UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTIFACULTATEA ENERGETICADISCIPLINA: Conducerea si Automatizarea Instalatiilor Energetice

EVOLUTII SI TENDINTE IN EXCITATIA STATICA A GENERATOARELOR SINCRONE DE MARE

(FOARTE MARE) PUTERE; SISTEME DE EXCITATIE BRUSHLESS

NASTASE VLADNITA RAZVAN

Grupa 2406,Anul 4

CUPRINS

A-MASINA SINCRONA; ELEMENTE GENERALE

B-GENERATORUL SINCRON

C-SISTEME DE EXCITATIE PENTRU MASINI SINCRONE

D-GENERATOARE SINCRONE AUTOEXCITATE FARA PERII

E. PROTECTIA GENERATOARELOR SINCRONE

F.GENERATOARE SINCRONE FARA PERII-FURNIZORI PRINCIPALI

G.TERMENUL BRUSHLESS

H. FUNCTIONAREA MOTOARELOR BRUSHLESS

I.TOATE AVANTAJELE UNUI MOTOR BRUSHLESS SI SIMPLITATEA UNUI MOTOT DE CURENT CONTINUU

J.MOTORUL ELECTRIC DE CURENT CONTINUU

A .MASINA SINCRONA-ELEMENTE GNERALE

Masina sincrona este o masina electrica de curent alternativ cu camp magnetic invartitor, la care turatia rotorului este egala cu turatia campului magnetic invartitor, indiferent de valoarea sarcinii.

Masina sincrona este formata din stator si rotor, separate de intrefier.-Statorul este partea fixa a masinii, fiind constituit din: miezul

ferromagnetic statoric, infasurarea statorica si carcasa masinii impreuna cu elemntele ei caracteristice(talpi de fixare, scuturi laterale, borne etc). Infasurarea statoricaEste trifazata si este uniform repartizata in crestaturile statorice

-Rotorul masinii sincrone este constituit din miezul rotoric si din infasurarea rotorica. Dupa constructia miezului rotoric se deosebesc doua tipuri de masini sincrone: masini sincrone cu poli inecati si masini sincrone cu poli aparenti.

Masina sincrona poate functiona in regim de generator, motor sau compensator cand produce numai putere reactiva.

Regimul de functionare cel mai des intalnit la masina sincrona este ca generator.

B. GENERATORUL SINCRON

1.Principiul de functionare al generatorului sincron

Genaratorul sincron transforma puterea mecanica absorbita pe la arbore de la turbine de antrenare in putere elctrica, debitata de stator in

reteaua trifazata. Conversia electromecanica a energiei se face prin intermediul campului magnetic de excitatie.

2.Carcteristicile generatorului sincron

Functionarea masinii sincrone ca generator in regim stationar se poate studia cu ajutorul caracteristicilor de functionare. Caracteristicile masinii sincrone se pot determina fie direct pe cale experimentala, fie prin calcul, cunoscand caracteristica magnetica a masinii si valorile parametrilor ei determinati experimental sau prin calcul.

Un generator sincron poate functiona in mai multe situatii din punct de vedere al legaturii sale cu sarcina. Cazul cel mai simplu este acela cand o retea receptoare, de impedanta echivalenta data, este alimentata direct de la un singur generator sincron. In aceasta situatie tensiunea la bornele

generatorului, frecventa acestuia si curentul debitat depind numai de parametrii generatorului (rezistente,reactante), de curentul de excitatie si de puterea mecanica transmisa de la motorul primar propriu. O asemenea functionare se intalneste mai rar, si se refera la generatoarele de putere relative redusa.

Cea mai raspandiat situatie este insa aceea cand generatorul sincron, de regula de putere mijlocie sau mare, reprezinta doar un element dintr-un sistem electroenergetic care reuneste un numar mare de centrale si o retea corespunzatoare de receptoare, fiecare centrala avand mai multe generatoare sincrone, functionanad in paralel pe aceleasi bare, iar centralele fiind interconectate intre ele prin linii de transmisie a energiei electrice. In acest caz, un generator are o tensiune la borne si o frecventa dependenta de sistemul electroenergetic.

• Carcteristica la functionarea in gol:E0=f(Ie) pentru n=const.=nn); I=0;

• Caracteristica de scurtciurcuit :I=f(Ie), pentru U=0; n =const;(=nn);

• Caracteristica in sarcina:U=f(Ie) pentru I=const.(=I); n=const,(=nn); cosφ =const.

• Caracteristica externa:U=f(I) pentru n=const.(=nn); Ie=const.; cosφ =const;

• Caracteristica reglarii:Ie=f(I) pentru U=const.(=Un); n=const.(=nn); cosφ =const.;

3. Autoexcitarea generatorului sincron

In numeroase inatalatii continand linii lungi de tensiune inalte, s-a constatat ca un generator sincron cu circuitul de excitatie deschis (Ie=0), conectata la retea in gol, se autoexcita si produce o tensiune stabila, care care poate fi mult mai mare decat tensiune de serviciu. Fenomenul de autoexcitatie este analog generatorului de curent continuu cu excitatie derivatie. T.e.m a generatorului sincron produsa de fluxul magnetismului remanent al polilor inductive debiteaza pe capacitatea retelei un curent electric defazat inainte. Campul magnetic invartitor produs de acest curent reprezinta un camp magnetic invartitor de reactie longitudinal magnetizant si intareste fluxul magnetic inductor; ca urmare, creste t.e.m indusa si de asemenea fluxul magnetic, pana se ajunge la un punct stabil de functionare.Masina functioneaza ca generator sincron cu Ie=o, debitand pe o sarcina capacitiva, iar frecventa este strict determinata de turatia rotorului, ca la orice masina sincrona. Fenomenul se numeste autoexcitare sincrona. La generatorul sincron este posibil sa se produca si fenomenul de autoexcitare asincrona.

C. SISTEME DE EXCITATIE PENTRU MASINI SINCRONE

Masinile sincrone se construiesc intr-o gama foarte larga de puteri, fapt care conduce la o mare varietate de sisteme de excitatie ale masinii. Pentru alimentarea infasurarii de excitatie in curent continuu, uzual, sunt sunt necesare inele colectoare pe axul masinii si perii de contact, fixate pe stator, care aluneca pe inele.

Sursa de curent continuu este fie o masina excitatoare sau simplu excitatoare, fie o instalatie de excitatie. Excitatoarea sau instalatia de excitatie, fac parte dintr-un sistem de excitatie care asigura functiuni multiple de reglaj si protectie. In conditiile cresterii continue a puterii grupurilor unitare din sistemele electroenergetice, sistemul de excitatie al generatorului sincron devine un element de prim ordin in exploatarea masinii sincrone.

O conditie impusa sistemului de excitatie este realizarea unei viteze de raspuns mare, adica asigurarea cresterii in timp scurt a tensiunii la bornele infasurarii de excitatie a generatorului, pentru a putea restabili rapid tensiunea la bornele generatorului sincron in caz de avarii in sistemul electroenergetic; sistemele de excitatie trebuie sa asigure si un plafon ridicat al tensiunii de excitatie in vederea fortarii excitatiei in regimuri tranzitorii de avarie. Reglarea curentului de excitatie este necesara in regimurile normale ale masinii sincrone in diferite scopuri: incarcarea sau descarcarea de putere reactiva a unui generator sincron cand functioneaza intr-un sistem de mare putere; ridicarea tensiunii unui intreg sistem energetic prin cresterea simultana a excitatiei tuturor generatoarelor, modificarea factorului de putere sub care functioneaza un motor sincron,etc..

Notiunea de sistem de excitatie este relativ noua, ea s-a impus pe masura ce s-au dezvoltat si au sporit in complexitate echipamentele specializate in asigurarea excitarii generatoarelor sincrone de mare si foarte mare putere care debiteaza in sistemele energetice, precum si conducerea procesului de excitatie dupa legile dictate de cerintele sistemului energetic.

Astfel, considerand generatoarele sincrone de mare putere care debiteaza in sistemul energetic. Pentru a se asigura o repartitie de energie convenabila consumatorilor, concomitent cu o productie rationala de energie electrica, este absolut necesar, ca tensiunea la consumatori sa fie cat mai constanta posibil, si aceasta in conditiile in care in sistem au avut loc variatii permanente ale sarcinilor active si reactive, care produc dupa cum este cunoscut variatii de tensiune la sistemele de bare.

De asemenea, deranjamentele din sistemul electroenergetic(scurtcircuite) sunt insotite de puternice variatii ale

tensiunii, creand pericolul pierderii sincronismului generatoarelor sincrone si deci a stabilitatii.

Pentru asigurarea puterii pe care o masina sincrona o debiteaza in sistem, in conditii de tensiune constanta, si functionare stabila, fiecare agregat este inzestrat cu doua sisteme de reglaj: unul pentru reglare automata a vitezei de rotatie, care comanda in functie de viteza de rotatie, vana de admisie a agentului motor primar(abur,apa etc) si unul pentru reglarea automata a tensiunii, care comanda in functie de marimile de iesire ale generatorului sincron(tensiune, current,putere,unghi, etc) tensiunea de excitatie aplicata indusului.

