کارآموزی شرکت فنی و ساختمانی

پیشگفتار :
نوشته حاضر ، گزارشی است از فعالیت های انجام شده اینجانب در شرکت فنی و ساختمانی میسان ، در طول دوره کاراموزی در این شرکت با اطلاعات و آموخته های گوناگونی مواجه شدم که در این گزارش سعی شده است بصورت مفصل به توزیع این آموخته ها پرداخته شود ، شرکت فنی و ساختمانی میسانی یک شرکت فعال در زمینه های مختلف برق صنعتی ، نیروگاهی ، ژنراتور

، رکتیفایر ، موتور جوش و … میباشد که در حال حاضر در پروژه های بزرگی از قبیل پروژه عسلویه و پروژه خنداب در اراک مشغول فعالیت میباشد ، فعالیت در این شرکت از جهات مختلفی برای اینجانب مفید بود ، آشنایی با نحوه فعالیت یک شرکت بزرگ ، آشنایی با ویژگی های خاص برق نیروگاهی و بسیاری موارد دیگر .

فصل اول
معرفی شرکت فنی و ساختمانی میسان

معرفی :
شرکت ساختمانی و مهندسی میسان به عنوان پیمانکار رتبهٔ یک در رشته‌های ساختمان، تأسیسات، تجهیزات و صنعت و معدن، با رویکرد افزایش سطح کیفی و کمی فرآیندها و خدمات در جهت رضایت‌مندی مشتری، رعایت حقوق طرف‌های ذی‌نفع و اجرای الزامات قانونی و سایر الزامات مورد تعهد سازمان، بهبود مستمر عملکرد و حفظ و ارتقاء اعتبار سازمان، نظام مدیریت یکپارچه (‌IMS) را مبتنی بر الزامات و مشخصه‌های استاندارد ISO ‌۹۰۰۱:۲۰۰۸, OHSAS 18001:2007 و ISO 14001:2004 مستقر نموده و همواره ارزش‌های زیر را مد نظر قرار می‌دهد:
تأمین مستمر رضایت کارفرمایان (مشتریان).

ایجاد محیط ایمن و کنترل عوامل زیان آور محیط کار و پیشگیری از بروز مصدومیت و بیماری.
تعهد به جلوگیری از گسترش و به حداقل رساندن یا حذف آلایندگی زیست محیطی فعالیت‌ها و خدمات در جهت سازگاری با محیط زیست.
ایجاد اعتماد متقابل در ارتباط با تأمین کنندگان مصالح، تجهیزات و خدمات و توسعه همکاری.
بکارگیری نیروی انسانی آموزش دیده، توانمندسازی کارکنان و توسعه و ترویج فرهنگ کیفیت، زیست محیطی و ایمنی و بهداشت شغلی در سازمان.
بکارگیری بهینه منابع و مدیریت ضایعات.
کارکنان این شرکت توان خود را به منظور مشارکت متعهدانه، استفاده از فرصت‌های بهبود و تقویت کار گروهی در راستای نهادینه کردن فرهنگ پیشگیری به‌جای علاج و در اولویت قرار دادن خواست مشتری بکار می‌گیرند.
خط‌مشی یکپارچه شرکت ساختمانی و مهندسی میسان در کل سازمان ابلاغ شده و به جهت ارزیابی کفایت و تناسب با الزامات در مقاطع مختلف، بازبینی گردیده و توسط نمایندهٔ مدیریت در امور IMS از تحقق مفاد آن اطمینان حاصل می‌شود.

چارت سازمانی شرکت :

 

فصل دوم
حفاظت ژنراتور های سنکرون نیروگاهی

حفاظت ژنراتور های سنکرون نیروگاهی :
مقدمه :
ژنراتورهاي سنكرون ماشيني است كه براي تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكيac به كار مي رود.در ژنراتور سنكرون يك ولتاژ dc به رتور داده مي شود تا ميدان مغانطيسي رتور شكل بگيرد و سپس رتور به حركت در مي ايد و در سيم پيچ هاي استاتور ولتاژ سه فاز القاء مي كند.براي رساندن جريان dc به رتور مكانيزم خاصي مورد نظر است
۱-رساندن توان از يك منبع خارجي به رتور توسط حلقه هاي لغزان و جاروبكها(در اين حالت استهلاك زياد است وبيشتر در ژنراتورهاي كوچك كاربرد دارد)

۲-رساندن توان از يك منبع خاص كه مستقيما بر روي محور ژنراتور نصب شده است(در ژنراتورهاي بزرگ)
ژنراتورهاي سنكرون طبق تعريف سنكرون هستند.بدين معنا كه فركانس الكتريكي توليد شده با سرعت چرخش مكانيكي قفل مي گردد.ولتاژ داخلي توليد شده داخلي در ژنراتور مستقيما با فوران و فركانس متناسب است.
ژنراتورها به عنوان توليد كننده انرژي به صورت سنكرون با شبكه در حال بهره برداري بوده تحت تاثير شبكه مصرف و تغييرات مداوم بار واقع مي باشند بهره برداري مرتب و منظم ژنراتورها در هر لحظه به كيفيت بهره برداري شبكه بستگي داشته در صورت بروز هرگون اختلال در شبكه احتمال خارج گشتن ژنراتور از حالت سنكرون موجود مي باشد.

