Как отмечалось выше, турбогенераторы с непосредственным охлаждением обмоток характеризуются малой перегрузочной способностью. Для защиты ротора турбогенератора от повреждений при перегрузках по току возбуждения применяется блок-реле типа РЗР-1М. Защита автоматически ограничивает длительность режима форсировки возбуждения в зависимости от кратности тока ротора по отношению к его номинальному значению и отключает генератор от сети с гашением поля при авариях в системе возбуждения, вызывающих длительное протекание по обмотке ротора тока недопустимой величины. Ток ротора подается в защиту от датчика тока. Структурная схема блок-реле приведена на рис. 12.24. В состав комплекта РЗР-1М входят следующие элементы:

Рис. 12.24. Структурная схема блок-реле РЗР-1М:

1 - входное преобразовательное устройство; 2 - сигнальный орган;

3 - пусковой орган; 4 - интегральный орган; 5 - блок питания

входное преобразовательное устройство, служащее: для гальванического разделения входных цепей основных органов реле, имеющих связь по цепям питания; для компенсации несоответствия между номинальными токами ротора генератора и устройства для измерения тока ротора; ..... генератора выше его длительно допустимого значения;    

пусковой орган, контролирующий пуск и возврат интегрального органа реле;

интегральный орган, учитывающий накопление тепла в обмотке ротора в процесе перегрузки и охлаждение ротора после устранения перегрузки. Интегральный орган имеет две ступени срабатывания, одна из которых действует на развозбуждение генератора, а  вторая - на отключение генератора от сети и гашение поля;

блок питания, служащий для получения необходимых уровней стабилизированного напряжения постоянного тока для питания основных органов и их выходных реле.

В качестве датчика тока при тиристорном и высокочастотном возбуждении используется трансформатор постоянного тока (ТПТ), поставляемый в комплекте с вспомогательным устройством (ВУИ). Трансформатор постоянного тока представляет собой магнитный усилитель, в котором управляющей обмоткой является токоведущий стержень, по которому протекает ток ротора. Стержень проходит внутри двух замкнутых магнитопроводов, выполненных из ферромагнитного материала с высокой проницаемостью. Рабочая обмотка расположена на обоих магнитопроводах, причем на каждом магнитопроводе намотано четыре секции, соединенные между собой параллельно. Между собой обмотки обоих магнитопроводов могут быть соединены либо последовательно-встречно (ТПТ типа И514/1,5; И514/2,0; И514/2,5), либо параллельно (ТПТ типа И514/3; И514/4; И514/6 и И528). Параллельное включение обмоток на каждом магнитопроводе уменьшает влияние на трансформатор внешних магнитных полей и асимметрии расположения шины в окне трансформатора. Рабочая обмотка питается от источника переменного напряжения через вспомогательное устройство, содержащее автотрансформатор, два трансформатора переменного тока, систему выпрямителей и токоограничивающих сопротивлений к ним (рис. 12.25). В зависимости  от величины первичного (постоянного) тока изменяется степень ..... магнитную проницаемость материала магнитопровода. Это вызывает изменение реактивного сопротивления трансформатора, в результате чего происходит изменение переменного тока в рабочей  обмотке трансформатора. Для предотвращения трансформации переменного тока из рабочей обмотки в управляющую соединение обмоток, размещенных на разных магнитопроводах, выполняется встречно. При таком включении обмоток МДС, создаваемые управляющей и рабочей обмотками, в одном из сердечников будут суммироваться, а в другом - вычитаться, что приведет к наведению в управляющей обмотке встречных взаимно компенсирующихся ЭДС.