De regula la aparitia unei perturbatii in sistem, primul care actioneaza este regulatorul automat de tensiune(RAT), care are o viteza de raspuns mai mare si este comandat de tensiunea de la bornele generatorului. Regulatorul automat al vitezei(RAV) intervine la 0,2…0,5 secunde de la producerea, (semnalarea) primei oscilatii, prin inchiderea(sau deschiderea) vanei de admisie agentului primar. Rezulta de aici importanta majora pe care o are, in asigurarea functionarii, sistemul de excitatie al generatorului sincron.

In cazul in care perturbatia sistemului provine dintr-un scurtcircuit pe linia de transmisie a energiei electrice, se produce o scadere rapida a tensiunii la borne, cu atat mai mare cu cat scurtcircuitul este mai apropiat de centrala. Tensiunea la borne fiind mica, caracteristica puterii generatorului coboara mult sub cea corespunzatoare situatiei dinaintea scurtcircuitului, fiind amenintata stabilitatea dinamica a generatorului respective.Daca insa, in aceasta situatie se mareste rapid, in perioada cresterii unghiului intern, tensiunea de excitatie se ridica din nou caracteristica puterii, astfel , dupa cateva oscilatii amortizate situatia se stabilizeaza. Procesul de crestere rapida si in limite mari a curentului de excitatie se numeste fortarea excitatiei.

Trebuie mentionat ca tendintele actuale de proiectare a masinilor sincrone, converg catre cresterea continua a puterilor unitare. Exista in prezent generatoare de 1500MVA si se tinde la realizarea de unitati de 2000-3000MVA. Acest lucru se poate realiza prin utilizarea sistemelor de racire directa cu agenti de racire lichizi(apa, ulei). Ca o consecinta a acestui fapt, negative din punct de vedere al stabilitatii naturale a generatoarelor, este continua inrautatire a caracteristicilor mecanice si electrice. Reactantele sincrone sunt mult mai mari decat cele naturale, in timp ce momentele de inertie, si deci timpii de lansare nu au crescut, ci dimpotriva in unele cazuri s-au redus cu cresterea puterii.

In aceasta situatie sistemele de excitatie trebuie sa preia, suplimentar si sarcina de a compensa caracteristicile defavorabile ale generatoarelor sincrone, pentru a mentine stabilitatea in functionare a ansamblului sistem de excitatie-masina sincrona-sistem energetic.

Parametrii care caracterizeaza un sistem de excitatie cu RAT, sunt urmatorii:

-timpul de raspuns al RAT: cel mult 0.05 secunde;-plafonul excitatiei: cel putin 1.5…2.5-viteza medie de raspuns a excitatiei care trebuie sa fie intre 0.8si

1,2.Trebuie mentionat ca pentru masini sincrone de puteri mai mari de

100 MW, durata de timp pe care se defineste viteza medie de raspuns a excitatiei trebuie sa fie mai mica (pana la 0.5 sec). In ceea ce priveste comportarea sistemelor de reglare a tensiunii de excitatie se constata ca ridicarea numai a plafonului de excitatie fara o crestere a vitezei de atingere a acestui plafon este ineficienta.

Perfectionarea continua a sistemelor de excitatie pentru generatoarele sincrone care debiteaza in sisteme energetice este determinata de cumularea unor functii complexe de catre sistemul de excitatie, legate de:

-asigurarea excitatiei masinii sincrone in regimuri stationare diferite, de la mersul in gol pana la incarcarea maxima;

-asigurarea stabilitatii dinamice a generatoarelor la incarcari bruste sau descarcari bruste prin fortarea excitatiei sau, dimpotriva prin dezexcitare rapida;

-mentinerea tensiunii la un nivel satisfacator in timpul avariei, cat si revenirea ei intr-un timp cat mai scurt dupa inlaturarea defectului.

Din punct de vedere al autonomiei sursei de energie necesare excitatiei masinii sincrone, sistemele de excitatie pot fi independente sau dependente.In cadrul sistemelor de excitatie independente, masina excitatoare functioneaza autonom, fara nici o legatura cu regimul de functionare al generatorului. De cele mai multe ori masina excitatoarepreia puterea mecanica direct de la axul principal.

Sistemele de excitatie dependente preiau direct energia electrica de la bornele generatorului principal(autoexcitatie). Cazul acestor sisteme, fara luarea unor masuri speciale, trebuie considerat ca defavorabil din punct de vedere al sigurantei in functionare, deoarece in caz de avarie(scurtcircuit), excitatia nu poate fi comandata in asa fel incat sa usureze conditiile de revenire a masinii la starea normala.

Se realizeaza in prezent si sisteme de excitatie cu excitatoare de current alternative fara nici un fel de contacte alunecatoare(fara inele si perii la inductor). In aceste cazuri alternatorul de excitatie are o constructie

inversata, avand inductorul stator si indusul rotor. Blocul de redresoare, este situat pe rotorul generatorului principal si se afla deci in miscare de rotatie. Comanda pentru reglajul curentului de excitatie se aplica excitatiei alternatorului de excitatie.

Sistemele de excitatie fara masini excitatoare se bazeaza pe autoexcitarea masinii sincrone. Energia necesara excitarii se ia direct de la bornele masinii, prin intermediul unui transformator dupa care se redreseaza. Avantajul unor asemenea scheme consta in cost redus si simplitate constructiva, dar marele dezavantaj consta in siguranta redusa in functionare.

Tendintele actuale in alegerea sistemelor de excitatie pentru generatoarele de mare putere converg inspre utilizarea excitatoarelor de curent alternativ si a schemelor cu redresare comandata. Sistemele de excitatie cu masini de curent continuu reprezinta azi un stadiu depasit pentru unitati de puteri de peste 100MVA, datorita dificultatilor legate de comutatia la perii care limiteaza viteza de rotatie a axului, precum si datorita vitezei de raspuns reduse in cazul reglajului automat al tensiunii.

Mai trebuie remarcat si faptul ca puterea noilor sisteme de excitatie cu redresoare comandate, reprezinta un procent sensibil mai mic din puterea nominala a generatorului sincron(0,5…0,6% din puterea nominala, fata de 1…1,2%pentru excitatoarele de current continuu).

D. GENERATOARE SINCRONE AUTOEXCITATE FARA PERII

1. Destinatie

Generatoarele prezentate în acest prospect sunt utilizate ca surse de energie electrică, în asociere cu motorul de antrenare (uzual motor diesel), cu care formează grupul electrogen.

• utilizări terestre (tip 3SAF)

• utilizări naval - maritime (tip GSAF-M)

2. SimbolizareG generatoareS sincroneA autoventilateF fără periiM aplicaţii naval-maritime

3. Condiţii de Funcţionare

• Zona climatică:o uzual » temperată o la comandă » tropicală, maritimă (zonă de navigaţie

nelimitată) • Categoria de exploatare: 3 (încăperi închise)• Altitudine: max. 1000 m

4. Caracteristici Constructive

• Părţi componente principale:o generator principal o excitatoare (generator sincron în construcţie inversă) o punte redresoare rotativă o sistem de autoexcitaţie compound şi regulator automat de

tensiune încorporate în/pe construcţia generatoarelor (tip SAC)

• Forma constructivă: conform IEC 34-7o uzual » IMB 3 o la comandă » IMB 15, IMB 20, sau IM 4401

• Grad de protecţie constructivă: conform IEC 35-5o uzual » IP 21S, sau IP 23S o la comandă » suplimentar cu filtre de aer la absorbţie

• Lagăre:o uzual » rulmenţi o la comandă » cuzineţi

• Răcire: o uzual » autoventilaţie - IC 01 conform IEC 34-6 o la comandă » ventilaţie forţată

• Izolaţie:o uzual » izolaţie clasă F o la comandă » impregnare: în vid şi sub presiune (procedeul

VPI) • Accesorii (la cerere):

o uzual » termorezistenţe pentru 100 W la 0ºC - caracteristica lineară - pentru supravegherea încălzirii înfăşurării statorului şi lagărelor

o la comandă » rezistenţe încălzire: 500 W la 220 Vc.a.

Puterea exactă şi turaţia sincronă vor fi în acord cu motorul diesel.

• Suprasarcină:o 10 % timp de o oră o 50 % timp de 120 secunde

Suprasarcinile se pot repeta la un interval de 6 ore.

