ТНП и ТНПШ от замыканий на землю в обмотке статора показана на рис.6. Токовое реле КА1 включено на вторичную обмотку ТНП. Чтобы предотвратить неправильное действие защиты от токов небаланса, проходящих кратковременно во время переходных процессов при замыкании на землю во внешней сети, в схему введено реле времени КТ (рис.7), создающее выдержку времени 0,5 2 с. Напряжение для подмагничивания ТНП, равное 100 110 В, подаётся от ТН, установленного на выводах генератора.

В схеме защиты предусмотрен вольтметр с кнопкой, с помощью которого можно примерно определить число замкнувшихся витков при замыкании на землю в обмотке статора.

Чем дальше от нулевой точки генератора возникает замыкание на землю, тем больше будут показания вольтметра.

На рис.7 показано также токовое реле КА2, которое предназначено для действия при двойных замыканиях на землю (одно замыкание на землю во внешней сети генераторного напряжения, а второе в обмотке статора). Реле КА2 действует без выдержки времени на выходное промежуточное реле генератора через указательное (блинкерное) реле КН2. Цепи напряжения, питающие обмотку подмагничивания ТНП, размыкаются вспомогательным контактом выключателя при его отключении для снятия напряжения с ТНП по условиям ТБ.

Ток срабатывания чувствительного реле защиты от замыканий на землю должен удовлетворять следующим условиям:

а) быть не выше 5 А, чтобы обеспечить отключение генератора

при токах замыкания на землю 5А и выше

 (8)

б) быть больше тока небаланса, проходящего через ТНП при внешнем двухфазном КЗ.

Для определения первичного тока срабатывания защиты можно применить выражение:

, (9)

где I_с,г собственный емкостной ток генератора; k_в коэффициент возврата (0,50,8); I_нб ток небаланса, приведённый к первичной стороне ТНП. Для ТНП кабельного типа 1А; для ТНПШ при наличии блокировки, выводящей защиту из действия при токах I_k (1,31,5) I_ном 1 1,5А.