ZAŠTITA GENERATORA
Zaštita od kratkog spoja sa zemljom statorskog namotaja
Ovo je dosta čest tip kvara koji se pojavljuje u pogonu generator. Uobičajeno je da su
zvjezdišta generatora izolovana ili uzmeljena preko otpora čiji je otpor relativno velik, tako da
se struje jednopolnog kratkog spoja drže u granicama relativno bezopasnim za generator (to
su struje reda nekoliko ampera sa kojima jedno vrijeme može biti i nastavljen pogon).
Zaštitom od kratkih spojeva sa zemljom treba da se detektuju jednopolni kratki spojevi i
spriječi njihovo prerastanje u neki teži kvar – dvostruki jednopolni kratak spoj, dvopolni
kratak spoj sa zemljom ili kratak spoj između zavoja iste faze.
Zadatak Potrebno je izvesti zaštitu od kratkog spoja sa zemljom statorskog namotaja
generatora koji je priključen na direktno uzemljenu mrežu 110 kV preko transformatora u
blok spoju. Snaga generatora je S ng  30 MVA , a napon generatora U ng  6,3 kV . Kapacitet
između namotaja 110 kV-og i 6,3 kV-og namotaja transformatora iznosi C 0  0,03 F / fazi .
Kapacitet generatorskog namotaja, spojnog voda od generatora do transformatora i namotaja
niskonaponske strane transformatora prema zemlji iznosi C1  0,3 F / fazi . Potrebno je
odrediti:
a) vrijednost napona zvjezdišta generatora u slučaju da je ono izolovano, a u direktno
uzmeljenoj mreži dođe do jednopolnog kratkog spoja
b) vrijednost otpora kojeg treba vezati u zvjezdište generator kako bi se obezbijedila 93%
zaštita namotaja statora od jednopolnog kratkog spoja u mreži 110 kV za slučaj
primjene zaštite koja je izvedena na principu mjerenja napona zvjezdišta generator
prema zemlji
c) dodatni kapacitet koji treba priključiti na generator da bi se postigla ista osjetljivost
zaštite kao i u slučaju b) samo bez uzemljenja zvjezdišta generatora preko otpora
Rješenje
a) Pri pojavi kratkih spojeva sa zemljom u elektroenergetskom sistemu iza blok
transformatora, na generator se uspostavljaju relativno visoki naponi nultog režima, bez
obzira što je blok transformator sprege Dy. Zbog postojanja kapaciteta između
visokonaponskog i niskonaponskog namotaja transformatora, nulti režim iz
elektroenergetskog sistema se prenosi i na generator. Na sljedećoj slici označeni su kapaciteti
između namotaja transformatora C0, kapaciteti generatorskog namotaja Cg, spojnih vodova od
generatora do transformatora Cv i namotaja niskonaponske strane transformatora CT prema
zemlji.
Kapaciteti bloka generator – transformator u nultom režimu
Na sljedećoj slici je prikazana i odgovarajuća ekvivalentna šema i naponi na kapacitetima u
nultom režimu.
Ekvivalentna šema bloka generator – transformator u nultom režimu
Kapacitet C1 predstavlja zbir kapaciteta generatorskog namotaja, spojnih vodova od generator
do transformatora i namotaja niskonaponske strane transformatora prema zemlji (međufazni
kapaciteti u nultom režimu ne postoje). Pomenuti kapaciteti prema zemlji značajno zavise od
snage, napona i konstrukcije generator.
Pošto je impedansa generator za direktni i inverzni režim zanemarljiva u odnosu na
impedansu u nultom režimu (koju dominantno čine kapacitivni otpori), može se uzeti da je
struja jednopolnog kratkog spoja:
I  U 0  j 3  C1
Neka je pri pojavi kratkog spoja sa zemljom u elektroenergetskom sistemu na
visokonaponskoj strain blok transformatora vrijednost nulte komponente napona U 0' . Napon
U 0' veći je od napona U 0 za pad napona na kapacitetu C0:
U 0'  U 0  j
I
3  C0
 U0 
 C 
C1
U 0  1  1  U 0
C0
 C0 
odakle je napon izolovanog zvjezdišta generator U 0 :
 C0 