روش اتصال ژنراتور به شبكه و تامين مصرف داخلي:
ژنراتورها مشابه ساير تجيهيزات برقي با كليد به شبكه سه فاز استفاده وصل مي شود به منظور انتقال قدرت توليدي به شبكه از ترانسفورماتور بالابر استفاده مي شود اين روش براي تمام ژنراتورهاي كه قرار است در شبكه هاي گسترده مورد استفاده قرارگيرند استفاده مي شود و چون ولتاژ توليدي ژنراتورها از ولتاژ انتقال كمتر مي باشد بايد از اين ترانسفورماتور بالابر ولتاژ استفاده شود و اينكه چرا شبكه هاي برق ولتاژ را تحت ولتاژ بالا انتقال مي دهند به دليل صرفه اقتصادي.

بنابراين ژنراتورها با استفاده از يك كليد به شبكه وصل مي شوند هنگامي كه شبكه مصرف هم ولتاژ با خروجي ژنراتور باشد ژنراتور بدون ترانس و به صورت مستقيم مصرف كننده ها را تغذيه مي كند كليد قبل از ترانس بالابر استفاده مي شود و قبل از ترانس بالابر يك شين وجود دارد كه از آن براي مصرف داخلي ژنراتور استفاده مي شود به منظور راه اندازي نيروگاه به نيروي كمكي نياز مي باشد انرژي مورد نياز براي راه اندازسيستم هاي خنك كننده و سيستم هاي روغن كاري مدار تحريك پمپ سوخت و … به مصرف داخلي ژنراتور معروف مي باشد

هنگامي كه قدرت ژنراتور از حدود ۱۰۰مگاوات تجاوز مي نمايد نصب كليد در خروجي ژنراتور با مشكلات زيادي همراه خواهد بود چون قطع وصل اين كليد جريان زيادي را طلب مي كند و براي قطع ووصل اين جريان بايد كنتاكت هاي بسيار بزرگي داشته باشيم كه اين كنتكت ها وزن زيادي خواهند داشت و عملا براي ژنراتور ها ي به اين بزرگي استفاده از كليد بعد ازترانسفورماتور بالابر استفاده مي شود.
مقدار انرژي مصرفي براي نيروگاه هاي حرارتي بستگي به مصرف سوخت ۵-۱۰% و در نيروگا ه هاي آبي به حدود كمتر از۲% قدرت اسمي براي هر واحد بالغ مي گردد
چون اتصالي در خروجي ژنراتورهاي بزرگتر از ۱۰۰ مگاوات خطرناك است به همين دليل شين متصل بين ترانسفورماتور بالابر و ژنراتور داخل كانالهاي بلوكي قرار مي گيرد تا احتمال اتصالي فاز به فاز در آن كاهش يابد

مشخصات كلي مربوط به ژنراتورهاي زيمنس و آنسالدو طي جدول ذيل آورده شده است :
وزن ژنراتور سرعت روتور فركانس جريان نامي ولتاژنامي توان Type شركت سازنده
Ton r.p.m Hz KA KV MVA
223 3000 50 7.331 15.76 200 TY 10546 آنسالدو
۲۷۳٫۵ ۳۰۰۰ ۵۰ ۷٫۴۰۵ ۱۵٫۷۵ ۲۰۲ TLRI 115.41 زيمنس

اتصالي هاي سه
فاز و فاز-فاز در ژنراتورها
اتصالي هاي فازدر سيم پيچي استاتور ،شامل عيوب دو فاز و سه فاز با هم،در رديف خطرناك ترين نوع اتصالي ها محسوب مي شود.بروز اين اتصالي ها در سيم پيچ استاتور با برقراري حداكثر جريان عيب همراه بوده ،جريان عيب با مقدار قابل ملاحظه بالغ بر چند ده برابر جريان اسمي ژنراتور به صورت قوس در محل اتصالي صدمه و خسارات فراوان را به سيم پيچي ها و ايزولاسيون آنان وارد مي سازد.بدين برقراري جريان اتصالي موجب سوختن سيم پيچي ها وايزولاسيون آنها مي گردد.جريان عيب در محل اتصالي شامل جريان القاء شده در سيم پيچ هاي ژنراتور و جريان برقرار شده از شبكه خارج به داخل ژنراتور مي باشد

در صورت باز بودن كليد خروجي ژنراتور در حالي كه ژنراتور تحت ولتاژ واقع بوده جريان برقرار شده در آن صفر مي باشد،بروز هر گونه اتصالي در سيم پيچي هاي استاتور جريان عيب را تحت تاثير نيروي الكتروموتوري القاء شده در سيم پيچ ها برقرار مي سازد.
نيروي الكتروموتوري محدود به نيروي الكتروموتوري القاء شده در بخشي از سيم پيچ استاتور از نقطه نول تا محل عيب مي باشد.
مقدار جريان عيب متناسب با محل عيب در طول سيم پيچي مي باشد.
در هردو حالت اهم از باز يا بسته بودن كليد خروجي،بروز عيب فاز-فاز يا سه فاز دذر سيم پيچي ها جريان عيب قابل ملاحظه اي ايجاد شده و بايد جريان عيب سريعا قطع شود.
تابدين ترتيب ميزان صدمات وارد شده به سيم پيچي ها به حداقل برسد.
اتصالي هاي فاز-فاز و سه فاز حداكثر جريان عيب را برقرار ساخته و در رديف خطرناك ترين عيوب روي داده در ژنراتور مي باشد
گذشته از اينكه جريان عيب بايد به سرعت تشخيص داده شود و كليد قطع شود همچنين بايد اقدامات لازم براي اطفاء حريق و خاموش كردن قوس هاي برقرار شده انجام شود.
بنابراين بايد رله هاي حفاظتي به صورت لحظه اي و سريع عمل كنند و همچنين وظيفه
فرمان اطفاء قوس ها نيز بر دوش رله ها مي باشد.
مناسب ترين نوع رله حفاظتي كه اين كار را انجام دهد رله ديفرانسيل مي باشد.
رله از دو ترانسفورماتور نصب شده در طرف فاز و نول ژنراتور نصب شده و جريان هاي دو طرف را باهم مقايسه مي كند و در هر لحظه اين جريان ها با همديگر مقايسه مي شوند و درصورت بروز خطا تعادل به هم خورده و بستگي به مكانيزم رله فرمان قطع به كليد صادر ميشود.

