Proteção contra falta à terra do rotor de um gerador elétrico

25 de junio de 2024 Luciano Bertene

Dentro de uma geração, eles foram os primeiros geradores elétricos e garantir geradores suaves e confiáveis é de extrema importância. A geração de eletricidade é fundamental para alimentar a nossa sociedade moderna, desde residências e empresas até à indústria e infraestruturas. No entanto, estas máquinas vitais não estão imunes a erros e falhas que podem perturbar as suas operações e ameaçar a estabilidade de toda a rede elétrica. Um aspecto crítico da proteção do gerador é a implementação da proteção contra falta à terra do rotor, um sistema sofisticado projetado para detectar e mitigar um tipo específico de falta que pode ter consequências de longo alcance.

Proteção contra falha à terra do rotor

Como o campo não está aterrado, um único rotor não causa baixa corrente no gerador nem afeta o funcionamento do gerador elétrico. Um único rotor Falta à terra aumenta o estresse para eles solo no campo quando os transitórios do estator induzem tensão adicional nos enrolamentos de campo. Assim, a probabilidade de um segundo Erro básico elevado.

Quando ocorre uma segunda falta à terra, uma parte do enrolamento de campo é desviada, fazendo com que a corrente através da parte restante do enrolamento de campo aumente. Isto leva a um desequilíbrio nos fluxos do entreferro e causa um problema no forças magnéticas em lados opostos do rotorEste desequilíbrio nas forças magnéticas leva à excentricidade do eixo do rotor e causa vibração.

O circuito do rotor está conectado a uma alta resistência. O ponto central é conectado à terra através de um relé sensível. O relé detecta faltas à terra do rotor na maior parte do círculo do rotor, com exceção do centro do rotor.

Alimentação CC – proteção contra falha à terra

Falhas à terra podem danificar os enrolamentos. A figura a seguir mostra o método moderno de um Falha à terra do rotor.

Um relé de ferro móvel polarizado cria uma tensão de polarização CC entre o circuito de campo e o terra. Quando ocorre uma falta à terra no enrolamento de campo, “C” faz com que a corrente “o” caia através do relé “R”. Funciona porque o circuito é fechado pelo relé de polarização CC e pela falha à terra. Não é necessário desligar o gerador. Normalmente, um alarme soa quando ocorre uma única falha de campo. Imediatamente são tomadas medidas para transferir a carga do gerador defeituoso e desligá-lo o mais rápido possível para evitar maiores danos.

Alarme de temperatura do rotor

Este tipo de Proteção de geradores elétricos é usado para conjuntos grandes. Como não é prático incorporar termopares no enrolamento do rotor porque as conexões dos anéis coletores seriam complicadas, a medição de resistência é usada. Um relé de bobina móvel compara a tensão e a corrente do rotor. A bobina de tensão do relé é conectada através das escovas do anel coletor. A onda de corrente é conectada através do shunt no circuito de campo. A barreira operacional é a bobina de tensão e o circuito de corrente é medido. O relé mede a relação V/I=R, que mede a temperatura do rotor à medida que a resistência aumenta com a temperatura.

Detectando perda de excitação em geradores

Esta proteção utiliza um Relé ou deslocamento MHO relé de impedânciaA figura mostra a perda de propriedades de excitação

Os efeitos especiais da excitação offset incluem:

A máquina começa a extrair grande corrente magnetizante do sistema. Ela corre como Gerador de indução.
A frequência de escorregamento EMF é induzida no rotor.

Ambos levam ao superaquecimento do rotor.

O Perda de excitação pode ser detectado medindo o erro de “compensação reativa” da “corrente do tator”. “VAR import i” excessivo indica perda de sincronia. O “mau funcionamento” do relé devido a transientes do sistema (causando uma reversão temporária do componente VAR) é superado incorporando um atraso de 1 a 5 segundos na sequência de disparo do relé.

Um relé de subcorrente no circuito de campo também pode ser usado, exceto para grandes geradores onde a excitação varia muito. Mas em caso de subcorrente o relé não funcionará se a excitação do campo falhar. Um relé de subcorrente de ação rápida apresenta mau funcionamento devido à corrente CA induzida durante a sincronização e falhas externas.

Características do relé Mho de impedância de deslocamento

Uma solução alternativa é usar uma impedância de deslocamento ou relé Mho nos terminais do gerador de deslocamento. A característica operacional do relé Mho está compensada na figura (perda de excitação). Em excitação extremamente baixa ou perda completa de excitação, a impedância equivalente do gerador cai na zona de disparo do relé. O esquema de proteção acima também é aplicável para proteção circuito aberto do rotor.

O relé Mho de impedância offset, comumente referido como relé Mho, é um elemento crucial na proteção do sistema de potência. Funciona com base nas características de impedância e é crucial para proteger o sistema.