• Serviciu: continuu ( S1 ), conform IEC 34-14 • Frecvenţă:

o uzual: 50 Hz o la comandă: 60 Hz

• Factor de putere: o uzual: 0,8 inductiv o la comandă: 0,7 inductiv

• Supratemperaturi: conform IEC 34-1 o uzual: corespunzător clasei de izolaţie F o la comandă: corespunzător clasei de izolaţie B

• Nivel de zgomot: conform IEC 43-9 • Nivel de vibraţii: conform IEC 34-14

5.Principiul de funcţionare al Sistemului Autoexcitaţie Compound (tip SAC)

Schema electrică de principiu este:

1. stator2. rotor 3. redresor rotativ4. indus rotativ al excitatoarei 5. stator inductiv al excitatoarei6. transductor de compound 7. transformator de adaptare8. inductanţă de reglaj

9. redresor10.corector electronic de tensiune

Curentul necesar excitaţiei excitatoarei este format din două componente: curentul Ieo de mers în gol şi curentul Iec de compensare a reacţiei indusului la mersul în sarcină. Componenta Ieo este extrasă de la bornele generatoarelor prin ansamblele 7 si 8, iar componenta Iec de către

ansamblul 6. Curenţii Ieo si Iec se compun vectorial şi rezultanta este redresată de puntea redresoare 9 la o valoare superioară necesarului de excitaţie (hipercompundaj). Corectorul electronic, reperul 10, reglează automat curentul de excitaţie în funcţie de tensiunea la borne şi proporţional cu curentul de sarcină în aşa fel încât se asigure permanent curentul de excitaţie necesar excitatoarei pentru menţinerea u = ct. la borne.

Observaţie:Pentru generatoarele cu tensiunea nominală de 700 V alimentarea transformatorului de linie, se face printr-o priză din bobinajul statoric, iar pentru tensiunile mai mari de 700 V printr-o înfăşurare auxiliară amplasată în crestăturile statorului.

6. Coeficientul de Reducere sau Majorare a Puterii

• Valorile coeficientului . k " prin care se pot multiplica puterile nominale ale generatoarelor, pentru condiţii speciale de funcţionare, sunt prezentate în tabelele de mai jos.

• Frecvenţă: 60 Hz, k=1,2• Limita supratemperaturilor înfăşurărilor: conform clasei "B" de

izolaţie, k=0,8

Coeficientul de funcţionare în funcţie de temperatura mediului ambiant şi altitudine

AltitudineTemperatura ambiantă

25° C 40°C 45°C 50°C 55°C

≤1000 m 1,09 1 0,96 0,93 0,91

1000 to 1500 m 1,01 0,96 0,92 0,89 0,87

1500 to 2000 m 0,96 0,91 0,87 0,84 0,83

2000 to 6000 m 0,9 0,85 0,81 0,78 0,76

Coeficientul de funcţionare în funcţie de factorul de putere

cosφ 0,4 0,6 0,7 0,8 0,9 to 1

k 0,8 0,85 0,92 1 1,05

7. Performanţe Funcţionale

• Amorsare de la tensiunea proprie de remanenţă• Prescrierea tensiunii (manual) ................ ±10% UN

• În regim stabilizat:

Tensiunea este menţinută constantă cu o precizie de ±2,5%UN

o la puteri între gol şi nominal o la cosφ între 0,4 şi 1 o la turaţia nominală ±5% o la rece şi la cald

• În regim tranzitoriu: Aplicarea bruscă a sarcinii nominale, cosφ = 0,8 (sau 60% din sarcina nominală, cosφ ≤ 0,4), funcţionare iniţială în gol, turaţie nominală ±5%, provoacă o cădere de tensiune tranzitorie de (15÷20 )% UN cu revenire la tensiunea nominală ±2,5% în max. 1,5 secunde (vezi diagrama de mai jos).

• Curentul de scurtcircuit

La un scurtcircuit brusc trifazat la borne, curentul de scurtcircuit este menţinut în limitele (3÷6) IN timp de max. 120 secunde.

Funcţionarea în paralel: cu reţeaua sau cu alte generatoare, cu menţinerea sarcinilor reactive între acestea de max. 15% din sarcina nominală a celui mai mic generator.

E. PROTECTIA GENERATOARELOR SINCRONE

1.Consideratii generale :

Normativele care reglementeaza proiectarea sistemelor de protectie si de automatizare aferente instalatiilor electrice din termocentrale sunt PE501/85 si PE503/87. Reglementarile se aplica pentru:

• generatoare conectate direct la bare colectoare la tensiunea bornelor;

• generatoare conectate în schema bloc generator-transformator ridicator;

• transformatoare ridicatoare conectate în schema bloc generator-transformator si cuplate la bare colectoare locale la tensiunea superioara a transformatoarelor;

• linii electrice cuplate bloc cu unul sau mai multe blocuri generator-transformator si prin care acestea se cupleaza la bare colectoare aflate la distanta fata de termocentrala;

• reteaua de servicii proprii cuprinzând transformatorul coborâtor conectat în derivatia blocului la tensiunea generatorului, motoarele electrice, liniile electrice de legatura între diferitele statii ale acestei retele, transformatoarele coborâtoare cu tensiunea inferioara 0,4 kV.

• anclansarea automata a rezervei (AAR); conectarea automata la bare (sincronizare, control sincronism); separarea automata de sistem a centralei (a unor grupuri din centrala) pe un consum local/pe serviciile proprii;

• reglajul automat al tensiunii si al puterii reactive; reglajul automat al frecventei si al puterii active.

În centralele termoelectrice sistemele de protectie si de automatizare ale echipamentelor electrice trebuie sa îndeplineasca conditiile urmatoare:

a) Controlul permanent al marimilor electrice (si în unele cazuri al unor marimi neelectrice) care caracterizeaza functionarea echipamentelor supravegheate.

b) Sesizarea aparitiei unui scurtcircuit (între faze, între una sau mai multe faze la pamânt, între spirele înfasurarilor), unei defectiuni sau unui regim de functionare anormal.

c) Comanda, dupa caz, a deconectarii echipamentului avariat prin aparatele de comutatie sau de alta natura prevazute în schema primara sau a semnalizarii/avertizarii personalului de exploatare.

d) Comanda de comutari în schema primara, în scopul realimentarii serviciilor proprii, din surse de rezerva, la defectarea sursei de alimentare de lucru (AAR), sau pentru separarea unui (unor) grup (grupuri) fata de sistem în cazul instalarii în sistem a unor defectiuni grave, cu scopul asigurarii restabilirii rapide a functionarii interconectate, dupa revenirea conditiilor normale în sistem.

e) Asigurarea functionarii grupului generator la parametrii functionali prescrisi prin actiunea functiilor de reglaj automat.

Instalatia electrica a centralei termoelectrice este divizata în zone de protectie, fiecare fiind deservita de un sistem de protectie. Aceste zone sunt:

• generatorul sincron;

• transformatorul ridicator de tensiune al blocului;

• transformatorul coborâtor de tensiune conectat în derivatia blocului, destinat alimentarii serviciilor proprii;

• echipamentele serviciilor proprii – motor, transformator coborâtor la joasa tensiune, linie electrica de distributie;

• alte echipamente (bateria de condensatoare).

Fiecare zona de protectie este delimitata de întreruptoare prin care respectivul echipament, în caz de avarie, este deconectat din schema centralei:

- întreruptorul de la bornele generatorului, în cazul generatoarelor cuplate direct la bare colectoare si a generatoarelor cuplate în schema bloc, cu întreruptor între generator si transformator ridicator, împreuna cu transformatorul coborâtor al serviciilor proprii;

- întreruptorul de la tensiunea superioara a transformatorului ridicator al blocului, amplasat fie local pe platforma centralei sau la distanta pe platforma unei statii a sistemului (în cazul blocului transformator-linie);

• întreruptorul (întreruptoarele) de la tensiunea inferioara (a serviciilor proprii) a transformatorului (transformatoarelor) coborâtoare conectat (conectate) în derivatia blocului;

• echipamentul destinat întreruperii câmpului/dezexcitarii, care poate fi întreruptorul de dezexcitare rapida (ADR), sau o comutare în circuitele electronice, care deservesc sistemele de excitatie;

• întreruptoarele elementelor de servicii proprii prin care acestea se cupleaza la barele colectoare la tensiunea serviciilor proprii.

Sistemele de protectie ale echipamentelor electrice ale centralei termoelectrice trebuie sa corespunda cerintelor generale de sensibilitate, selectivitate, rapiditate si siguranta .

În zonele de protectie care contin elementele principale ale centralei termoelectrice trebuie sa se prevada si protectie de rezerva la refuzul de declansare a întreruptorului (DRRI). Sistemul de protectie compus din protectii de baza, protectii de rezerva locala si DRRI, constituie un ansamblu cu siguranta de functionare marita

Protectia DRRI realizeaza:

• la refuzul de declansare al întreruptorului de la bornele generatorului, DRRI comanda declansarea întreruptoarelor de la tensiunea superioara a transformatorului de bloc si de la tensiunea inferioara a transformatorului coborâtor de servicii proprii de bloc;

• la refuzul de declansare al întreruptorului de la bornele de tensiune superioara al transformatorului blocului, DRRI comanda declansarea întreruptorilor liniilor conectate pe barele colectoare de la aceasta tensiune;

• la refuzul de declansare al întreruptorului de la tensiunea inferioara a transformatorului coborâtor conectat în derivatia blocului, DRRI comanda declansarea întreruptorului de la tensiunea superioara a transformatorului ridicator al blocului si dezexcitarea generatorului.