 

انتخاب طرح حفاظتی برای ژنراتور مستقیما به عوامل زیر وابسته است:
۱٫ ظرفیت ژنراتور
۲٫ سطح ولتاژ و نحوه اتصال ژنراتور به شبکه
۳٫ وضعیت نقطه نوترال
موارد ۱ و ۲ در قسمتهای آینده و در بخش طرحهای حفاظتی آورده میشود. اما در مورد شماره ۳ روشهای کلی زیر متداول است:
۱٫ اتصال مستقیم نوترال به زمین
۲٫ اتصال نقطه نوترال با امپدانس
۳٫ نقطه نوترال ایزوله

روش اتصال نقطه نوترال با امپدانس برحسب میزان محدود سازی جریان عیب فاز به زمین به دو دسته اتصال نقطه نوترال با امپدانس بالا یا “High impedance earthing ” و اتصال نقطه نوترال با امپدانس کم یا “Low impedance earthing ” تقسیم میشوند. در روش “High impedance earthing ” جریان عیب فاز به زمین به مقداری در حدود ۵ تا ۱۰ آمپر محدود میشود. در حالیکه در روش “Low impedance earthing ” این جریان به مقداری در حدود ۱۰۰ آمپر محدود خواهدشد.
وضعیت اتصال مستقیم نوترال به زمین در مواجهه با خطا روشن است . اما در این میان روش نقطه نوترال ایزوله نسبت به ۲ روش دیگر مزایا و معایبی دارد که کاربردهای خاص خود را داراست که در صورت نیاز در جای خود به بحث پیرامون آن خواهیم پرداخت.
در طرحهای حفاظتی که ما به بحث پیرامون آن میپردازیم فرض بر آن است که نقطه نوترال با روش شماره ۲ زمین شده است.

حفاظت مولفه منفي ژنراتور
اگر ژنراتور با بار نامتفاوتي مواجه شود، جريانهاي بار نامتقارن را در ژنراتور ميتوان به مولفه‌هاي مثبت، منفي و صفر تجزيه كرد. مجموعه مولفه‌هاي متعادل به شرح زيرند:

الف) مولفه‌هاي ترتيب مثبت:
شامل سه بردار با دامنه يكسان و اختلاف فاز ۱۲۰ درجه و داراي همان چرخش فاز سيستم اصلي (به عنوان مثال توالي فاز مثبت abc) و مشابه جريان
بار متعادل ايجاد ميداني با سرعت سنكرون و در جهت دوران روتور مي‌كند.

ب) مولفه‌هاي ترتيب منفي:
شامل سه بردار با دامنه‌هاي يكسان و اختلاف فاز ۱۲۰ درجه و با چرخش‌هاي فازي مخالف با مولفه‌هاي ترتيب مثبت (به عنوان مثال توالي فاز منفي abc)
ايجاد ميداني با سرعت سنكرون ولي در جهت مخالف با دوران روتور كرده و لذا جريان‌هايي با دو برابر فركانس سيستم را در روتور القاء مي‌كند.

ج) مولفه‌هاي ترتيب صفر:
شامل سه بردار هم دامنه بدون اختلاف فاز بين يكديگر، كه اين مولفه صفر جريان هيچگونه عكس‌العمل آرميچري را ايجاد نمي‌كند.
خطاهاي سيستم اغلب از نوع نامتقارن است و از آنجايي كه اين خطاها باعث عبور جريان نامتقارن در سيستم مي‌شوند، روش مولفه‌هاي نامتقارن براي محاسبات جريان و ولتاژ نقاط
مختلف سيستم در خلال خطا، بسيار مفيد است.

مولفه‌هاي صفر، مثبت و منفي جريان با معادلات زير بيان مي‌شوند:
عدد a نشانگر اپراتوري است كه با اعمال آن به هر بردار با حفظ دامنه به اندازه ۱۲۰ درجه در خلاف جهت عقربه‌هاي ساعت دوران كند اين اپراتور عبارت است از عدد۱ با زاويه ۱۲۰ درجه كه به صورت مختلط عبارت است از:
اگر اين اپراتور دو بار متوالي به يك بردار اعمال شود آنرا به اندازه ۲۴۰ درجه در خلاف جهت عقربه‌هاي ساعت گردش خواهد داد.
در انتهاي بحث مقدمه به عوامل ايجاد جريان‌هاي نامتقارن در شبكه قدرت به شرح زير، پرداخته مي‌شود:

۱- اتصال كوتاه نامتقارن (در خطوط انتقال طويل، دامنه جريان مولفه منفي در اين حالت بيشترين مقدار است).
ژنراتور جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز به صورت محلی و در مقیاس کوچکتر مورد استفاده قرار می گیرد.

