Relè di Sequenza Negativa
Definizione
Un relè di sequenza negativa, noto anche come relè di fase non bilanciata, è progettato per proteggere il sistema elettrico contro i componenti di sequenza negativa. La sua funzione principale è quella di proteggere generatori e motori da carichi non bilanciati, che solitamente si verificano a causa di guasti tra fasi. Quando si verificano tali guasti, i componenti di sequenza negativa possono causare un riscaldamento eccessivo e stress meccanici nelle macchine elettriche, potenzialmente portando a danni gravi se non gestiti correttamente.
Principio di funzionamento e caratteristiche
Il relè di sequenza negativa incorpora un circuito filtro specializzato che risponde selettivamente solo ai componenti di sequenza negativa presenti nel sistema elettrico. Poiché anche una magnitudine relativamente piccola di sovracorrente causata da componenti di sequenza negativa può creare condizioni operative pericolose, il relè è configurato con un'impostazione di corrente bassa. Ciò gli consente di rilevare e reagire prontamente a sottili squilibri prima che si trasformino in problemi maggiori.
Anche se il relè di sequenza negativa è terra, questo collegamento a terra serve principalmente per proteggere contro i guasti tra fase e terra. Tuttavia, non mitiga direttamente i guasti tra fasi; invece, il suo ruolo è quello di rilevare i componenti di sequenza negativa che sono sintomatici di tali guasti e attivare le azioni protettive appropriate.
Costruzione
La costruzione del relè di sequenza negativa è illustrata nella figura sottostante. Presenta quattro impedenze, indicate come Z1, Z2, Z3 e Z4, interconnesse in una configurazione a ponte. Queste impedenze sono alimentate da trasformatori di corrente, che campionano la corrente elettrica dal sistema in protezione. L'avvolgimento operativo del relè è connesso al punto medio di questo circuito a ponte. Questa specifica disposizione permette al relè di rilevare con precisione la presenza e la magnitudine dei componenti di sequenza negativa analizzando le differenze di tensione tra le braccia del ponte, facilitando un funzionamento affidabile e preciso per la protezione dei sistemi elettrici.
Nel circuito del relè di sequenza negativa, Z1 e Z3 presentano caratteristiche puramente resistenti, mentre Z2 e Z4 possiedono sia caratteristiche resistenti che induttive. I valori delle impedenze Z2 e Z4 sono accuratamente regolati in modo che le correnti che passano attraverso di esse siano sempre sfasate di 60 gradi rispetto alle correnti che fluiscono attraverso Z1 e Z3.
Quando la corrente raggiunge il giunto A, si divide in due rami, I1 e I4. Significativamente, la corrente I4 è sfasata rispetto alla corrente I1 di esattamente 60 gradi. Questa specifica relazione di sfasamento è fondamentale per il corretto funzionamento del relè di sequenza negativa, consentendogli di rilevare e reagire con precisione ai componenti di sequenza negativa all'interno del sistema elettrico.
Analogamente, la corrente dalla fase B si divide al giunto C in due componenti uguali I3 e I2, con I2 sfasato rispetto a I3 di 60º.
La corrente I4 è sfasata rispetto a I1 di un angolo di 30 gradi. Analogamente, I2 è sfasato rispetto a IB di 30 gradi, mentre I3 precede IB dello stesso margine di 30 gradi. La corrente che fluisce attraverso il giunto B è equivalente alla somma algebrica di I1, I2 e IY. Questa precisa relazione angolare e la somma delle correnti al giunto B sono critiche per il corretto funzionamento del relè di sequenza negativa, assicurandone la capacità di rilevare con precisione le condizioni non bilanciate all'interno del sistema elettrico analizzando le differenze di fase e magnitudine tra queste correnti.
Flusso della corrente di sequenza positiva
Il diagramma fasore che rappresenta i componenti di sequenza positiva è illustrato nella figura sottostante. In uno scenario in cui il carico è in stato bilanciato, la corrente di sequenza negativa rimane assente. In tali circostanze, la corrente che passa attraverso il relè può essere descritta dall'equazione seguente. Questa relazione tra la condizione di carico bilanciato, l'assenza di corrente di sequenza negativa e la corrente attraverso il relè è fondamentale per comprendere il funzionamento normale e le funzioni protettive all'interno del sistema elettrico.