Рис. 12.25. Вспомогательное устройство ВЧИ

Все качественные показатели устройства нормируются заводом-изготовителем по среднему значению тока рабочей обмотки. Однако при использовании устройств в качестве датчиков входной величины выпрямленный ток на выходе ВУИ, пропорциональный току ротора, необходимо сглаживать. Значение сглаженного тока зависит от коэффициента формы кривой входного сигнала, а линейность характеристик преобразования - от постоянства коэффициента формы при изменении первичного тока в заданном диапазоне. Форма кривой тока рабочей обмотки при последовательном и параллельном соединении обмоток сердечников ТПТ существенно  различается. Она определяется изменениями магнитного состояния сердечников. При параллельном соединении ток в рабочей обмотке каждого сердечника и форма его кривой не зависят от другого сердечника. Кривая тока имеет вид отрезков полуволн синусоиды с изменяющимися амплитудой и углом отсечки в зависимости от значений измеряемого постоянного тока и напряжения питания рабочих обмоток. При этом коэффициент формы кривой, амплитудное и действующее значения тока рабочей обмотки, непосредственно подающегося в защиту, не пропорциональны измеряемому току и зависят от частоты, напряжения питания и сопротивления нагрузки. При последовательном соединении по рабочим обмоткам обоих сердечников проходит один и тот же ток, который не может иметь такие же отличия от синусоиды, как суммарный ток рабочих обмоток при параллельном соединении. Ток рабочей обмотки имеет трапецеидальную форму. Этому соответствуют примерно одинаковые среднее, действующее и амплитудное значения тока, которые практически не зависят от частоты, напряжения питания ТПТ и сопротивления нагрузки. Кроме того, ТПТ с последовательным и параллельным соединением рабочих обмоток ведут себя по-разному при переходных процессах, вызванных подачей, снятием либо скачкообразным изменением питающего переменного напряжения или подачей и снятием первичного постоянного тока. При последовательной схеме соединения переходный процесс практически отсутствует и выходной сигнал полностью повторяет измеряемый ток без искажений, а колебания питающего напряжения в допустимых пределах не влияют на выходной сигнал. При параллельном соединении при подаче измеряемого тока выходной сигнал появляется с запаздыванием и нарастает до установившегося значения с некоторой постоянной времени. При отключении измеряемого тока выходной сигнал также спадает  по экспоненте.  При скачкообразном изменении питающего напряжения в выходном сигнале появляются выбросы, амплитуда которых в несколько раз может превышать установившееся значение  выходного сигнала. Эти выбросы сравнительно медленно затухают во времени и могут приводить к ложной работе защит и систем, включенных на выходе устройства.

В связи с вышеизложенным питание  входных цепей защиты типа РЗР-1М, а также измерителя перегрузки ротора (ИПР) в системе автоматического регулятора возбуждения от ТПТ с параллельным соединением рабочих обмоток недопустимо. Поэтому до выпуска промышленностью ТПТ на номинальные токи 3 кА и более с последовательным соединением обмоток необходимо осуществлять переключение обмоток сердечников ТПТ с параллельной схемы на последовательную. При этом сохраняются все свойства ТПТ, а его параметры изменяются следующим образом:

номинальный вторичный ток уменьшается в 2 раза;

оптимальное напряжение питания вторичной цепи ТПТ от автотрансформатора ВУИ возрастает в 2 раза (выполняется переходом на другое ответвление автотрансформатора);

максимально допустимое приведенное сопротивление вторичной цепи возрастает в 4 раза.

При бесщеточном возбуждении в качестве датчика используется индукционный короткозамкнутый датчик тока ИКДТ (рис. 12.26), представляющий собой неподвижную короткозамкнутую “беличью клетку”, которая охватывает  вал генератора.  Внутри беличьей клетки проходят  провода от возбудителя к обмотке ротора. При работе генератора ток возбуждения создает вращающееся магнитное поле, индуцирующее токи в стержнях беличьей клетки.  Эти токи замыкаются через трансформатор тока, во вторичную цепь которого включается защита РЗР-1М. С помощью ИКДТ на защиту подается синусоидальный переменный ток, пропорциональный току ротора.

Рис. 12.26. Схема включения индукционного короткозамкнутого датчика тока ИКДТ

В состав входного преобразовательного устройства (ВПУ), показанного на рис. 12.27, входят промежуточный трансформатор TL1, согласующий трансформатор напряжения TV2, выпрямительные мосты VC1, VC2, сглаживающие конденсаторы C1, C2 и резисторы R1, R2, R4-R6. Трансформатор TL1 служит для изменения уровня контролируемых токов до значений, удобных для дальнейшего преобразования и регулировки. Трансформатор TV2 осуществляет гальваническое разделение входных цепей основных органов реле. Регулируемые резисторы R1 и R2 позволяют получить необходимые уровни напряжений на входах основных органов реле при номинальном токе ротора. Резистоpoм R5 устанавливается требуемая стабилизация напряжения на входе интегрального органа (изменение масштаба входного напряжения).

Pис. 12.27. Входное преобразовательное устройство P3P-1M