ژنراتورها به دو صورت ، طراحی و ساخته می شوند:
دائم کار (Prime)
اضطراری (Emergency
در اماکنی که بدلیل دوری از خطوط سراسری برق یا بدلیل اقتصادی ،امکان استفاده از شبکه برق سراسری وجود نداشته باشد از ژنراتورهای دائم کار استفاده می شود.
از ژنراتورهای اضطراری هنگام قطع شبکه برق سراسری جهت تامین برق مورد نیاز تجهیزات و اماکنی که قطع برق ممکن است خسارت جانی و مالی ایجاد کند استفاده می شود.
در موارد یزر برای تامین مصارف اضطراری و ایمنی باید نیروی برق به کمک مولدهایی که معمولا نیروی محرک آنها موتورهای دیزل است در محل تولید شود:

ساختمانهای مسکونی بیش از ۴ طبقه از کف زمنی و مجهز به آسانسور
ساختمانهای عمومی که نوع فعالیت آنها به نحوی است که قطع برق ممکن است خطر یا خسارت جبران ناپذیری را ایجاد کند.
بیمارستانها و مراکز بهداشتی با توجه به نوع فعالیت
سردخانه های بزرگ
مراکز صنعتی
هر نوع ساختمان دیگری به تشخیص مقامات ذیصلاح

نکته:
راه اندازی دیزل ممکن است بصورت دستی،خودکار ،با وقفه کوتاه یا بدون وقفه باشد.
مواردی که بایستی علاوه بر ملاحظات فنی جهت انتخاب ژنراتور رعایت گردد.

۱- استقرار در نزدیکی بار
۲- افت ولتاژ
۳- شرایط راه اندازی
۴-نحوه ایجاد ارتباط با سیستم نیروی اصلی
۵- انخاب سرعت
۶- افت توان مولد اولیه
۷- تامین هوا برای مصرف مولد
۸- خنک کردن
اتاق ژنراتور بایستی در محلی ساخته شود که از نظر لرزش،سر و صدا، و دود کنترل شده باشد و همچنین امکان حمل و نقل پیش بینی گردد.

مشخصات فنی دیزل ژنراتور نیروگاهی
دیزل بایستی قادر به کار در شرایط زیر باشد
۱-اضافه بار
۲-ارتفاع
۳-درجه حرارت محیط
۴-رطوبت نسبی
۵-سرعت (حداکثر)

نکته:سیستم استارت دیزل ژنراتور بایستی از طریق باطری تامین شود.
مشخصات فنی تابلوی کنترل اتوماتیک دیزل ژنراتور

AUTOMATIC) TRANSFER SWITCH (ATS)
در صورت قطع برق شبکه مراحل زیر می بایستی بطور اتوماتیک انجام شود:

۱ – کلید اتوماتیک شبکه باز شود.
۲ – دیزل استارت شود و در صورتی که دیزل روشن نشود،عمل استارت سه بار با فاصله زمانی مناسب و قابل تنظیم تکرار و اگر دیزل روشن نشد،فرمان قطع استارت همراه با آلارم صادر گردد.
۳ – پس از روشن شدن دیزل ژنراتور و تثبیت ولتاژ و فرکانس ژنراتور به مقدار نامی خود،کلید اتوماتیک ژنراتور وصل شده و تغذیه بار مصرفی توسط ژنراتور صورت گیرد.
۴ – بس از وصل مجدد برق شبکه و گذشت زمان تثبیت،تغذیه بار بطور اتوماتیک از ژنراتور قطع و توسط شبکه تامین گردد.
۵ – پس از قطع تغذیه بار مصرفی از ژنراتور،دیزل مدت معینی را بصورت بدون بار کار کرده تا خنک شود،سپس برای عملیات بعدی به حالت آماده کار باقی می ماند..
نظارت بر پارامترهای الکتریکی و مکانیکی دیزل ژنراتور
۱ – نظارت و حفاظت دیزل در برابر کاهش فشار روغن
۲ – نظارت و حفاظت دیزل در برابر افزایش درجه حرارت آب خنک کننده (High Temperature)
3 – نظارت و حفاظت دیزل در برابر دور غیر مجاز(OVER SPEED)
4 – نظارت بر اشکال در سیستم استارت دیزل
۵ – نظارت بر ولتاژ و شارژ باطری
۶ – نظارت و کنترل بر سطح سوخت موجود در داخل تانک روزانه (FUEL LOW LEVEL)
7 – نظارت بر ولتاژ سه فاز برق شبکه و حفاظت در مقابل(OVER & UNDER VOLTAGE)
8- نظارت و حفاظت ژنراتور در مقابل (OVER & UNDER VOLTAGE)
9- حفاظت ژنراتور در مقابل اضافه بار (OVER LOAD) و اتصال کوتاه(SHORT CIRCUIT) توسط کلید اتوماتیک.
۱۰-حفاظت ژنراتور به کمک رله PTC در مقابل افزایش بیش از حد درجه حرارت سیم پیچها
۱۱- حفاظت ژنراتور در مقابل تغییرات غیر مجاز فرکانس

 

ژنراتور می بایستی توسط رله های حفاظتی در برابر خطاهای زیر حفاظت شود:
۱- جریان زیاد (OVER CURRENT)
2- نشت زمین (EARTH FAULT)
3- توان معکوس (REVERSE POWER)

