Самая дорогостоящая часть генератора — это изоляция его обмоток, повреждения которой приводят к подавляющему большинству аварий [1]. Износ изоляции вызван спецификой работы синхронных генераторов, в связи с чем необходимо непрерывно контролировать ее состояние.
Одним из опасных видов повреждения для синхронной машины является замыкание обмотки ротора в двух точках. Подобное может приводить к выгоранию части изоляции и серьезным механическим повреждениям, а, следовательно, генератор в таком режиме должен быть немедленно выведен из работы [2]. Двойному замыканию зачастую предшествует замыкание обмотки в одной точке, которое само по себе не является опасным. Однако его выявление позволяет предупредить дальнейшее развитие аварии и своевременно принять необходимые меры.
В отечественной практике широко известны защиты от замыкания в одной точке цепей возбуждения, основанные на наложении контрольного тока низкой частоты, такие как КЗР-3 и БЭ-1104. Наряду с этими защитами, для контроля изоляции используется так называемый «метод трех вольтметров».
Состояние изоляции цепей возбуждения оценивается исходя из величины сопротивления, которое в отсутствии износа и повреждений составляет десятки мегаом. На рис. 1, помимо сопротивления изоляции системы возбуждения Rиз. СВ и сопротивления изоляции обмотки возбуждения Rиз. ОВ, также указаны соответствующие эквивалентные емкости системы возбуждения ССВ и обмотки возбуждения СОВ, которые обусловлены протяженностью проводников. Их величина в основном зависит от протяженности цепей возбуждения и может составлять порядка 5 мкФ.
Контакт вала ротора с землей осуществляется при помощи специальной заземляющей щетки (ЗЩ), а для защит в свою очередь контакт с валом обеспечивает релейная щетка (РЩ). Такие контакты являются одним из самых ненадежных узлов в системе защиты от замыкания на землю в цепи ротора [3]. Нарушение скользящих контактов может сопровождаться как появлением переходных сопротивлений, так и полным отскоком щеток от контактных колец.