În schemele de protectie este necesar sa se respecte urmatoarele reguli:

• alimentarea fiecarui sistem de protectie sa fie asigurata de la transformatoare de masura diferite sau macar de la înfasurarile secundare diferite ale acelorasi transformatoare de masura;

• alimentarea cu curent continuu operativ a fiecarui sistem de protectie sa se faca de la surse diferite sau macar de la plecari diferite de la bornele unei surse unice;

• circuitele de declansare (relee intermediare de iesire care grupeaza comenzile de declansare de la grupe de dispozitive de protectie, bobinele de declansare ale dispozitivului de actionare a întreruptorului, cablajele între aceste echipamente), sa fie distincte pentru fiecare sistem de protectie

• gruparea dispozitivelor de protectie în doua grupe, astfel încât fiecare, singura, sa asigure un grad satisfacator de protectie a elementelor principale ale blocului si asigurarea posibilitatii retragerii din servicii a fiecarei grupe în mod individual, în vederea testarii acestuia, blocul ramânând în functiune; eventual aceste operatii pot fi automatizate si repetate la intervale de timp scurte (de exemplu zilnic);

Este recomandata utilizarea dispozitivelor de protectie de tip numeric dotate cu functii de2

2.Reglarea automata a tensiunii si a frecventei :

Considerand cazul unui generator ce alimenteaza singur o retea, puterile activa si reactiva debitate de generator trebuie sa fie corelate cu puterile consumatorilor. Daca puterea activa produsa este mai slaba viteza coboara, frecventa se micsoreaza. Pentru a mentine frecventa la valoarea nominala trebuie sa se mareasca debitul de abur admis in turbina (puterea mecanica). Invers, daca puterea activa generata este prea mare, viteza va creste si este necesara reducerea debitului de abur.

La grupurile termoenergetice moderne pentru reglarea turatiei si puterii active produse sunt utilizate regulatoare electrohidraulice rapide (REH) ce actioneaza asupra ventilelor de reglaj ale corpurilor de inalta si

medie presiune ale turbinei. Ele trebuie sa fie capabile sa mentina turatia grupului chiar si la aruncari de sarcina, mentinand generatorul in functiune pentru alimentarea serviciilor proprii.

Destinatiile reglarii automate a frecventei si a puterii active sunt:

• mentinerea valorii frecventei în limitele admise;

• optimizarea circulatiei puterilor active pe liniile electrice ale sistemului electroenergetic;

• repartitia producerii puterii active între centralele electrice si între grupurile generatoare din cadrul fiecarei centrale.

Daca puterea reactiva furnizata de generator este prea scazuta, tensiunea la bornele generatorului scade. Este necesar sa se mareasca curentul de excitatie pentru readucerea tensiunii la valoarea sa normala. Reglajul tensiunii si puterii reactive se face cu regulatoare automate (RAT). Dispozitivul de reglare automata a excitatiei trebuie sa permita un reglaj stabil în limitele de variatie a curentului de excitatie de la valoarea minima la valoare maxima admisa. Dispozitivul de fortare a excitatiei trebuie sa intre în actiune dupa criteriul scaderii tensiunii la bornele generatorului la scaderea sub un prag reglabil (de regula 0,8…0,85 U nom ). Dispozitivul de fortare a excitatiei trebuie sa intre în actiune fara temporizare reglata si sa permita ridicarea curentului de excitatie pâna la valoarea maxima posibila (fortarea excitatiei la valoarea de plafon). Instalatiile de reglare a excitatiei si de fortare a excitatiei se alimenteaza cu tensiune de la transformatoarele de tensiune de la bornele generatorului. Se recomanda limitarea timpului de actiune a fortarii excitatiei.

Toate centralele electrice din SEN functioneaza in paralel si alimenteaza ansamblul tuturor consumatorilor. Daca puterea totala a centralelor este egala cu puterea ansamblului consumatorilor, frecventa nu variaza. Daca intre puterea consumatorilor si cea a centralelor apar diferente, acestea determina cresterea sau scaderea frecventei in sistem. Pentru a egaliza cele doua puteri vom fi obligati sa actionam asupra unui numar oarecare de grupuri pentru a restabili frecventa la valoarea nominala. In SEN unele centrale sunt alese pentru a participa la reglarea frecventei, iar altele mentin puterea stabilita prin programul orar ce le-a fost stabilit de Dispeceratul Energetic National (DEN).

3. Pierderile generatorului sincron :

-pierderi Joule (in rotor, in stator)

-pierderi prin curenti Focault (t.e.m. induse in tole genereaza curenti ce produc incalzirea tolelor)

-pierderi prin hysterezis (variatia magnetizarii tolelor)

-pierderi prin ventilatia generatorului (sunt proportionale cu densitatea fluidului de racire)

-pierderi prin frecare in lagare

-pierderi suplimentare

Randamentul generatorului: h= Pu/Pe=Pu/(Pu+p), unde p= pierderi ( h ia valori in jur de 99%)

4. Racirea gen. sincron : se poate face cu aer, cu hidrogen (trebuie sa se ia masuri suplimentare de siguranta deoarece amestecul hidrogen/aer este explozibil in domeniul de concentratie de5...70% hidrogen) sau cu hidrogen si cu apa (apa de racire circula prin infasurarile statorice).

Avantajele racirii cu hidrogen :

-pierderi prin ventilatie mici (sunt proportionale cu densitatea fluidului de racire, iar dens. H 2 este de 14 ori mai mica decat a aerului)

-schimbul de caldura se face mult mai bine cu H 2 – schimbul de caldura se face cu atat mai bine cu cat presiunea H 2 este mai ridicata

Pentru generatoarele cu hidrogen trebuiesc luate masuri suplimentare de siguranta in ceea ce priveste etansarea circuitului de racire, in special la iesirile arborelui prin mantaua generatorului. Aceasta se realizeaza prin intermediul unor inele de etansare al caror alezaj este usor superior diametrului arborelui, si printr-un circuit de ulei de etansare a carui presiune este superioara presiunii hidrogenului. Carcasa generatorului este conceputa in asa fel incat sa reziste la explozii in interiorul generatorului.

De asemenea, trebuie specificat faptul ca umplerea, respectiv golirea generatorului de hidrogen se face prin intermediul unui gaz inert (bioxid de carbon), ceea ce complica si mai mult instalatia de racire. Cu toate aceste costuri suplimentare, racirea cu hidrogen ramane solutia ideala de racire a generatoarelor sincrone (un generator racit cu hidrogen la presiune putin peste cea atmosferica are o putere cu 25% mai mare decat in cazul in care

ar fi fost racit cu aer, iar daca se creste pres. la 2 bari puterea va fi cu 50% mai mare).

5. Sincronizarea generatorului sincron :

Pentru o cuplare corecta a generatorului la retea (SEN-Sistemul Energetic National) sunt necesare mai multe conditii :

-valoarea eficace a tensiunii generatorului si a retelei sa fie aceeasi

-frecventele sa fie aceleasi

-sa aiba aceeasi succesiune a fazelor

-tensiunile sa fie in faza

Cuplarea intreruptorului de bloc se face prin intermediul sincronizatoarelor automate (sau ar trebui sa se faca,...suntem in 2005) care actioneaza asupra regulatorului de viteza al turbinei si asupra RAT, comanda de inchidere a intreruptorului fiind data cu un timp bine stabilit inaintea coincidentei fazelor (acest timp se calculeaza in functie de timpul de inchidere al intreruptorului), astfel incat inchiderea contactelor sa se realizeze chiar in momentul coincidentei fazelor. Comanda se da numai in cazul in care avem o valoare suficient de scazuta a acceleratiei.

6. Modalitati de declansare a grupurilor energetice:

Declansarea generatorului sincron al unui grup energetic consta in deschiderea intreruptorului generatorului si actionare automatului de dezexcitare rapida (ADR). La majoritatea grupurilor energetice se regaseste schema cu intreruptor pe partea de inalta tensiune (dupa transformatorul de bloc). Izolarea generatorului se face prin deschiderea intrerupatorului de bloc (ce realizeaza cuplarea gen. la Sistemul Energetic National) si deschiderea intreruptorilor de alimentare a statiilor de 6kV din trafo de servicii proprii. Rolul ADR este de a intrerupe alimentarea circuitul rotoric si de a conecta infasurarea rotorica pe o rezistenta de stingere a campului (a carei valoare este de 4…5 ori mai mare decat rezistenta infasurarii rotorice). Daca protectia nu ar comanda si declansarea ADR, in cazul defectelor interne generator sau in trafo de bloc sau trafo de servicii interne, datorita remanentei campului magnetic inductor, tensiunea electromotoare indusa ar fi suficient de mare cat sa alimenteze in continuare arcul electric al defectului.

