Повреждения обмотки статора.

Междуфазные к.з. (3-х фазные и 2-х фазные) относятся к наиболее тяжёлым повреждениям генераторов. Они сопровождаются большими токами, которые в несколько раз превышают номинальный ток генератора.

Для защиты генераторов от междуфазных к.з., вызывающих значительные разрушения в статоре на генераторах мощностью более 1 МВт устанавливается продольная дифференциальная защита, действующая на отключение и развозбуждение генератора.

На генераторах меньшей мощности допускается применение более простых защит: максимальной токовой защиты или отсечки.

Однофазные замыкания на землю в крупных генераторах напряжением 3 кВ и выше, работающих с изолированной нейтралью, сопровождаются прохождением в месте замыкания небольших токов, однако длительное прохождение их и горение дуги в месте замыкания на корпус генератора могут привести к выгоранию изоляции и значительному оплавлению активной стали статора, после чего потребуется продолжительный ремонт с заменой повреждённой стали.

Из опыта эксплуатации и специальных испытаний установлено, что при однофазных повреждениях в обмотке статора ток замыкания на землю величиной до 5А не приводит к значительным повреждениям стали. Поэтому при токах замыкания на землю в сети генераторного напряжения величиной менее 5А защита от однофазных замыканий на землю, как правило, выполняется с действием на сигнал.

Если же токи замыкания на землю превышают величину 5А, а также на мощных генераторах независимо от величины тока замыканий на землю, защита должна действовать на отключение генератора от сети и развозбуждение.

На генераторах малой мощности напряжением до 500 В, работающих с заземлённой нейтралью, защита от однофазных к.з., которые сопровождаются большими токами к.з. должна действовать на отключение и развозбуждение генератора.

При замыканиях между витками одной фазы в статоре генератора, токи, проходящие в месте повреждения соизмеримы с токами к.з. между фазами. На генераторах, имеющих выведенные параллельные ветви, для защиты от витковых замыканий устанавливается поперечная дифференциальная защита, действующая на отключение и развозбуждение генератора. На генераторах, не имеющих выведенных параллельных ветвей, защита от витковых замыканий не устанавливается, так как выполнить такую защиту технически сложно, а также потому, что витковые замыкания в статоре генератора происходят одновременно с однофазным замыканием на землю или междуфазным к.з. Поэтому при витковых замыканиях в обмотке статора, как правило, будут срабатывать защиты генератора от однофазных замыканий на землю или междуфазных к.з.

Повреждения обмотки ротора

Замыкание на землю в одной точке обмотки ротора не оказывает влияние на нормальную работу генератора, так как ток в месте повреждения не проходит, а симметрия магнитного потока ротора не нарушается. Однако наличие одного замыкания на землю в цепи возбуждения представляет опасность для генератора, так как в случае появления второго замыкания на землю часть обмотки ротора оказывается замкнутой накоротко. Особенно это опасно для явнополюсных синхронных машин (гидрогенераторов и синхронных компенсаторов).

При замыкании на землю в двух точках обмотки ротора из-за несимметрии магнитного потока появляется сильная вибрация.

Появление дуги в месте замыкания приводит к повреждениям обмотки и стали ротора. Поэтому на гидрогенераторах предусматривается защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения, которая действует на сигнал, а защита от двойных замыканий на землю не устанавливается. При появлении сигнала о замыкании в одной точке цепи возбуждения дежурным персоналом должны приниматься меры по скорейшему выводу генератора из работы для устранения замыкания на землю. На мощных гидрогенераторах эта защита должна действовать на отключение.

Неявнополюсные генераторы (турбогенераторы) в большинстве случаев могут некоторое время работать при наличии замыкания на землю в цепи возбуждения без существенных повреждений. Поэтому турбогенераторы при появлении замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения, как правило, остаются в работе и на них устанавливается только защита от двойных замыканий на землю. Эта защита выполняется с действием на сигнал на генераторах с косвенным охлаждением обмотки ротора. На мощных турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток ротора защита от двойных замыканий на землю в цепи возбуждения выполняется с действием на отключение.

Замыкание на землю в двух точках обмотки ротора фактически является витковым замыканием обмотки ротора, поэтому отдельная защита от витковых замыканий на генераторах не предусматривается.

Ненормальные режимы

Генераторы должны эксплуатироваться на номинальных параметрах указанных на заводских табличках (паспортах) или с отклонениями от них, но в допустимых пределах.

Номинальный режим генератора – это режим, при котором обеспечивается номинальная мощность при максимальном к.п.д. (Номинальная мощность генератора – это длительная мощность, при которой обеспечивается наиболее экономичный и оптимальный режим по всем параметрам генератора: напряжениям статора и ротора, токам статора и ротора, температурам обмоток и активной стали статора и ротора, максимальный к.п.д и ).

Перегрузка по току статора током больше номинального также как и внешние, по отношению к генератору к.з., вызывают перегрев обмотки статора и могут привести к её повреждению, если температура нагрева превысит предельное значение опасное для изоляции.

Зависимость допустимой длительности перегрузки t_доп от кратности тока генератора I_г к номинальному току I_ном приведена на рис. 7‑1.

 

	Рис.7-1. Зависимость допустимой длительности перегрузки tдоп от кратности тока статора к номинальному току генератора.

 

Современные мощные генераторы выполняются с непосредственным охлаждением обмоток, в которых охлаждающая среда циркулирует внутри токоведущих стержней, благодаря чему обеспечиваются лучшие условия охлаждения и более высокие плотности тока. Конструкция генераторов с непосредственным (форсированным) охлаждением такова, что они допускают значительно меньшую перегрузку, чем генераторы меньшей мощности с косвенным охлаждением.

Данные, определяющие длительность симмметричной перегрузки генераторов по току статора приведены в таблице 7-1.

Продолжительность перегрузки, tдоп, мин.	Кратность перегрузки статора	Продолжительность перегрузки, мин	Кратность перегрузки статора
с косвенным охлаждением обмоток	с непосредственным охлаждением обмоток	с косвенным охлаждением обмоток	с непосредственным охлаждением обмоток
водой	водородом	водой	водородом
	1,1	1,1	-		1,3	1,3	1,2
	1,15	1,15	-		1,4	1,35	1,25
	-	-	1,1		1,5	1,4	1,3
	1,2	1,2	1,15		2,0	1,5	1,5
	1,25	1,25	-

Таблица 7-1