مشخصه توان و گشتاور
ژنراتورهای سه فاز عمدتاً به سیستم های قدرت متصل هستند و بندرت به تنهائی بارهای خاص و محلی را تامین می کنند در صورتی که ژنراتورهای سنکرون به شبکه قدرت وصل هستند و مشترکاً بار مشترکین را تامین می کنند در این صورت می گویند ژنراتور به شبکه بینهایت وصل است . از اینجائیکه تعداد ژنراتورهای متصل به شبکه زیاد بوده و این ژنراتور ها نسبتاً بزرگ و حجیم است

، لذا ولتاژ و فرکانس شبکه ( ستین ) بینهایت به سختی قابل تغییر است و ثابت می باشد . معمولاً ژنراتورهای سنکرون به شبکه بینهایت با ولتاژ ثابتی متصل اند و تحت سرعت ثابت سنکرون چرخانده می شوند فرض می کنیم ولتاژ پایانه ماشین ( شبکه بینهایت ) فاز و مرجع باشد ، بنابراین با توجه به شکل ۷۵ و در حالت بار پسفاز :

که S توان مختلط هر فاز و Ia* مزدوج جریان Ia است و داریم :

از رابطه فوق قسمت های حقیقی توان اکتیو P و قسمت های غیر حقیقی توان راکتیو Q را بازاء هر فاز است :

اگر باشد ، xs=Zs و می شود پس :
که ( ) توان سه فاز

و مقدار گشتاور خواهد شد:
مشاهده می شود که توان و گشتاور تابع سینوسی زاویه است لذا به زاویه زاویه بار یا زاویه گشتاور گویند .
که البته گشتاور الکتریکی و مغناطیسی است که با گشتاور اعمال شده بر محور از طریق توربین ( محرک اولیه ) برابر و در جهت مخالف آن است .
حد پایداری استاتیک است . اگر بیش از ۹۰۰ باشد ژنراتور سنکرونیزم خود را از دست می دهد و نا پایدار می شود . بازاء ۰> حالت موتوری است ( شکل ۷۶ )

از بحث های فوق نتیجه می شود که توان ( گشتاور ) یک ماشین سنکرون بازاء V,E و Xs مفروض با متناسب است که در زوایای کوچک متناسب است پس خواهیم داشت رابطه توان همچنین نشان دهنده آن است
که هر چه میدان تحریک ( متناسب با Et) بزرگتر باشد توان خروجی بزرگتر می شود در نتیجه عملکرد ماشین با پایداری بیشتری همراه خواهد بود .
ژنراتورهای سنکرون مستقل

ژنراتورهای کوچک مستقلی یافت می شوند که بار محلی S مستقلی را تغذیه می نمایند (ژنراتورهای اضطراری ) که با دیزل به راه می افتند با تغییر با ژنراتور ولتاژ Vt تغییر می کند بر روی این ژنراتورها معمولاً تنظیم کننده A.V.R نصب می کنند تا جریان تحریک را جهت کسب ولتاژ ثابت Vt کنترل کند
برای دستیابی به مشخصه Vt=F(Ia) و با صرف نظر از Ra در حالت بی باری
E=Vt و در اتصال کوتاه اگر جریان بار زمین صفر و تغییر کند . در اینصورت ولتاژ Vt بین E و صفر تغییر می کند .
( شکل الف – ۷۷ ) لذا اگر جریان تحریک If در ازاء تغییر جریان بار ثابت بماند ولتاژ Vt در محدوده وسیعی تغییر خواهد کرد و تنظیم ولتاژ جالبی حاصل نمی گردد.

برای بار سلفی خالص داریم :
برای بار مقاومتی خالص داریم :

ویژگی های سیستم حفاظتی ژنراتور سنکرون نیروگاهی
۱-۲-۲- حفاظت اصلی و پشتیبان:
براین اساس رله های حفاظتی مختلف باید دارای حفاظت پشتیبان باشند، حفاظت پشتیبان یا به وسیلۀ قرار دادن یک رله مشخص برای پشتیبانی از رله مشابه در هنگام عدم کارکرد صحیح رلۀ اول حاصل شده و یا به وسیلۀ قرار دادن تنظیمات گوناگون بر روی رله های مختلف کسب می گردد، به این ترتیب رله نسبت به یکدیگر حالت پشتیبانی داشته و در صورت اشکال در یک رله، رله حفاظتی دیگر با تاخیر معین اشکال سیستم را تشخیص داده و آن را از مدار خارج می کند.

۱-۲-۳- انتخاب گری:
سیستم حفاظتی علاوه بر تطابق با مقادیر مشخصه های وسیله تحت حفاظت باید دارای قابلیت انتخاب باشد بدین معنا که هنگام بروز حالت غیر عادی حداقل قسمتهای مرتبت با سیستم معیوب را از مدار خارج کند و از خارج نمودن قسمتهایی که کار آنها دخالتی در عملکرد سیستم معیوب ندارند جلوگیری نماید.

۱-۳- خطاهای ژنراتور
خطای ژنراتور را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد:

خطای استاتور
– خطای داخلی : ۱- ۲- ۱- حداکثر قدرت تمایز:
بدین معنی که رله بین حالت وجود و عدم وجود خطا در سیستم دارای حداکثر قدرت تمایز باشد، به عبارت دیگر رله باید بتواند بین حالت خطا و شرایط گذرای موجود در سیستم تفاوت قائل شود .

