Relais de protection des machines synchrones

Les machines électriques synchrones sont des machines à courant alternatif, généralement triphasées. Comme la plupart des convertisseurs électromécaniques, ils peuvent fonctionner à la fois en mode générateur et en mode moteur. Un mode de fonctionnement particulier d'une machine synchrone est le mode de compensation de puissance réactive. Les machines spéciales conçues à cet effet sont appelées compensateurs synchrones.

Malgré la réversibilité fondamentale des moteurs et générateurs synchrones, ils ont généralement des caractéristiques de conception qui permettent rarement d'utiliser des moteurs comme générateurs et vice versa.

Générateurs endommagés

Endommagement de l'enroulement du stator :

• Courts-circuits multiphasés ;

• Défauts à la terre monophasés (le cas échéant) ;

• failles terrestres jumelles ;

• Court-circuit entre les tours d'une phase (pour les générateurs synchrones avec des branches parallèles de sortie).

Défaut dans l'enroulement du rotor (dans l'enroulement de champ) :

• Mise à la terre (corps du rotor) en un point ;

• Mise à la terre en deux points du circuit d'excitation.

Modes de fonctionnement anormaux des générateurs

• Surcharge statorique d'une génératrice synchrone (symétrique et asymétrique).

• Surcharges en cas de courts-circuits externes.

• Augmentation de la tension aux bornes de l'enroulement du stator.

• Mode asynchrone.

Exigences pour la protection de relais des générateurs

Sélectivité — la protection doit couper le générateur uniquement dans les défauts et les modes qui représentent un danger réel pour le générateur.

productivité — réduire le degré de défaillance des machines et empêcher le fonctionnement parallèle instable des générateurs et des systèmes.

Sensibilité — sur tous les types de pannes d'une génératrice synchrone, ainsi que sur les courts-circuits des éléments adjacents pour secourir les protections et interrupteurs de ces éléments en cas de panne. La défense doit fonctionner non seulement sur Q mais aussi sur un appareil AGP pour arrêter le courant de court-circuit envoyé par le générateur lui-même.

Arrêt courant sans temporisation

Il est utilisé comme protection principale des générateurs d'une puissance inférieure à 1 MW contre les courts-circuits polyphasés dans l'enroulement du stator. Installé sur le côté des bornes du jeu de barres.

Protection différentielle longitudinale

Il est utilisé comme protection principale pour les générateurs de plus de 1 MW contre les courts-circuits polyphasés dans l'enroulement du stator.

Le TA est installé côté jeu de barres et côté neutre.

Calcul des paramètres de la protection différentielle longitudinale

Courant de protection :

Habituellement, selon la puissance du générateur, le courant de déclenchement de la protection est compris dans la plage :

Test de sensibilité des protections :

Protection différentielle transversale

Il est utilisé comme protection principale des générateurs d'une puissance supérieure à 1 MW contre un court-circuit par tour. Maintient la protection différentielle longitudinale en cas de court-circuit polyphasé dans l'enroulement du stator.

Circuit de protection différentielle transversale à relais unique

Le transformateur de courant est installé dans un circuit entre deux points zéro de branches parallèles de l'enroulement du stator connectés en étoile.

Filtre ZF pour le réglage des harmoniques supérieures circulant dans le circuit neutre, multiples de trois.

Protection contre les défauts à la terre dans l'enroulement du stator des générateurs ou ses bornes

1. Protection directionnelle de courant pour les générateurs fonctionnant dans une unité avec un transformateur dans un réseau avec neutre isolé.

2. Protection contre les défauts à la terre utilisant des composants basse fréquence de biens de consommation générés par un défaut d'arc intermittent pour les générateurs en réseau avec neutre compensé.

3. Protection contre les défauts à la terre pour les générateurs fonctionnant en réseau avec neutre résistif à la terre.

4. Signalisation en cas de mise à la terre monophasée de tension homopolaire.

Protection contre les défauts à la terre pour les générateurs fonctionnant dans des réseaux avec un neutre isolé ou mis à la terre par résonance

La protection à la terre a une "zone morte" d'environ 5% de la résistance de l'enroulement du stator pour un court-circuit proche de zéro (point K2). Les valeurs 3U0, 3I0 sont proportionnelles au nombre de tours de phase entre le neutre et l'emplacement du défaut.

Alarme de défaut à la terre monophasée à tension homopolaire

Protection contre les défauts à la terre pour les générateurs fonctionnant sur un réseau à neutre résistif mis à la terre

Protection contre la mise à la terre secondaire dans l'enroulement du rotor

Répartition de la tension sur l'enroulement du rotor en cas de défaut à la terre.

Circuit de protection du générateur contre un court-circuit en deux points du circuit d'excitation

(a) schéma d'excitation ; b) circuits de courant de fonctionnement

Blocage de surtension contre les surtensions

• Conçu pour protéger les générateurs contre les surintensités lors de courts-circuits externes.

• Convient aux générateurs d'une puissance inférieure à 30 MW.

• Elle est réalisée en deux étapes.

Circuit de blocage de surtension

a) circuits de courant ; b) circuits de tension ; c) circuits de courant de fonctionnement

Protection contre les surintensités inverses

• Il est utilisé pour les générateurs d'une puissance de 30 à 60 MW.

• Conçu pour protéger les générateurs des courts-circuits asymétriques externes.

a) circuits de courant ; b) circuits de tension ; c) circuits de courant de fonctionnement

Protection de distance du générateur

• Il est utilisé pour les générateurs d'une puissance supérieure à 60 MW.

• Conçu pour protéger les générateurs des courts-circuits asymétriques externes.

La résistance de l'opération de protection est sélectionnée en fonction de la condition de réglage de la charge maximale à la tension de fonctionnement minimale :

Circuit de protection de distance du générateur

Protection de déclenchement :

Protection contre les surtensions

Installé sur les générateurs hydroélectriques :

Installés sur des turbo-alternateurs d'une capacité de 160 MW et plus :

Protection du générateur contre les modes asynchrones

Types de générateurs AR

1. Avec excitation totale ou partielle.

2. Aucune excitation.

Le principe de protection des générateurs contre les modes asynchrones — à distance, la résistance du générateur est surveillée.

Protection moteur

Dommages aux moteurs électriques :

• défauts à la terre monophasés ;

• Fermetures entre tours d'une phase ;

• courts-circuits entre phases.

Modes de fonctionnement anormaux du DE :

• Surcharge avec des courants supérieurs à la valeur nominale ;

• Surcharge de l'actionneur.

Protection contre les courts-circuits multiphasés

Circuit de protection instantané contre les surintensités

Protection basse tension

L'auto-démarrage des moteurs peut ne pas se produire si la pression des pneus est inférieure :

Circuit de protection à minimum de tension avec relais direct :

Protection des moteurs électriques synchrones contre la chute d'un réseau synchrone :