Generatoarele, în functie de caracteristici, mod de racire si schema de conectare, trebuie sa fie dotate cu sisteme de protectie, având functii specializate pentru interventie la defecte sau regimuri anormale de functionare.

--- Defecte interne.

• Scurtcircuite polifazate între fazele înfasurarilor statorului

• Scurtcircuite între spirele aceleasi faze din înfasurarile statorului

• Punere la pamânt în înfasurarile statorului generatorului

• Punere la pamânt în înfasurarile rotorului sau a circuitului de excitatie

• Pierderea excitatiei

----Defecte exterioare însotite de circulatie a curentului de defect prin generator

• Scurtcircuite polifazate exterioare

----Regimuri de functionare anormale

• Suprasarcina/supraîncalzirea statorului

• Suprasarcina/supratensiunea rotorului

• Cresterea tensiunii la bornele generatorului

• Frecventa anormala

• Iesire din sincronism/cresterea unghiului intern

• Functionare în regim de motor

--- Defecte tehnologice (in circuitele de racire si etansare generator)

- lipsa debit apa racire stator

- lipsa presiune apa racire stator

- presiune diferentiala minima H 2 -ulei

- nivel maxim2 lichid alternator

- nivel maxim2 colector ulei alternator

- temperatura max. apa racire iesire bare stator .

- conductivitate maxima apa racire stator

--- Defecte mecanice:

- uzura lagar axial (deplasare axiala)

-lipsa presiune ulei ungere

Modalitati de actionare a protectiilor generatorului:

• “Declansare simultana” (declansarea întreruptorului generatorului, dezexcitarea generatorului, oprirea turbinei prin închiderea ventilelor de admisie a aburului, declansarea întreruptorilor de la tensiunea inferioara a transformatorilor de servicii proprii de bloc - în vederea realizarii mai rapide a conditiilor de AAR pentru alimentarea serviciilor proprii). “Declansarea simultana” reprezinta modalitatea de izolare cea mai rapida a generatorului de sistemul energetic si se utilizeaza la defecte interne si la regimuri anormale severe.

• “Declansarea generatorului” (se produce declansarea întreruptorului generatorului si dezexcitarea generatorului. Nu se comanda oprirea turbinei). Aceasta modalitate de actionare se utilizeaza la defecte în sistem, alimentate de generatorul protejat si permite o reconectare mai usoara a generatorului dupa lichidarea defectiunii. !!!!Declansarea generatorului poate fi folosita daca tipul turbinei, a cazanului si a sistemelor de reglaj ale acestora permit reducerea rapida a sarcinii turbinei pâna la consumul serviciilor proprii sau la mersul în gol. Daca aceasta nu este posibila, se procedeaza la “declansarea simultana”.

• “Separarea grupului” (se produce numai declansarea întreruptorului generatorului). Aceasta modalitate se utilizeaza pentru separarea generatorului la defecte în sistem, daca se doreste pastrarea alimentarii serviciilor proprii, în vederea unei reconectari rapide. !!! “Separarea generatorului” este posibila cu conditia ca turbina sa poata raspunde la o aruncare de sarcina. În caz contrar trebuie utilizata “Declansarea simultana”

• “Declansarea secventiala” (se produce initial declansarea turbinei, dupa care, când sistemele de control indica închiderea ventilelor de admisie a aburului în turbina se comanda declansarea întreruptorului generatorului,

urmata de comanda dezexcitarii generatorului). Aceasta actionare este indicata când declansarea temporizata a întreruptorului fata de oprirea turbinei nu are efecte negative asupra generatorului. Declansarea secventiala este utilizata în cazul interventiei protectiilor tehnologice la defecte care îsi au sediul în partea termomecanica a grupului.

In cazul declansarii turbinei generatorul trebuie deconectat prin protectia de putere inversa. Generatorul va fi decuplat de la retea cu confirmarea inchiderii VIR si a existentei regimului de motor (prin releele de putere inversa). Comanda de declansare generator se va transmite si direct de la releele de puter inversa, fara confirmarea inchiderii VIR, cu o temporizare de 10….20 sec. Toate generatoarele, indiferent de putere, vor fi echipate cu doua relee de putere inversa cu circuite independente (inclusiv temporizarile) care vor lucra pe principiul 1 din 2, avand in vedere importanta sesizarii regimului de motor al generatorului sincron.

7. Protectiile electrice ale generatorului sincron:

- Protectia diferentiala longitudinala functioneaza pe principiul comparatiei curentilor secundari debitati de transformatoarele de curent montate pe partile bornelor de iesire si a bornelor spre nul ale înfasurarilor statorului, pe fiecare faza în parte. Protectia diferentiala longitudinala reactioneaza la scurtcircuite trifazate, bifazate si duble puneri la pamânt pe faze diferite în zona cuprinsa între amplasamentele celor doua grupe de transformatoare de curent, cât si la duble puneri la pamânt dintre care un punct de defect se afla în zona de protectie, iar al doilea punct de defect se afla în afara acestei zone. În cazul existentei întreruptorului între generator si transformator trebuie prevazute o protectie diferetiala longitudinala separata pentru generator si o protectie diferentiala longitudinala speciala pentru transformator. Schema protectiei diferentiale longitudinale a turbogeneratorului trebuie realizata, fie cu trei relee, câte unul pentru fiecare faza, fie cu un releu-complex care contine elemente separate de masurare pentru fiecare dintre cele trei faze. Protectia comanda declansarea întreruptorului generatorului, dezexcitarea generatorului, oprirea turbinei, initierea protectiei DRRI pentru întreruptorul generatorului si pornirea instalatiei de stingere a incendiului în generator (daca este prevazuta).

- Protectia maximala de curent se alimenteaza cu curent de la transformatoarele de curent montate pe legaturile generatorului spre bare si nu se temporizeaza.

- Protectia diferentiala transversala este protectia de baza la scurtcircuite între spirele aceleasi faze ale înfasurarii statorice. Protectia este alimentata

cu curent de la un transformator de curent montat pe legatura între punctele neutre ale celor doua semiînfasurari trifazate legate fiecare în parte în câte o stea (neutru). De obicei, curentul de actionare reglat al protectiei este de cca. (0,2...o,3)*I nom generator. Protectia trebuie sa fie temporizata pentru a preveni actionari pe durata unor manevre sau a unor procese tranzitorii în retea. La generatoarele mai mari se utilizeaza trafo de curent pe fiecare semiinfasurare statorica si se compara curentii in trei relee de curent reglate la (0.6...0,8)*Inom.gen/2.

- Protectia la punerea la pamânt a circuitului statoric se realizeaza ca o protectie maximala de tensiune omopolara, temporizata. Releul de tensiune se alimenteaza, fie de la transformatoarele de tensiune de la bornele generatorului ( înfasurarile secundare conectate în triunghi deschis), fie de la înfasurarea secundara a unui transformator monofazat a carui înfasurare primara este conectata între neutrul generatorului si pamânt. Exista si variante ale protectiei de punere la pamânt cu injectare de curent alternativ de o frecventa diferita de frecventa generatorului, dar trebuie sa fie completate cu protectii maximale de tensiune omopolara.

- Protectia maximala de curent omopolar directionala temporizata: Aceasta protectie este adecvata pentru generatoare conectate în retele cu neutrul izolat.Temporizarea protectiilor maximale de curent si directionale omopolare este necesara pentru a preveni functionarea gresita a protectiei la scurtcircuite exterioare ca urmare a unor procese tranzitorii. Protectia turbogeneratoarelor conectate în schema bloc, fara întreruptor, între generator si transformator actioneaza la: declansarea întreruptorului de pe partea de tensiune înalta a blocului, dezexcitarea generatorului, declansarea întreruptoarelor de pe partea de tensiune inferioara a transformatoarelor de servicii proprii de bloc, oprirea turbinei, initierea DRRI a întreruptorului blocului.

-Protectia la punere la pamânt în rotor sau în circuitele de excitatie: Variantele uzuale realizeaza injectia unui curent alternativ (de frecventa industriala sau la o frecventa mai mica) sau a unui curent continuu între un pol al înfasurarii rotorului si pamânt (axul generatorului), iar un releu reactioneaza la cresterea curentului peste valoarea reglata, ceea ce înseamna ca rezistenta de izolatie fata de pamânt a scazut sub o valoare prescrisa. Conectarea protectiei la circuitul de excitatie, în scopul separarii tensiunii injectate de tensiunea de excitatie, se face la turbogeneratorul cu excitatrice rotative de curent continuu printr-un condensator. Protectia la prima punere la pamant poate emite doar semnalizare, dar nu este indicat a se functiona in acest regim deoarece la aparitia celei de-a doua puneri la pamant poate conduce la distrugerea rotorului sau a sistemului de excitatie.

Turbogeneratorul la care s-a produs semnalizarea trebuie descarcat manual si deconectat de la retea. Protectia la a II-a punere la pamant se cupleaza in general dupa aparitia semnalizarii I puneri la pamant si comanda automat declansarea generatorului, netemporizat.