خطای رتور
– خطای خارجی
– خطای مکانیکی

۱-۳-۱- خطای داخلی
۱-۳-۱-۱- خطای استاتور :
در خطای استاتور، هادی هایی که حامل جریان اصلی هستند درگیر بوده و لذا این نوع خطاها باید به سرعت از سیستم قدرت از طریق بی برق کردن ژنراتور برداشته شوند. خطاهای استاتور می توانند به صورت فاز به زمین، فاز به فاز و یا اتصال حلقه به شکل جداگانه و یا ترکیبی از این نوع خطاها باشند. خطر برزگ تمامی این خطاها امکان صدمه به سیم پیچی های استاتور و لایه های هسته استاتور براثر حرارت تولیدی در محل خطا می باشد. اگر خسارت وارده سطحی و جزیی نباشد ژنراتور باید باز شده و سیم پیچی و لایه های آسیب دیده هسته باید جایگزین شوند و استاتور مجددا بازسازی گردد که این امر نیازمند صرف زمان و هزینه است.

محدود کردن جریان اتصال زمین استاتور ژنراتور از طریق مقاومت زمین کننده روش متعارفی است که علاوه بر تمهیدات دیگر به کمینه کردن سوختن هسته کمک می کند. خطاهای فاز به فاز و اتصال حلقه هر دو از اتصال زمین کمتر متداول هستند. ایجاد حفاظت برای خطاهای فاز به فاز نسبتا ساده بوده ولی برای خطاهای اتصال حلقه دشوارتر می باشد. معمولا در ژنراتورهای بزرگ حفاظت اتصال حلقه را در نظر نمی گیرند. بطور کلی، خطاهای اتصال حلقه به سرعت با زمین از طریق هسته ارتباط یافته و توسط حفاظت خطای زمین استاتور تریپ داده می شوند.

۱-۳-۱-۲- خطای رتور :
خطای رتور ممکن است به صورت اتصال زمین سیم پیچی رتور و یا اتصال بین حلقه های آن باشد که می توانند بر اثر تنش شدید مکانیکی و یا حرارتی اعمال شده بر عایق سیم پیچی ایجاد گردند؛ این گونه تنش ها توسط سیکل متغیر بار تشدید می شوند. سیستم میدان معمولا به زمین متصل نبوده

و لذا اتصال یک نقطه سیم پیچی میدان به زمین مشکلی ایجاد نمی کند. با این وجود، خطای دوم به زمین موجب اتصال کوتاه بخشی از سیم پیچی رتور شده و لذا سیستم میدان نامتقارن و نیروهای نامتعادل بر روی رتور ایجاد می شود. چنین نیروهای اگر به سرعت برداشته نشوند، سبب فشار زیاد بر یاتاقانها و اعوجاج محور می گردد.

تحت عنوان کلی خطاهای رتور می توان قطع تحریک را منظور نمود. قطع تحریک بر اثر باز شدن (پارگی) سیم پیچی میدان یا نقصی در هر جای دیگر سیستم تحریک به وجود می آید. قطع تحریک در ژنراتور متصل به یک شبکه بزرگ موجب خروج ژنراتور از حالت سنکرون و افزایش سرعت نسبی آن به دلیل عدم تغییر توان ورودی ماشین می گردد، در این شرایط ماشین به صورت ژنراتور القایی در آمده که جریان تحریک خود را در مابقی شبکه به صورت جریان راکتیو با دامنه ای تقریبا برابر جریان بار نامی ماشین دریافت می کند. این وضعیت موجب گرمایش سیم پیچی استاتور و افزایش تلفات رتور ناشی از جریانهای القایی در بدنه رتور و سیم پیچی های میرایی می شود.

 

این شرایط نباید به مدت طولانی باقی بماند لذا باید عملیات اصلاحی برای برقراری مجدد میدان و یا قطع بار و خروج ماشین صورت می گیرد.

در هنگامی که بار ماشین بیش از نصف بار نامی است، لغزش قطب براثر میدان ضعیف منجر به تغییرات شدید ولتاژ شده که آن نیز به نوبه خود سبب عملکرد حفاظت ولتاژ در تجهیزات کمکی می گردد. در پی آن عملکرد حاصل از حفاظت قطع شعله بویلر سبب خروج ژنراتور می شود. ژنراتورهای دیگر متصل به همان باسبار ممکن است شروع به نوسان نموده و در نتیجه ناپایداری سیستم رخ دهد. لغزش قطب ممکن است ناشی از عدم برداشتن سریع خطای شبکه نیز باشد که در این صورت لازم است واحد تریپ داده شود.

۱-۳-۲- خطاهای خارجی:
واحدهای تولیدی باید در برابر آثار ناشی از خطاهای خارجی ماندگار حفظ شوند این گونه خطاها ممکن است بر روی خطوط و یا باسبارها بوده و در زمان مناسب برداشته نشوند. موردی که باید توجه شود خطای تک فاز است که جریانهای مولفه های منفی در سیم پیچی استاتور تولید می کند. تاثیر این جریانها ایجاد میدان گردان خلاف جهت گردش رتور بوده که روتور را با دو برابر فرکانس گردش قطع نموده و جریانی با دو برابر فرکانس در سیستم میدان و بدنه رتور القا می کند. این جرانها باعث گرمایش شدید رتور می شوند.

