100% Защита статора от повреждений на землю
Для мощных генераторов с водородным охлаждением ограничение зоны в 90% было неприемлемым. Вибрации и увеличение размеров из-за нагрева обмотки статора могут привести к образованию волосных трещин и охладитель может попасть в статор. Это увеличивает риск повреждений статора на землю. Поэтому для мощных генераторов (больше 200 МВт) появилось требование обеспечить дополнительную защиту, которая могла работать вблизи нейтрали - 100% защиту статора от повреждений на землю. Предлагалось несколько подходов к решению этой задачи – инжекция (наложение) дополнительного напряжения частотой 50Гц в нейтральную точку, отдельный источник напряжения (с частотой < 50 Гц), или анализ 3-й гармоники.
В 1950-х SIEMENS начал использовать "чувствительную защиту" в качестве 100% защиты статора. Это устройство использовало искусственное напряжение смещения, как с помощью постоянного тока так и переменного (Рисунок 2a/b). При смещении от постоянного тока («схема Вахтера -"Wächter-circuit"), к источнику постоянного тока (выпрямитель и промежуточный трансформатор) подключалась емкость. Постоянный ток не влияет на работу в нормальном режиме. При повреждении на землю от выпрямителя идет подпитка. Это увеличивает потребление тока через выпрямительный трансформатор. При определенной величине токовое реле срабатывает. Так называемая «чувствительная» защита RA, выполняющая функцию 100%-защиты, имела замедление, так как была чувствительна к помехам и броскам тока намагничивания.
Так как повреждение на землю в нейтральной точке не приводит к появлению напряжения смещения, то и нет опасности двойного повреждения. Тем не менее, имеет смысл быстро отключать генератор в случае повреждения на землю на вводах. Это можно сделать с помощью дополнительного реле напряжения RV с зоной действия в 20 % и действием без выдержки времени. В 1965г швейцарская компания Oerlikon применила этот же принцип.
Другим вариантом 100%-защиты является защита, работающая по 3й гармонике в генераторном напряжении. На Рисунке 12 показана схема с разделением на защиту, защищающую 70% обмотки статора и на защиту 100% обмотки статора (реле (2)). Применение ВЧ-фильтра в реле RG5 (Рисунок 7) позволяло обнаруживать повреждение на землю в нейтральной точке и вблизи ее.
Рисунок 16. Реагирующий элемент в 100%-защите статора, СССР, 1969
Рисунок 17. Принцип наложения частоты 25 Гц, СССР, 1969
Рисунок 18. Защита статора от повреждений на землю CUH90c, компания ВВС, 1966
Рисунок 19. Защита блоков мощностью 102 МВА на станции в Копсверке (Kopwerk), VIW, ELIN, 1968
Рисунок 20. Комбинация 100% защиты статора от замыканий на землю 7UE22(Siemens) и защиты SU153, компания AEG, 1983