Funzionamento in condizioni bilanciate
Conseguentemente, il relè rimane attivo durante l'operazione di un sistema elettrico bilanciato, garantendo un monitoraggio continuo e la prontezza a rispondere a eventuali anomalie.
Flusso della corrente di sequenza negativa
Come illustrato nella figura sopra, le correnti I1 e I2 presentano magnitudini uguali. A causa della loro natura uguale e opposta, si annullano reciprocamente. Di conseguenza, solo la corrente IY attraversa gli avvolgimenti operativi del relè. Per proteggersi dagli effetti dannosi anche di sovraccarichi minori, che possono rapidamente degenerare in problemi severi del sistema, l'impostazione di corrente del relè è deliberatamente mantenuta inferiore alla corrente nominale a pieno carico. Questa calibrazione sensibile consente al relè di rilevare e reagire prontamente alle condizioni non bilanciate causate dai componenti di sequenza negativa.
Flusso della corrente di sequenza zero
Nel caso di corrente di sequenza zero, le correnti I1 e I2 sono sfasate tra loro di un angolo di 60 gradi. Il risultante di queste due correnti è in fase con la corrente IY. Di conseguenza, l'avvolgimento operativo del relè sperimenta una corrente totale che è esattamente il doppio della magnitudine della corrente di sequenza zero. È importante notare che, collegando i trasformatori di corrente (TC) in configurazione delta, il relè può essere reso inoperante per le correnti di sequenza zero. In questa configurazione delta, le correnti di sequenza zero non fluiscono attraverso il relè, fornendo un modo per filtrare o bypassare selettivamente certi tipi di correnti di guasto a seconda dei requisiti di protezione del sistema.
Relè di sequenza negativa a induzione
La costruzione di un relè di sequenza negativa a induzione è simile a quella di un relè di sovracorrente a induzione. Presenta un disco metallico, solitamente realizzato in alluminio, che ruota tra due elettromagneti: un elettromagnete superiore e un elettromagnete inferiore.
L'elettromagnete superiore è dotato di due avvolgimenti. L'avvolgimento primario dell'elettromagnete superiore è collegato al lato secondario del trasformatore di corrente (TC) connesso alla linea in protezione. Nel frattempo, l'avvolgimento secondario dell'elettromagnete superiore è connesso in serie con gli avvolgimenti dell'elettromagnete inferiore.
Grazie alla presenza di un centro di derivazione, l'avvolgimento primario del relè ha tre terminali. La fase R, con l'aiuto dei TC e di un trasformatore ausiliario, alimenta la metà superiore del relè, mentre la fase Y alimenta la metà inferiore. Il trasformatore ausiliario è specificamente regolato in modo che la sua uscita sia sfasata di un angolo di 120º anziché del convenzionale 180º.
Funzionamento con correnti di sequenza positiva
Quando sono presenti correnti di sequenza positiva, le correnti IR e IY fluiscono attraverso gli avvolgimenti primari del relè in direzioni opposte. Le correnti I’R e I’Y hanno magnitudini uguali. Questo flusso di corrente bilanciato assicura che il relè rimanga in uno stato inattivo, poiché non c'è una forza netta per attivarlo.
Funzionamento con correnti di sequenza negativa
In caso di guasto, la corrente di sequenza negativa I viene indotta a fluire attraverso l'avvolgimento primario del relè. Questa corrente di sequenza negativa disturba l'equilibrio all'interno del relè, innescando una serie di eventi che portano all'attivazione del relè e all'azione protettiva successiva.
Il relè inizierà il suo funzionamento una volta che la magnitudine della corrente di guasto superi il valore preimpostato del relè. Ciò significa che quando la corrente di guasto diventa abbastanza grande da superare la soglia specifica determinata per il relè, il relè viene attivato per eseguire la sua funzione protettiva all'interno del sistema elettrico.