 

۱-۳-۳- اشکالات مکانیکی:
شرایط مکانیکی که نیازمند توجه هستند عبارتند از: سرعت زیاد بر اثر برداشت ناگهانی بار، قطع توان مکانیکی ورودی به دلیل نقص گرداننده اصلی و قطع خلا کندانسور.در واحدهای بزرگ لازم است که سرعت زیاد تحت کنترل بوده و در این گونه موارد اقدامات اصلاحی به سرعت صورت پذیرد، از تجهیزات مکانیکی برای بستن شیرهای استفاده می شود .
در هنگام خرابی گراننده اصلی، ژنراتور به صورت سنکرون به کار خود ادامه می دهد ولی از شبکه توان الکتریکی دریافت می کند این وضعیت در بعضی موارد صدمات مکانیکی شدیدی را در پی دارد. هر چند برای اپراتور کاملا قابل رویت و تشخیص می باشد. واحدهای که با موتور احتراق داخلی کار می کنند باید در مقابل نقص موتور حفاظت شوند. چون در صورت موتوری شدن ژنراتور صدمات جدی به موتور وارد خواهد شد. شناسایی از دست رفتن خلا کندانسور نیز از ضروریات است چون می تواند منجر به پارگی و خرد شدن پوسته توربین فشار ضعیف و کندانسور گردد .

۲-۱- ساختار ساده ژنراتور سنکرون
ژنراتورهای مود استفاده در تمام نیروگاهها ژنراتور سنکرون، سه فاز جریان متناوب می باشند؛ که این ژنراتورها به دو گروه توربو ژنراتورها (ژنراتورهای سنکرونی که گرداننده آن توربین بخاری یا گازی است) و هیدرو ژنراتورها (ژنراتورهایی که گرداننده ان توربین آبی می باشد) تقسیم می شوند با توجه به اینکه در نیروگاههای مهارتی سرعت گردش توربین به مقدار ۳۰۰۰ دور در دقیقه است لذا

ژنراتور سنکرون دو قطبی می باشد. ولی در هیدرو ژنراتورها به علت سرعت کم تعداد قطبهای ماشین باید زیاد باشد تا به فرکانس zH50 دست بیابیم. لذا لازم به ذکر است که تمام ژنراتورهای قطب صاف نیروگاههای حرارتی، دو قطبی با سیم پیچی اتصال ستاره و فرکانس zH50 می باشند و همچنین در اکثر این ژنراتورها کلاس عایق بندی B می باشد .
ژنراتور نیروگاهها از دو جز اصلی استاتور و رتور تشکیل شده اند که استاتور قسمتی از ماشین

است که ثابت می باشد و شامل هسته، بدنه، و سیم پیچهاست. توان نامی ماشین از استاتور گرفته می شود و استاتور باید نسبت به تنش های ناشی از بارگذاری عادی و تنش های شدید ناشی از خطاهای گذرا و شرایط اتصال کوتاه مقاوم باشد. رتور ژنراتورها بسته به تعداد دور آنها قطب صاف یا برجسته می باشند که در نیروگاههای حرراتی رتور قطب صاف می باشد.

۲-۱-۱- استاتور:
قاب استاتور که بدنه خارجی ژنراتور تشکیل می دهد از قطعات فولادی تشکیل شده که با جوش دادن این قطعات به یکدیگر، بدنه محکم و سختی تشکیل می گردد. به منظور محکم نمودن قسمتهای مختلف بدنه از میله های بزرگی که در داخل قاب استاتور نصب می شوند، استفاده می شود. در ژنراتورهای بزرگ (با قدرت بیش از Mw 300 و بالاتر) قاب در دو قسمت جداگانه ساخته می شود و قفس تولیدی بعد از آنکه هسته استاتور ساخته شد و سیم بندی آن اتمام گردید در قابخارجی گذاشته می شود. وظیفه هسته استاتور، ایجاد مسیر بسته ای برای فوران مغناطیسی ایجاد شده توسط قطبهای رتور می باشد. به منظور کاهش تلفات ناشی از جریانهای گردابی استاتور، هسته استاتور از تعداد زیادی صفحات از جنس فولاد سیلیکون نازک درست می شوند که این ورقه ها نسبت به همدیگر عایق می باشند.

قبل از آنکه سیم بندی روی هسته سوار شود، آزمایشهای استاتیکی جهت ارزیابی تقریبی هسته به عمل می آید. شدت شار هسته، توسط بوبین های اندازه گیر به دست می آید و اشباع هسته در آن سطح نیز بدست می آید.

سیم پیچی های استاتور از نوارهای مسی تشکیل می گردند و برای عایق کاری آنها از نوارهای عایقی آغشته به لاک استفاده می شود. این نوارهای عایق به دور شمشهای مسی پیچیده شده، تحت شرایط خلاء در اثر حرارت پرس می شوند، که در نهایت این شمشها در داخل شیار جای می گیرند و با گوه ( چوبهای مخصوص مخروطی شکل ) در شیارهای استاتور محکم می گردند.

حلقه های انتهای به وسیله برنج، کاملا محکم و با عایق، عایق کاری می شوند تا در مقابل نیروهای ناشی از جریانهای اتصال کوتاه و یا اتفاقات دیگر مقاوم باشند. در ژنراتورهای جدید، سیم پیچ ها از لوله های مسی ساخته می شوند تا با عبور جریان آب در داخل آنها بتوان ژنراتور را خنک کرد.

