Proteção contra faltas entre espiras e faltas à terra limitadas

Erro entre curvas

Os estatores desempenham um papel crucial na operação de máquinas elétricas, como geradores e motores, criando um campo magnético estacionário que interage com o campo magnético rotativo do rotor. No entanto, os estatores são suscetíveis a falhas que podem afetar seu desempenho e levar a tempos de inatividade dispendiosos. Uma falha significativa que compromete a integridade do estator são os curtos-circuitos entre espiras, que ocorrem quando o isolamento entre cada volta dos enrolamentos do estator é danificado ou falha. Falhas entre espiras podem resultar em curtos-circuitos, correntes desequilibradas e aquecimento excessivo, comprometendo a confiabilidade e eficiência geral da máquina. Portanto, proteger os estatores dos curtos-circuitos tornou-se uma preocupação crítica na indústria.

Proteção contra curto-circuito do enrolamento do estator

O relé de proteção diferencial percentual nunca pode detectar faltas entre espiras ou faltas entre espiras no mesmo enrolamento de fase do estator (também chamado de relé diferencial Merz-Price modificado). Isto ocorre porque a corrente que esses defeitos produzem flui em um circuito local entre os enrolamentos afetados e não produz diferença entre as correntes que entram e saem do enrolamento nas duas extremidades onde os transformadores de corrente são colocados.

Se isso estator só tem uma bobina por slot, enrolamento curto não pode ocorrer. Com várias bobinas por slot Falha entre espiras provável que aconteça.

Portanto, em vez de um relé diferencial em série, este é Relé diferencial cruzado é usado para detectar Enrolamento do estator em curto.

Em estatores multienrolamentos, como os usados ​​em geradores hidrelétricos, cada enrolamento de fase é dividido ao meio devido às altas correntes que devem transportar.

Proteção contra curto-circuito do enrolamento do estator

Gerador de feridas paralelas

O diagrama esquemático de um proteção diferencial transversal pré-carregada para Enrolamento do estator em curto é mostrado na figura acima.

Este tipo de proteção requer precauções especiais de enrolamento. Para detectar a falta entre espiras, cada enrolamento (fase) é dividido em duas partes conforme mostra a figura. Em condições normais, a corrente através dos dois enrolamentos é igual. Portanto, as espiras no enrolamento secundário dos dois TCs são semelhantes e nenhuma corrente flui pela bobina de operação do relé, portanto o relé não opera. Se ocorrer uma falta entre as espiras, a corrente através dos dois TCs não é igual e, portanto, a diferença na corrente flui através da bobina de operação do relé. O relé energiza e fecha o circuito de disparo para isolar as seções defeituosas.

Gerador com um único enrolamento por vetor de fase e um enrolamento paralelo inacessível

Proteção contra curto-circuito do enrolamento do estator
Este tipo de proteção utiliza componentes de tensão zero causados ​​pela redução da força eletromotriz na fase defeituosa. Quando o erro ocorre, a tensão de tensão zero aparece acima do Enrolamento terciário de conversor de voltagem, que está conectado à bobina operacional do relé direcional de três elementos, operando assim o relé.

Proteção limitada contra falta à terra através de sistema diferencial

Se o fio neutro do gerador firmemente aterradoPode proteger enrolamentos completos de Erro fase-terra.

Como o neutro é aterrado através de um resistor para limitar a corrente de falta à terra, com este tipo de aterramento é impossível proteger todo o enrolamento da falta à terra e a porcentagem do enrolamento coberto depende do valor da resistência de aterramento do neutro e do relé contexto. A configuração deve ser tal que a proteção não funcione para Falhas à terra na página EHV. É improvável que ocorram faltas à terra perto do neutro, onde a tensão relativa à terra é mais baixa. Normalmente, cerca de 80 a 85% do enrolamento do gerador está protegido contra faltas à terra. O relé diferencial deixa os 20 a 15% restantes do enrolamento do lado neutro desprotegidos. Portanto, um separado Proteção contra falha à terra destina-se a proteger todo o enrolamento contra falhas à terra.

Proteção limitada contra falta à terra através de sistema diferencial

Se houver uma falta à terra no enrolamento do gerador (GW), a corrente de falta à terra é IF flui através de parte do enrolamento e é neutro em relação ao circuito de terra. A corrente secundária IS correspondente flui através da bobina de operação (OC) e do Falta à terra limitada (REF) Bobina do relé de proteção diferencial conforme mostrado na figura acima.

Proteção limitada contra falta à terra através de sistema diferencial

Se a falta à terra IF ocorre no ponto F do enrolamento do gerador, Vaf pode gerar corrente de falta à terra IF através da conexão do neutro à terra. Se o ponto 'F' estiver mais próximo de 'a', ou seja, mais próximo do neutro, a tensão de excitação é Vaf é relativamente baixo. Portanto, a corrente de falta à terra é IF será pequeno. É impossível manter o ajuste do relé muito sensível para detectar correntes de falta à terra de pequena magnitude. Portanto, na prática, cerca de 85% do enrolamento do gerador está protegido contra faltas fase-terra e os 15% ficam desprotegidos pela proteção diferencial contra faltas à terra.

O resistor R limita a corrente de falta à terra mostrada na figura acima. Se R for muito pequeno, o aterramento sólido não será usado. O aterramento sólido é limitado a 3,3 KV. Com aterramento de baixa resistência, a resistência R é alta o suficiente para permitir que a corrente total flua através do neutro para garantir a tensão total entre o condutor e o neutro. Para um gerador de 60 MW a resistência é tão alta que a terra tem cerca de 200A. A corrente máxima de falta à terra para aterramento de alta resistência é 10A, que geralmente é usada em transformadores de distribuição e unidades de transformadores geradores. Se a resistência do condutor neutro for maior, a corrente de falta à terra será reduzida. Portanto, uma porcentagem menor do enrolamento é protegida por proteção limitada contra falta à terra.

Conclusão

Em resumo, a implementação de sistemas de proteção contra falhas por rotação e falhas à terra é fundamental para manter a integridade e a longevidade dos estatores. Através de uma monitorização cuidadosa e de uma intervenção atempada, estes mecanismos de defesa avançados protegem o coração dos sistemas eléctricos, evitando potenciais falhas e falhas catastróficas. Ao proteger os estatores contra ameaças internas, garantimos o fornecimento de energia ininterrupto e melhoramos a confiabilidade geral da infraestrutura elétrica. À medida que a tecnologia avança, é fundamental continuar a explorar novas formas de proteger os estatores, introduzir soluções inovadoras e promover a resiliência destes importantes componentes. Com os esforços combinados de engenheiros, pesquisadores e especialistas do setor, podemos moldar um futuro onde os estatores resistam a condições adversas, forneçam desempenho consistente e forneçam energia ao nosso mundo com confiabilidade inabalável.

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