Schutz von Generatoren: Umfassende Fehler-Schutzstrategien für Synchrongeneratoren

Synchrongenerator-Schutz

In vorangegangenen Artikeln besprachen wir den Schutz von Transformatoren und Leitungen. Moderne Energiesysteme bestehen aus Generatoren, Transformatoren, Sammelschienen, Leitungen und weiterer Ausrüstung. Jedes Teil muss vor Fehlern geschützt werden, die früher oder später auftreten. Schutzrelais erkennen Fehlverhalten sensitiv und zuverlässig. Die schwerwiegendsten Generatorfehler, die sofortige Aufmerksamkeit erfordern, sind Statorwicklungsfehler. Das Grundschutzschema für Generatoren ist der Differenzialrelais-Schutz, da die differentiellen Messprinzipien das System empfindlicher und zuverlässiger machen als andere Schutzsysteme.

Erzeugungseinheiten, besonders große, sind zwar wenige, aber individuell sehr kostspielig. Daher ist ihr Schutz vor schädigenden Fehlern oberste Priorität. Im Folgenden besprechen wir mögliche Generatorfehler.

Ausfall der Antriebsmaschine (Prime Mover):

Fällt der Antrieb der Primärmaschine aus, läuft der Generator als Synchronmotor und zieht Strom aus dem Netz. Dieser Zustand heißt „umgekehrter Betrieb“ (Inverted Running).

Erregungsausfall (Field Failure):

Erregungsausfälle sind äußerst selten. Tritt er ein, beschädigt er den Generator nicht direkt. Läuft der Generator ohne Erregung, kann die fehlerhafte Maschine manuell getrennt werden; eine automatische Trennung ist nicht vorgesehen.

Überstrom (Overcurrent):

Hauptursachen: teilweiser Isolationsdurchschlag in der Wicklung oder Überlast im Netz. Überstromschutz für Generatoren ist manchmal entbehrlich, weil:

1) Moderne Generatorwicklungen haben hohe Impedanz und halten einen Vollkurzschluss an den Klemmen ausreichend lange aus, bevor manuell getrennt werden kann.

2) Ein Überlastrelais könnte den Generator bei kurzzeitigen Störungen außerhalb vom Sammelschienensystem trennen und die Versorgungskontinuität stören.

Überspeed (Over Speed):

Hauptursache: plötzlicher Abwurf großer Last vom Generator. Deshalb wird eine mechanische Zentrifugalvorrichtung auf der Antriebswelle montiert, die bei gefährlicher Überspeed das Hauptventil der Primärmaschine auslöst.

Überspannung (Over Voltage):

Moderne Erregungssysteme sind so ausgelegt, dass sie keine Überspannung erzeugen. Überspannung kann jedoch durch Überspeed der Primärmaschine entstehen (plötzlicher Lastabwurf). Eine mechanische Vorrichtung auf der Generatorwelle kann dies kontrollieren.

Unsymmetrische Belastung (Unbalanced Loading):

Unsymmetrische Belastung bedeutet unterschiedliche Phasenströme im Generator. Ursache: Erdschluss oder Phasenkurzschluss. Bleibt sie bestehen, kann sie Wicklungen verbrennen oder mechanische Befestigungen beschädigen.