۲-۱-۲- رتور:
رتور ژنراتور وظیفه دارد تا علاوه بر تحمل سیم پیچیهای تحریک، یک مسیر مغناطیسی با مقاومت مغناطیسی کم را برابر شار مغناطیسی مهیا نموده و گشتاور نامی را از توربین به عکس العمل مغناطیسی در فاصله هوایی منتقل نماید. و فولاد تنها ماده ای است که توانایی برآورده ساختن این نیازها را دارد.

۲-۱-۲-۱- ساختمان رتور:
رتور پیچیده ترین قسمت ژنراتور است. با توجه به اینکه رتور ژنراتورهای مدرن با سرعت ۳۰۰۰ دور بر دقیقه می چرخد. لذا نیروی گریز از مرکز بسیار زیادی بر روی رتور ایجاد می شود. رتور در حقیقت یک ماده الکترومغناطیسی است و برای اینکه دارای قدرت مغناطیسی کافی باشد، باید از سیم پیچیهای آن جریان زیادی عبور کند. عبور جریان از سیم پیچیها رتور باعث ایجاد حرارت می شود که نباید از حد مجاز فراتر رود در غیر این صورت اشکلاتی را در عایق کاری به وجود می آورد. برای

کاهش درجه حرارت می توان سطح مقطع سیم ها را بزرگتر انتخاب کرد. ولی وقتی سطح مقطع بزرگ سیم نیاز به شسارهای پهن و عمیق در رتور دارد که این عمل مقاومت مکانیکی رتور را کاهش می دهد، این مسئله را می توان با بکار بردن حداکثر مس در سیم پیچیهای رتور و یا طراحی خوب و دقت زیاد در ساختمان رتور حل نمود.

۲-۱-۲-۲- سیم پیچیهای رتور:
ساختمان سیم پیچی های رتور با هر نوع خنک کنندگی آن یکسان می باشد. سیم پیچی های هر قطب از سیم های مسی که روی آن را آب نقره می دهند، استفاده می شود. سپس داخل شیارها را با هر نوع عایقی که معمولا از نوع رده B است فرش می کنند. (مانند میکا، نوارهای شیشه ای) و سپس هادی در جای خود قرار میگرد. امروزه در رتورهای بزرگ ترکیبی از سیم های

توخالی و شیارهای با سوراخهای جهت عبور و گردش گاز خنک کننده از داخل سیم های هادی در نظر گرفته می شود. با توجه به سرعت زیاد رتور نیروی گریز از مرکز سعی دارد تا سیم پیچی ها از داخل شیار خارج شوند. لذا سیم پیچ ها توسط حلقه های نگهدارنده به شیارها محکم می شوند، در نهایت برای مقابله با نیروی گریز از مرکز از گوه های t شکل استفاده می شود که در داخ

ل شیار ورودی سیم پیچی نصب می شوند که این گوه ها معمولا از جنس فسفر برنج با دور آلومینیم هستند. در اغلب موارد یک میله مسی، در زیر گوه قرار می دهند که بخش از سیم پیچ میرا کننده را جهت بهبود رفتار ژنراتور تحت شرایط نامتعادل تشکیل می دهد .
۲-۱-۲-۳- حلقه های نگهدارنده:
چنانچه سیم پیچیهای انتهای رتور به وسیله حلقه های وزین نگهداری نشوند در سرعت کار عادی رتور، سیم پیچی های آن از جای خود کنده شده و بیرون پرتاب می شوند. بدین منظور از حلقه های استفاده می شود که در قسمت انتهای رتور و در خارج شیارها قرار می گیرند و به وسیله یک رینگ انتهای پوشیده می شوند.
جنس این حلقه های انتهای معمولا از فولاد ریخته گری شده نیکل- کرم دار غیر مغناطیس ساخته می شوند. وقتی که برای ساخت رتور بکار می رود باید برای ساخت این حلقه ها نیز بکار برده شود، زیرا این حلقه ها باید بتوانند نه تنها نیروی اعمال شده بر سیم پیچی انتهای رتور را تحمل کنند بلکه نیروی از هم پاشیدگی خودش را نیز تحمل کند.

۲-۱-۲-۴- حلقه های لغزان :
جریان رتور بوسیله حلقه های لغزان که از فولاد مرغوب ساخته می شوند جمع می گردد. حلقه های لغزان همراه با نگهدارنده جاروبکهای که روی آن قرار می گیرند بین یاتاقان خارجی ژنراتور و تحریک کننده قرار می گیرند. در ژنراتور های بزرگ از دو یا چهار حلقه لغزان استفاده می شود که واحد گازی نکا از دو حلقه استفاده می شود. سطوح حلقه های لغزان معمولا شیارهای مارپیچی خورده اند تا به توزیع یکنواخت جریان در سطح تماس با جاروبک و نیز خنک شدن آن کمک کند.

۲-۱-۲-۵- فن های واقع بر رتور:
این فن ها در دو انتهای رتور نصب شده اند. وظیفه به حرکت درآوردن (به جریان انداختن) هیدروژن و یا هوا را در فاصله بین رتور و استاتور جهت خنک کردن داخل ژنراتور استفاده می شود که هر کدام وظیفه تهویه نصف طول ژنراتور بر عهده دارند.

۲-۱-۲-۶- متعادل کردن رتور:
بعد از تکمیل شدن بدنه رتور، رتور دور سرعتی در حدود ۱۵% بیشتراز سرعت نامی می چرخانند تا در آن سرعت تعادل رتور تست شود.