- Protectia la pierderea excitatiei: Se recomanda folosirea unei protectii cu releu monofazat de impedanta minima; protectia poate sesiza regimul de functionare al turbogeneratorului fara excitatie (generator asincron), care livreaza putere activa în retea si absoarbe putere reactiva din retea (punctul de functionare se plaseaza în cadranul IV al planului R, jX). Protectia se temporizeaza la valori 2…5 sec. Releul de impedanta se alimenteaza cu curent de la transformatoarele de curent aflate pe legatura la neutru a generatorului si cu tensiune de la transformatoarele de tensiune (înfasurarile secundare conectate în stea) de la bornele generatorului, astfel încât releul masoara impedanta “vazuta” de la bornele generatorului.

- Protectia de rezerva a turbogeneratoarelor la scurtcircuite polifazate

••• Protectie maximala de curent, temporizata, realizata pe trei faze. Releele maximale de curent trebuie sa fie alimentate de la transformatoare de curent montate pe legaturile generatorului spre nul.

••• Protectia maximala de curent cu blocaj de tensiune minima, temporizata, realizata pe trei faze. Releele maximale de curent trebuie sa fie alimentate de la transformatoarele de curent montate pe legaturile generatorului la nul; releele minimale de tensiune trebuie sa fie alimentate de la transformatoarele de tensiune montate la tensiunea bornelor generatorului (tensiunile între faze). Daca este nevoie pentru asigurarea sensibilitatii la scurtcircuite, pe partea tensiunii superioare a transformatorului blocului, schema protectiei se complecteaza cu un blocaj de tensiune minima, realizat de trei relee de tensiune, alimentate de la transformatoare de tensiune, montate pe barele colectoare de la tensiunea superioara a blocului. Completul de relee maximale de curent actioneaza în schema “SI” cu completele de relee minimale de tensiune, iar cele doua complete de relee minimale de tensiune actioneaza în schema “SAU”. Aceasta varianta este adecvata în special pentru turbogeneratoare cu puteri nominale mai mici de S nom = 50MVA.Curentul de actionare reglat trebuie sa fie mai mare decât valoarea curentului nominal al turbogeneratorului, asigurându-se si revenirea la starea de repaus a releelor dupa lichidarea scurtcircuitului. Tensiunea de actionare reglata trebuie sa fie mai mica decât valoarea minima a tensiunii în regim normal de functionare a generatorului, asigurându-se si revenirea la starea de repaus a releelor dupa lichidarea scurtcircuitului.

••• Protectia maximala de curent cu blocaj de tensiune combinat, temporizata. Elementul maximal de curent se compune din trei relee de curent alimentate de la transformatoarele de curent montate pe legaturile generatorului spre nul. Elementul de blocaj de tensiune se compune dintr-un releu de tensiune minima, alimentat de la una din tensiunile între faze, masurat la transformatoarele de tensiune montate la bornele generatorului.

••• Protectia de impedanta minima temporizata se realizeaza cu relee de impedante minima trifazate, alimentate cu curentii pe faza debitati de TC, montate pe legaturile generatorului la nul si cu tensiunile între faze prelevate de la transformatoare de tensiune de la bornele generatorului. Releele de impedanta minima masoara impedanta înfasurarilor generatorului de la borne spre nul si impedanta înfasurarilor transformatorului blocului de la bornele de tensiune inferioara spre bornele de tensiune superioara. Caracteristica de actionare impedanta-temporizare are de regula o singura treapta a carei impedanta de actionare se regleaza, fie pentru acoperirea scurtcircuitelor între faze, în transformatorul blocului, dar fara depasirea zonei barelor colectoare la tensiunea superioara, fie pentru acoperirea în întregime a transformatorului ridicator al blocului si a barelor de la tensiunea superioara a blocului.

Daca nu se iau masuri speciale, masurarea impedantei blocului dincolo de transformarea stea-triunghi a transformatorului blocului contine erori.

De asemenea, valoarea impedantei de actionare reglate trebuie sa fie mai mica (desensibilizata) fata de impedanta masurata de protectie în regim de sarcina maxima.

••• Protectia la supratemperatura si suprasarcina a înfasurarilor statorului turbogeneratorului. Turbogeneratoarele, în functie de puterea lor nominala si de modul de racire al înfasurarilor statorului, trebuie prevazute cu protectii la supratemperatura, suprasarcina simetrica, suprasarcina nesimetrica.

-Protectia la supratemperatura se realizeaza cu ajutorul senzorilor rezistivi de temperatura si a termocuplelor implantate în generator.

-Protectia la suprasarcina a înfasurarilor statorului cu curenti trifazati simetrici trebuie realizata cu un singur releu de curent, alimentat de la unul din transformatoarele de curent montate pe legaturile generatorului la neutru. Valoarea reglata a curentului de actionare se alege de regula egala cu 115%I nom , cu conditia ca raportul de revenire al releului sa fie minim 95%. Temporizarea protectiei se alege mai mare decât temporizarea cea mai mare a restului protectiilor generatorului.

- Protectia la suprasarcina înfasurarilor statorului cu curenti nesimetrici. Protectia se realizeaza cu un filtru-releu de curent de succesiune simetrica inversa, alimentat cu curenti pe faze (trei sau doua), debitati de transformatoarele de curent, montate pe legaturile spre neutru ale generatorului. Poate fi folosit, fie un filtru-releu special pentru protectii la suprasarcina, fie unul sau mai multe parti componente ale releului-filtru de curenti de succesiune inversa utilizat la protectia de rezerva la scurtcircuitele polifazate . Protectia este de tip maximal, cu temporizare.

••• Protectia la suprasarcina/supratensiune a înfasurarii rotorului turbogeneratorului. Protectia la suprasarcina a curentului rotorului trebuie prevazuta la turbogeneratoare cu puteri egale sau mai mari de S nom = 50 MVA având racire directa a conductoarelor. Criteriul de sesizare a suprasarcinii poate fi valoarea curentului din înfasurarea rotorului – varianta se practica la turbogeneratoare cu puteri egale si mai mari de S nom = 150 MVA. Curentul din rotor se aduce la protectie prin intermediul unui sunt sau a unui traductor de curent special care sunt montate în circuitul principal de excitatie. Protectia trebuie sa demareze la depasirea cu 5% a valorii nominale a curentului rotorului, respectiv la atingerea valorii U act. = 1,5I rotor . R rotor (unde I rotor este curentul nominal al rotorului, R rotor este rezistenta rotorului la temperatura maxima admisa de constructorul generatorului). Protectia la suprasarcina a rotorului trebuie sa actioneze la: scaderea curentului de excitatie la valori prestabilite corespunzând valorii admisibile nominale sau mai mici; declansarea întreruptorului generatorului; dezexcitarea generatorului; initierea functiei DRRI pentru întreruptorul respectiv. În vederea protectiei la suprasarcina a înfasurarii rotorului, trebuie prevazuta o instalatie de limitare a duratei fortarii excitatiei.

- Protectia turbogeneratorului la cresterea tensiunii la bornele sale: este realizata cu ajutorul unui releu de tensiune maxima, monofazat, cu functionare independenta de frecventa tensiunii de alimentare, având un raport de revenire apropiat de 1. Releul de tensiune este alimentat cu tensiune între faze, furnizata de transformatorul de tensiune de la bornele generatorului (altul decât transformatorul de tensiune care alimenteaza regulatorul de tensiune, pentru ca, în cazul unui defect, sa nu fie indisponibile simultan si regulatorul de tensiune si protectia la tensiune maxima). Protectia nu este temporizata.

- Protectia turbogeneratorului la functionare la frecvente anormale: Protectia este realizata cu un releu de frecventa alimentat cu tensiune de la transformatorul de tensiune de la bornele generatorului. Temporizarea protectiei este independenta de valoarea frecventei masurata. De regula se

foloseste o singura treapta minima frecventa-temporizare. La turbogeneratoarele conectate direct la barele colectoare, aflate la tensiunea bornelor, si la turbogeneratoarele conectate în schema bloc, cu întreruptor între generator si transformatorul blocului, protectia comanda declansarea întreruptorului generatorului. La turbogeneratoarele conectate în schema bloc, fara întreruptor între generator si transformator, protectia comanda declansarea întreruptorului de la partea de tensiune superioara a blocului. În ambele cazuri trebuie initiata functia DRRI pentru întreruptoarele respective.

- Protectia la iesirea din sincronism a turbogeneratorului/cresterea unghiului intern (functionarea în regim asincron, cu excitatie) se recomanda sa fie prevazuta la turbogeneratoare cu puteri mai mari de 100 MVA. De regula, se prevede ca protectie a blocurilor generator-transformator.

Se pot utiliza mai multe variante ale acestei protectii:

a) Protectia cu releu de impedanta, care este alimentat cu curentul unei faze, furnizat de un transformator de curent, amplasat pe legaturile bornelor de iesire ale generatorului spre transformatorul ridicator si tensiunea aceleasi faze, furnizata de transformatorul de tensiune de la bornele generatorului. Releul masoara impedanta rezultata din raportul dintre tensiune si curent.

b) Protectie cu relee de putere, alimentate cu curent si tensiune, de pe partea de tensiune superioara a blocului.

