De nombreuses conditions anormales peuvent endommager le générateur.Certaines de ces conditions sont le résultat d'une panne au sein du générateur ou de l'un de ses sous-systèmes et d'autres proviennent du système d'alimentation lui-même.Le tableau suivant résume les types de pannes qui peuvent survenir et les méthodes de protection associées.
Défauts à la terre du stator
La défaillance la plus courante de l'enroulement du stator est une rupture de l'isolation entre une seule phase et la terre.Non détecté, ce défaut peut rapidement endommager le noyau du générateur.Les incendies sont également possibles sur les machines refroidies par air.La capacité de l'élément différentiel du stator à détecter un défaut à la terre est fonction du courant de défaut à la terre disponible.En tant que tel, une protection dédiée contre les défauts à la terre est généralement requise pour le stator.
Les générateurs fournissent l'énergie utilisée par toutes les charges du système électrique et une grande partie de la puissance réactive nécessaire pour alimenter les éléments inductifs, maintenant ainsi la tension du système à des valeurs nominales.Les systèmes électriques ont peu de capacité de stockage d'énergie.Ainsi, la production perdue doit être immédiatement remplacée ou une quantité équivalente de charge doit être délestée.Il est primordial que le système de protection du générateur soit hautement sécurisé lors de perturbations externes.
Le générateur est un composant d'un système complexe qui comprend un moteur principal, un excitateur et divers systèmes auxiliaires.En plus de la détection des courts-circuits, le DEI de protection du générateur doit donc détecter un ensemble de conditions anormales qui pourraient endommager le générateur ou l'un de ses sous-systèmes.Les générateurs peuvent être classés en deux grands types : induction et synchrone.Les machines à induction sont généralement de plus petite taille, allant jusqu'à une centaine de kVA, et sont normalement entraînées par un moteur alternatif.Les machines synchrones ont une taille allant de plusieurs centaines de kVA à 1200 MVA.
Les générateurs synchrones peuvent être entraînés par une variété de moteurs principaux, y compris des moteurs alternatifs, des turbines hydrauliques, des turbines à combustion et de grandes turbines à vapeur.Le type de turbine affecte la conception de l'alternateur et peut donc avoir un impact sur les exigences de protection.La taille du générateur et sa méthode de mise à la terre affectent également ses exigences de protection.Les petites et moyennes machines sont souvent directement connectées à un réseau de distribution (direct connected).Dans cette configuration plusieurs machines peuvent être connectées au même bus.Les grosses machines sont généralement connectées via un transformateur de puissance dédié au réseau de transmission (unité connectée).
Un deuxième transformateur de puissance aux bornes du générateur fournit une alimentation auxiliaire à l'unité.Les générateurs sont mis à la terre afin de contrôler les transitoires de tension dommageables et de faciliter le fonctionnement des fonctions de protection.Les générateurs à connexion directe sont souvent mis à la terre via une faible impédance qui limite le courant de défaut à la terre à 200-400 ampères.Les machines connectées à l'unité sont généralement mises à la terre via une impédance élevée qui limite le courant à moins de 20 ampères.
Pour les machines mises à la terre à faible impédance et à connexion directe, une méthode de détection basée sur le courant est utilisée.Cette protection doit être rapide et sensible pour les défauts à la terre internes tout en étant sûre lors des perturbations externes.Ceci peut être réalisé en utilisant un élément de défaut à la terre restreint ou un élément directionnel neutre.L'élément de défaut à la terre restreint mis en œuvre dans les G30 et G60 utilise un mécanisme de retenue de composant symétrique qui offre un degré élevé de sécurité lors de défauts externes avec une saturation de TC importante.
Pour les machines connectées à l'unité et mises à la terre à haute impédance, des méthodes basées sur la tension sont souvent utilisées pour assurer la détection des défauts à la terre.En utilisant une combinaison d'éléments de tension fondamentale et de troisième harmonique, une couverture de défaut à la terre pour 100 % de l'enroulement du stator peut être obtenue.Les relais GE utilisent un élément de tension de troisième harmonique qui répond au rapport des valeurs neutre et terminale de la troisième harmonique.Cet élément est simple à régler et insensible aux variations des niveaux de troisième harmonique en fonctionnement normal.
Défauts de phase du stator
Des défauts de phase n'impliquant pas la terre peuvent se produire à l'extrémité de l'enroulement ou dans une fente sur des machines ayant des bobines de la même phase dans la même fente.Bien qu'un défaut de phase soit moins probable qu'un défaut à la terre, le courant résultant de ce défaut n'est pas limité par l'impédance de mise à la terre.Il est donc primordial que ces défauts soient détectés rapidement afin de limiter les dégâts sur la machine.Le rapport XOR du système étant particulièrement élevé au niveau du générateur, l'élément différentiel du stator est particulièrement sensible à la saturation du TC en raison de la composante continue du courant lors d'une perturbation externe.L'algorithme différentiel du stator G60 ajoute une sécurité supplémentaire sous la forme d'un contrôle directionnel lorsque la saturation du TC est suspectée en raison des composants AC ou DC du courant.
Heure de publication : 30 janvier 2023