U 0  U 0' 
 C 0  C1 
Kod jednopolnog kratkog spoja napon “bolesne” faze jednak je faznom naponu mreže:
U 0'  Vm
dok su fazni naponi ostale dvije “zdrave” faze po modulu jednaki linijskim naponima.
U0 
110 10 3
3

0,03
 5773,5  5,8 kV
0,03  0,3
b) Kod generator priključenih preko blok transformatora na mrežu visokih napona naponi U 0
mogu biti veći od nominalnih napona generator. Da bi se izbjegla pojava visokih napona U 0
pribjegava se uzmeljenju zvjezdišta generator preko relativno velike vrijednosti otpora R, kao
što je prikazano na sljedećoj slici.
Kapaciteti bloka generator – transformator sa uzemljenim zvjezdištem generator preko otpora R
u nultom režimu
Na sljedećoj slici je prikazana i odgovarajuća ekvivalentna šema bloka generator – transformator
i naponi na kapacitetima u nultom režimu sa uzemljenim zvjezdištem generator preko otpora
R.
U tom slučaju, nulta komponenta struje koja teče od elektroenergetskog sistema prema
generatoru je:
1

I  U 0    j 3  C1 
R

'
Kako je i u ovom slučaju napon U 0 veći je od napona U 0 za pad napona na kapacitetu C0:
U 0'  U 0  j
 C
I
1
 U0
 U 0  j   j 3  C1  
 U 0 1  1
3 C 0
R
 3 C 0
 C 0
 
2


1
  j

3 R C 0 

 
U 0'  Re 2 U 0'  Im 2 U 0'
U
'2
0
 C
 U 1  1
 C 0
2 
1
  
  3 R C 0
2
0



2



Prema tome, napon zvjezdišta generator pri jednopolnm kratkom spoju sa visokonaponske
strane blok transformatora iznosi:
U0 
U 0'
 C1
1 
 C0
2
 
1
  
  3 R C 0



2
odnosno
R
1
3 C 0
1
2
2
 U 0'   C1 


 U   1  C 
0 
 0 
Da bi se obezbijedila 93% zaštita namotaja statora, napon zvjezdišta generator ne smije da
premaši 7% od faznog napona generatora:
U 0  0,07 
Vg
3
 0,07 
6,3 10 3
3
 255 V
Kako je visokonaponska strana transformatora direktno uzemljena, napon U 0' mijenja se duž
namotaja od nule do punog iznosa (kada nisu poznati podaci za proračun ekvivalentnih šema),
tako da se može uzeti srednja vrijednost napona:
U 0'  0,5  Vm  0,5 
R
1
3 C 0
110 10 3
3
1
U

U
 0
'
0
2
  C1
  1 

  C0



2

 31,8 kV
1
3  2  50  0,03  10 6
1
2
0,3 
 31,8  

  1 

 0,255   0,03 
2
 285 
Dobijena vrijednost za otpor je takva da se pri nastanku jednopolnog kratkog spoja ne
pojavljuju struje zemljospoja zbog kojih bi se morao generator brzo isključiti.
c) Napon koji se pojavljuje u izolovanom zvjezdištu generatora kod jednopolnog kratkog
spoja u direktno uzemljenoj mreži iznosi:
 C0 

U 0  U 0' 
' 
 C 0  C1 
Ako je prema b) vrijednost napona U 0  255 V i U 0'  31,8 kV , a iz uslova zadatka
C 0  0,03 F / fazi potreban kapacitet prema zemlji C1' je:
U '

 31,8

C1'  C 0  0  1  0,03 
 1  3,7 F / fazi
 0,255 
U0

Kako je C1  0,3 F / fazi potrebno je dodati kapacitet od 3,4 F / fazi prema zemlji na
generatorskom naponu:
C d  C1'  C1  3,7  0,3  3,4 F / fazi
Zaključak
Na vrijednost napona U 0 , pa prema tome i na osjetljivost zaštite, utiče se odgovarajućim
izborom otpora R i povećanjem kapaciteta C1 . Pri tome treba imati u vidu da se smanjivanjem
otpora R povećava struja jednopolnog kratkog spoja.
Download

ZAŠTITA GENERATORA