Protectia sesizeaza aparitia unor oscilatii asincrone ale generatorului, dupa numarul de inversari ale sensului de circulatie a puterii active (dinspre sau înspre bloc).

- Protectia la functionarea grupului în regim de motor sincron.

Aceasta protectie trebuie prevazuta la turbogeneratoare cu puteri nominale egale sau mai mari de S nom = 30 MVA, din motive de redundanta, trebuie prevazute doua protectii la functionare în regim de motor, alimentate de la transformatoare de curent si de tensiune diferite, ambele având actionari identice si independente (dupa principiul “unul din doi”).

Protectia trebuie sa intervina la întreruperea admisiei aburului în turbina, având misiunea sa controleze închiderea completa a ventilelor de admisie si a clapetelor de pe prizele de abur (la turbinele de termoficare) în

timp ce grupul este conectat la sistem, iar excitatia este la nivelul normal. În situatia creata astfel, turbogeneratorul trece în regim de functionare de motor sincron, absorbind din sistemul electroenergetic putere activa necesara antrenarii agregatului turbina-generator (circa 1…3% P nom ) si livrând în sistem putere reactiva (la valoarea la care era încarcat în regimul anterior aparitiei acestui defect).

Protectia este formata dintr-un releu de putere activa (monofazat sau trifazat), directionat la sensul de circulatie al puterii active din sistem spre generator (releu de întoarcere de putere). Puterea de actionare reglata a protectiei trebuie sa aibe o valoare de circa jumatate din valoarea puterii active absorbite de grup în regimul de functionare considerat.

Releul de putere folosit trebuie sa fie foarte sensibil, data fiind valoarea mica a pragului de actionare necesar si sa aibe o precizie ridicata a domeniului unghiului de faza al caracteristicii de actionare, tinând seama ca puterea aparenta masurata contine o componenta scazuta de putere activa si o componenta mare de putere reactiva. Aceleasi conditii de precizie trebuie îndeplinite si de transformatorul de curent si de tensiune, de aceea se recomanda alimentarea releului (releelor) de putere de la înfasurarile secundare destinate aparatelor de masura.

Protectia are doua temporizari si eventual o functie de temporizare integratoare care corespund celor trei situatii distincte în care trebuie sa intervina:

a) La oprirea intentionata a turbinei sau la declansarea turbinei comandata de o protectie a echipamentelor termomecanice (care reactioneaza la un defect la lichidarea caruia nu este necesara declansarea imediata a generatorului) se procedeaza la o declansare secventiala. Declansarea secventiala a agregatului (cazan)- turbina-generator se compune din urmatoarele etape succesive: 1) initierea declansarii secventiale; 2) comanda de închidere a ventilelor de admisie a aburului în turbina; 3) închiderea ventilelor semnalizata de contactele de sfârsit de cursa aale acestora; 4) închiderea completa a admisiei aburului si, drept consecinta trecerea grupului în regim de motor sincron verificata prin actionarea releului de întoarecere a puterii active; 5) comanda de deconectare de la retea a generatorului, efectuata cu temporizarea reglata a protectiei la întoarecerea puterii active; 6) comanda de dezexcitare a grupului, initiata dupa declansarea întreruptorului. Protectia de întoarecere de putere actioneaza în cadrul declansarii secventiale cu temporizarea treptei I, reglabila în domeniul 0,5…5s (interval de timp în care se accepta deliberat

functionarea în regim de motor). Declansarea este conditionata de pozitia “închis” a contactelor auxiliare ale ventilului de închidere rapida (VIR).

b)În cazul opririi admisiei aburului în turbina din alte motive decât actionarea unor protectii tehnologice sau în cazul unei declansari secventiale comandate corect, însotite de nefunctionarea contactelor de sfârsit de cursa ale ventilelor, se impune actionarea protectiei la întoarcerea puterii active ca protectie de rezerva, cu temporizarea treptei II, reglabila în domeniul 5…30s. Valoarea reglata a temporizarii treptei II se alege mai mare decât perioada Asteptata a oscilatiilor de putere între generator si sistemul electroenergetic cu schimbari succesive ale sensului de circulatie al puterii active si care sunt sesizate de releul de întoarcere de putere.

c) Se admite utilizarea acestei protectii si pentru actionarea la oscilatii de putere între generator si sistem. În acest scop releul de putere actioneaza un dispozitiv de temporizare integrator care permite totalizarea duratelor de timp succesive, corespunzatoare actionarilor releului de putere în procesul de oscilatii. Protectia actioneaza dupa un timp total care se regleaza aproximativ la aceeasi valoare cu aceea a treptei II.

Actionarea protectiei in cazurile b) si c) trebuie sa comande oprirea turbinei (!!!), declansarea întreruptorului generatorului (blocului), dezexcitarea generatorului, declansarea întreruptorilor de la tensiunea inferioara a transformatoarelor de servicii interne de bloc, initierea functiei DRRI a întreruptoarelor respective.

-Protectia la refuzul de declansare a întreruptorului (DRRI).

Protectiile la refuz de declansare trebuie prevazuta pentru întreruptorul de la tensiunile bornelor generatorului, pentru întreruptorul de la tensiunea superioara a blocului si pentru întreruptoarele de la tensiunea inferioara a transformatoarelor de servicii proprii de bloc, indiferent de puterea nominala a generatorului/blocului. Protectia este initiata de fiecare protectie a generatorului, a transformatorului ridicator al blocului si a transformatoarelor coborâtoare de servicii proprii de bloc.

Schema protectiei DRRI contine:

a) un releu de timp care masoara durata persistentei comenzii de declansare de la protectia care initializeaza aceasta protectie. Valoarea reglata a acestei temporizari trebuie sa fie mai mare decât timpul de declansare al întreruptorului respectiv adunat cu timpul de revenire al protectiei initializatoare la pozitia de repaus.

b) starea închisa a contactelor n, d, ale unor relee de curent alimentate pe cele trei faze ale transformatoarelor de curent dupa caz din circuitul generatorului, al transformatorului ridicator al blocului, respectiv al transformatoarelor coborâtoare de servicii proprii de bloc care atesta circulatia de curent prin circuitul neîntrerupt ca urmare a refuzului de declansare al întreruptorului supravegheat (aceste relee trebuie sa fie reglate la valoarea minima a curentului circuitului si sa aibe timp de revenire scurt;

c) starea închisa a unui contact auxiliar n, d, al întreruptorului supravegheat care atesta starea nedeclansata a acestuia.

Schema DRRI actioneaza în prezent cumulata a cel putin unuia din criteriile b) sau c) (în schema SAU) si a contactului final al releului de timp a) (în schema SI) si comanda:

• în cazul generatorului conectat direct la bara colectoare – declansarea tuturor întreruptoarelor surselor de putere conectate la bara respectiva;

• în cazul generatorului conectat în schema bloc cu întreruptor între generator si transformator – declansarea întreruptorului de la tensiunea superioara a blocului;

• în cazul generatorului conectat în schema bloc fara întreruptor între generator si transformator – declansarea întreruptorilor conectati pe bara la tensiune superioara a blocului.

Se recomanda ca schema DRRI sa comande netemporizat o noua declansare (autoactionare) a întreruptorului supravegheat.

F.GENERATOARE FARA PERII

G. TERMENUL « BRUSHLESS »

Furnizori principali (disponibili cu profil de companie complet)

Adresa

GMC Elektro AS 4007 STAVANGER [Norvegia]

Aries Power Solutions Ltd IPSWICH IP6 8NH [Marea Britanie]

Metro Exporters Pvt Ltd CHANDIGARH 160017 [India] Leroy-Somer 16000 ANGOULEME [Franţa] BSA International Exports AGRA 282006 [India]

LMB SAS 19360 MALEMORT SUR CORREZE [Franţa]

Kaushal Industries AGRA 282006 [India] Hero Exports NEW DELHI 110020 [India] Precilec 89000 AUXERRE [Franţa]

FG Wilson (Engineering) Ltd LARNE BT40 1EJ [Marea Britanie]

"ECONIKA-Techno" MOSCOW 111395 [Federaţia Rusă]

Badek Ekonomiczne Spawanie. Firma Wielobranżowa

58-241 PILAWA DOLNA [Polonia]

AS EL-TRADE 0484 OSLO [Norvegia] Weg Scandinavia AB 43442 KUNGSBACKA [Suedia]

Global Parts Enterprises L.L.C. DUBAI UAE [Emiratele Arabe Unite]

Soar Technology (Pvt) Ltd WELISARA [Sri Lanka] INTERNATIONAL POWER SUPPLIER, Srl

20090 ASSAGO MI [Italia]

TES VSETÍN, s.r.o. 755 01 VSETIN [Republica Cehă] UMEB 061328 BUCURESTI [România] Schorch Norge AS 6083 GJERDSVIKA [Norvegia]

Termenul “brushless” a devenit acceptat ca referitor la un anumit tip de servo motor. Un motor pas cu pas este un dispozitiv fara perii, precum un motor de inductie de curent alternativ (de fapt, motorul pas cu pas poate forma baza servo motorului brushless, deseori numit un servo hibrid). Totusi, asa numitul motor brushless a fost proiectat sa aiba o performanta similara cu cea a motorului de curent continuu cu perii, fara limitarile impuse de un comutator mecanic.