Princípio de trabalho: O relé Mho utiliza um diagrama polar para visualizar sua característica de impedância. Ele responde a falhas dentro de uma determinada faixa de impedância neste diagrama.
Proteção contra perda de excitação: Quando há baixa ou nenhuma excitação em um gerador, a zona de disparo do relé pode incluir a impedância equivalente do gerador. Isso detecta excitação insuficiente e possíveis falhas de rotor inativo.
Cargas irregulares: O relé Mho é útil na solução de problemas de sequência negativa causados por correntes desequilibradas do estator. Pode responder a estas questões e mitigar riscos.

Vantagens

Velocidade: O relé Mho detecta e responde rapidamente a falhas, minimizando danos e garantindo estabilidade.
Versatilidade: É eficaz em vários cenários de falha além da perda de excitação.
Compreensão Visual: O uso de gráficos RX ilustra a resposta do relé sob diversas condições.

Considere as cores

Embora o relé Mho forneça proteção robusta, a coordenação adequada dos ajustes e a consideração cuidadosa dos parâmetros característicos do relé são essenciais para evitar disparos acidentais durante cenários transitórios ou sem falta.

Proteção de sequência negativa de geradores elétricos contra carregamento assimétrico

O estator trifásico desequilibrado faz com que correntes sejam induzidas no rotor com o dobro da frequência. Isso pode fazer com que o rotor aqueça e danifique-o. Em rotores desequilibrados, as correntes de fase possuem componentes de sequência negativa e giram a uma velocidade síncrona oposta ao sentido de rotação do rotor. Portanto, um fluxo de corrente com dupla frequência é induzido no rotor.

Para evitar o aquecimento do rotor nessas condições, é utilizado um relé de sequência negativa, que possui característica I.²₂t = K ou t α (1/I²₂), onde t é o tempo de operação do relé e I₂ é o componente da corrente de sequência negativa. K é uma constante com valor 7 para geração de energia de resfriamento direto e 60 para grupo gerador hidrelétrico de pólos salientes.

O relé desarma o interruptor principal do gerador.

O superaquecimento do rotor também pode ser devido a uma falha externa desequilibrada que não é resolvida rapidamente, a um circuito aberto em uma fase ou à falha de um contato monofásico do disjuntor.

Compreendendo as falhas de aterramento do rotor

Uma falta à terra do rotor ou falta à terra ocorre quando uma corrente de falta flui de um ou mais enrolamentos do rotor para o núcleo metálico do gerador e eventualmente assume sua forma. Este erro pode ser causado por ruído, estresse mecânico ou contaminação. Se não for resolvida, uma falta à terra do rotor pode ter consequências graves, incluindo danos ao gerador, tempo de inatividade prolongado e efeitos potencialmente em cascata em toda a rede elétrica.

Importância da proteção contra falta à terra do rotor

A proteção contra falha à terra do rotor é uma proteção para geradores elétricos. Permite a detecção precoce e a intervenção rápida para prevenir consequências catastróficas. Este sistema de proteção melhora a confiabilidade do gerador, minimiza o tempo de inatividade e contribui para a estabilidade geral da rede elétrica.

Principais componentes da proteção contra falta à terra do rotor

Proteção diferencial de corrente: A proteção diferencial compara as correntes que entram e saem dos enrolamentos do rotor. Qualquer desequilíbrio indica uma falha que irá disparar um alarme ou danificar ainda mais o enrolamento.
Terapia neutrogenerativa: Com este método, uma baixa tensão é alimentada no ponto estrela do enrolamento e as correntes resultantes são monitoradas. Uma mudança nessas correntes pode indicar uma falta à terra no rotor.
Aterramento de alta resistência: A implementação de alta resistência pode ajudar a limitar as correntes de falha e fornecer indicação de falhas. Este método permite a penetração firme dos casais antes da proteção do fascínio: Ao monitorar a impedância do enrolamento do rotor, alterações causadas por faltas à terra podem ser detectadas. Este método é particularmente útil para identificar erros intermitentes.

Benefícios e efeitos

Confiabilidade aprimorada: A proteção contra falha à terra do rotor garante que os geradores permaneçam operacionais e reduz o risco de falhas inesperadas e custos associados.
Segurança: Ao evitar o aumento das falhas, a proteção contra falta à terra do rotor contribui para a segurança do pessoal que trabalha próximo aos geradores.
Manutenção otimizada: Através da detecção precoce de erros, o trabalho de manutenção pode ser planejado de forma proativa, o tempo de inatividade pode ser minimizado e a vida útil do gerador pode ser otimizada.
Estabilidade da rede: Ao evitar a propagação de faltas relacionadas ao gerador na rede, a proteção contra falta à terra do rotor ajuda a manter a estabilidade geral do sistema de potência.

Conclusão

A crescente dependência mundial da electricidade exige uma infra-estrutura de produção de energia robusta e segura. A proteção contra falta à terra do rotor é uma prova dos métodos inovadores que engenheiros e pesquisadores estão usando para mitigar os riscos e desafios associados à geração de energia. Ao implementar sistemas de proteção avançados, como a proteção contra falhas à terra do rotor, podemos garantir uma sociedade elétrica estável que promova a segurança e forme a espinha dorsal do progresso da sociedade moderna.