In catagoria motoarelor brushless exista doua tipuri de baza de motoare : trapezoidal si sinusoidal. Motorul trapezoidal este de fapt un servou brushless de curent continuu, iar motorul sinusoidal seamana putin cu motorul asincron de curent alternativ. Pentru a explica diferenta intre acestea trebuie urmarita evolutia motorului brushless.

In figura este reprezentat un motor cu perii de curent continuu. Prin comutator si perii inversarea curentului se face automat si rotorul continua sa se invarta in aceeasi directie.

H. FUNCTIONAREA MOTOARELOR BRUSHLESS

Pentru a transforma motorul de mai sus intr-unul brushless trebuie eliminate infasurarile de pe rotor. Aceasta se poate realiza intorcand motorul pe dos. In alte cuvinte, se face magnetul permanent partea rotativa a motorului si se pun infasurarile pe polii statorului. Mai este necesar un mijloc de inversare a curentului automat, precum cel din figura de mai jos.

In mod evident aceasta solutie cu un comutator mecanic nu este satisfacatoare, dar capacitatea de comutare a dispozitivelor fara contact este foarte limitata. Totusi, intr-o aplicatie cu servou, se foloseste un amplificator electronic sau driver, care poate fi folosit si pentru comutatia ca raspuns

la semnale de semnal slab furnizate de un senzor optic sau cu efect hall.(figura urmatoare)

Curentul din circuitul extern trebuie inversat la pozitii definite ale rotorului, deci motorul este de fapt condus de un curent alternativ.

Intorcandu-ne la motorul conventional cu perii, un rotor constand doar intr-o singura bobina va exercita o variatie mare de cuplu in timp ce

se roteste. De fapt, caracteristica va fi sinusoidala, cu cuplul maxim produs atunci cand campul rotorului este la unghiul potrivit fata de campul statorului, si este zero atunci cand se trece prin punctul de comutatie. Un motor practic de curent continuu are un numar mare de bobine pe rotor, fiecare conectata nu doar la perechea sa de segmente de comutare, cat si

la celelalte bobine. In acest mod contributia principala la cuplu este facuta de o bobina care opereaza aproape de pozitia de cuplu maxim. Exista de asemenea un efect de mediere produs de curentul ce percurge si celelalte bobine, astfel incat variatia de cuplu rezultata este foarte mica.

Se doreste reproducerea acestei situatii la motorul brushless ; totusi, aceasta ar necesita un numar mare de bobine distribuite in jurul statorului. Aceasta poate fi fezabil, dar fiecare bobina ar necesita propriul sau circuit de comanda ; ceea ce nu se poate, deci trebuie facut un compromis. Un

motor tipic brushless are doua sau trei seturi de bobine sau faze. Motorul din figura este unul cu doi poli si trei faze. Rotorul are de obicei patru sau sase

poli, cu un numar de poli ai statorului in crestere corespondenta. Acesta nu mareste numarul de faze - fiecare faza avand cotiturile sale distribuiteintre cativa poli ai statorului.

Cuplul maxim este produs atunci cand campurile rotorului si al statorului se afla la 90° unul fata de altul. Astfel pentru a genera un cuplu constant trebuie mentinut campul statorului la 90° inaintea rotorului. Limitand numarul de faze la trei inseamna ca se poate creste campul

statorului in multipli de 60° .

I. TOATE AVANTAJELE UNUI MOTOR BRUSHLESS SI SIMPLITATEA UNUI MOTOR DE CURENT CONTINUU

1. Functionare

Motoarele conventionale de curent continuu folosesc un comutator mecanic, in timp ce motoarele CMG Silicon Series folosesc unul electronic. In ambele cazuri, comutatorul converteste curentul continuu intr-un camp magnetic rotitor, pentru a suporta rotatia continua. Totusi solutia cu comutator electronic are avantajele unei constructii si operari solide, si in plus mareste avantajele unui motor brushless fara a se folosi un amplificator. In contrast cu motoarele de curent continuu tipice, contactorii si releele sunt de asemenea eliminate, datorita sursei si controlului directional incorporate.

In plus, CMG este singurul motor brushless din clasa sa de performante care poate fi operat in paralel. Aceasta inseamna ca mai multe motoare pot fi alimentate de la aceeasi sursa de current si tensiune, inclusiv un controler de curent continuu.

Odata cu aparitia acestui progres tehnologic, noi niveluri de performanta, eficienta si densitate de putere devin disponibile la costuri reduse de operare si intretinere. Aplicatii precum unitati de putere hidraulice, strartere/alternatoare integrate, vehicule hibride mici, cu tensiune scazuta si altele, ce erau inainte prea complexe si prea scumpe -acesibile doar in industria aerospatiala si pe platforme militare- devin disponibile pe scara larga.

2.Materiale si constructie

Statorul este facut din bare laminate din otel de 0.355mm, care sunt adunate, fluidizate si legate cu sarma de cupru izolata. Exceptie fac

motoarele care folosesc constructia SolidSlot™(vezi imaginea), care are bare trapezoidale de cupru inserate in centrul statorului. Rotorul este facut din bare de otel taiate cu precizie si are 12 magneti neodimium-fier-bor (NdFeB) de mare temperatura (180°) montati pe circumferinta. Magnetii sunt prinsi cu o banda de otel

inoxidabil iar rotorul este echilibrat inainte de asamblare.

Cateva caracteristici ale unui astfel de motor :

CMG Curent (A)

Viteza(rpm) Cuplu(Nm) Putere(kW) Eficienta

03-12 Vcc

400 3500 12 4.5 95%

06-24 Vcc

400 3500 24 9 95%

06-48 Vcc

220 6800 13 10 95%

13-24 Vcc

400 1800 49 9 95%

13-48 Vcc

220 3400 27 10 95%

J. MOTORUL ELECTRIC DE CURENT CONINUU BRUSHLESS(BLDC)

BLDC este un motor electric sincron de curent alternativ care din perspectiva modelarii seamana mult cu un motor de curent continuu. Uneori diferenta este explicata prin sistemul de comutatie controlat electronic, fata de un sistem mecanic de comutatie, desi aceasta exprimare este inselatoare, deoarece cele doua motoare sunt complet diferite. Exista trei subtipuri :

Motorul sincron de curent alternativ trifazat, ce are trei conexiuni electrice

Motor pas cu pas, care poate avea mai multi poli pe stator Motorul cu reluctanta, are toti polii pe stator si un miez magnetic pe

rotor.

Intr-un motor conventional (cu perii) de curent continuu, periile iau contact mecanic cu un set de contacte electrice de pe rotor (numite comutator), formand un circuit electric intre sursa de curent continuu si armaturile infasurarii bobinelor. Pe masura ce armatura se roteste in jurul axului, periile stationare vin in contact cu diferite sectiuni ale comutatorului rotitor. Comutatorul si sistemul de perii formeaza un set de comutatoare electrice, fiecare comutand in ordine, asa incat puterea electrica curge intotdeauna catre

infasurarea armaturii cea mai aproape de statorul fix (magnet permanent).

Intr-un motor BLDC, sistemul de perii/comutator este inlocuit cu un controler electronic intelegent. Controlerul face aceeasi distributie de putere ca la un motor de curent continuu cu perii, dar fara a folosi un sistem comutator/perii. Controlerul contine o serie de dispozitive

electronice MOSFET care conduc puterea de current continuu mare, si un microcontroler care orchestreaza temporizarea curentilor rapid schimbatori. Deoarece controlerul trebuie sa urmareasca rotorul, are nevoie de mijloace de determinare a pozitiei/orientarii rotorului, relativ la infasurarile statorului. Unele modele folosesc senzori cu efect Hall pentru a masura direct pozitia rotorului. Motoarele BLDC pot fi construite in doua configuratii fizice diferite: cea conventionala, magnetii permanenti sunt montati pe rotor, bobinele statorului inconjurand rotorul iar cea de-a doua in care relatia radiala intre infasurari si magneti este inversata; bobinele statorului formeaza centrul motorului, in timp ce magnetii permanenti se invart pe un rotor ce inconjoara centrul.

BIBLIOGRAFIE

1.Masini electriceAutori: -Conf.Dr.Ing. Nicolae Golan

-S.I.Dr.Ing. Constantin Ghita -Ing. Mihai Cristelecan

2.- www. wikipedia.com

-www.allegromicro.com

-www.ecycle.com

-www.electroputere.ro

-www.kompass.com