Protezione differenziale della barra di connessione

Definizione della protezione differenziale della barra

La protezione differenziale della barra è uno schema che isola rapidamente i guasti confrontando le correnti in ingresso e in uscita dalla barra utilizzando la legge delle correnti di Kirchhoff.

Protezione differenziale di corrente

Lo schema di protezione della barra, coinvolge la legge delle correnti di Kirchhoff, che stabilisce che la corrente totale in ingresso in un nodo elettrico è esattamente uguale alla corrente totale in uscita dal nodo. Pertanto, la corrente totale in ingresso in una sezione della barra è uguale alla corrente totale in uscita dalla sezione della barra.

Il principio della protezione differenziale della barra è molto semplice. Qui, le secondarie dei TC sono connesse in parallelo. Ciò significa che i terminali S1 di tutti i TC sono collegati insieme e formano un filo di barra. Analogamente, i terminali S2 di tutti i TC sono collegati insieme per formare un altro filo di barra. Un relè di trip è connesso tra questi due fili di barra.

 Nella figura sopra, assumiamo che in condizioni normali, i rami A, B, C, D, E e F portino correnti IA, IB, IC, ID, IE e IF. Ora, secondo la legge delle correnti di Kirchhoff,

 Essenzialmente, tutti i TC utilizzati per la protezione differenziale della barra hanno lo stesso rapporto di corrente. Pertanto, la somma di tutte le correnti secondarie deve essere anch'essa uguale a zero.

 Ora, diciamo che la corrente attraverso il relè connesso in parallelo con tutte le secondarie dei TC è iR, e iA, iB, iC, iD, iE e iF sono le correnti secondarie. Ora, applichiamo la KCL al nodo X. Secondo la KCL al nodo X,

 È chiaro quindi che in condizioni normali non c'è corrente che fluisce attraverso il relè di trip della protezione della barra. Questo relè è generalmente chiamato Relè 87. Ora, supponiamo che si verifichi un guasto in uno qualsiasi dei rami, all'esterno della zona protetta.

In quel caso, la corrente di guasto passerà attraverso la primaria del TC di quel ramo. Questa corrente di guasto è contribuita da tutti gli altri rami collegati alla barra. Quindi, la parte contribuita della corrente di guasto fluisce attraverso il TC corrispondente del rispettivo ramo. Pertanto, in quella condizione di guasto, se applichiamo la KCL al nodo K, otterremo ancora, i R = 0

Ciò significa che, in condizioni di guasto esterno, non c'è corrente che fluisce attraverso il relè 87. Consideriamo ora una situazione in cui il guasto si verifica sulla barra stessa. In questa condizione, anche la corrente di guasto è contribuita da tutti i rami collegati alla barra. Pertanto, in questa condizione, la somma di tutte le correnti di guasto contribuite è uguale alla corrente di guasto totale.

Ora, nel percorso di guasto non c'è un TC. (in un guasto esterno, sia la corrente di guasto che la corrente contribuita al guasto da diversi rami passano attraverso un TC nel loro percorso di flusso). La somma di tutte le correnti secondarie non è più zero. È uguale all'equivalente secondario della corrente di guasto. Ora, se applichiamo la KCL ai nodi, otterremo un valore non nullo di i R.

 Quindi, in questa condizione, la corrente inizia a fluire attraverso il relè 87 e provoca l'interruzione dell'interruttore corrispondente a tutti i rami collegati a questa sezione della barra.

Poiché tutti i rami in entrata e in uscita, collegati a questa sezione della barra, vengono interrotti, la barra diventa morta. Questo schema di protezione differenziale della barra è anche noto come protezione differenziale di corrente della barra.

Protezione della barra sezionata

Durante la spiegazione del principio di funzionamento della protezione differenziale di corrente della barra, abbiamo mostrato una barra non sezionata. Tuttavia, nei sistemi ad alta tensione moderata, la barra elettrica viene sezionata in più sezioni per aumentare la stabilità del sistema.

Questo viene fatto perché, un guasto in una sezione della barra non dovrebbe disturbare l'altra sezione del sistema. Pertanto, durante un guasto alla barra, l'intera barra sarebbe interrotta. Disegniamo e discutiamo la protezione di una barra con due sezioni.

Qui, la sezione A della barra o zona A è delimitata dai TC 1, TC2 e TC3, dove TC1 e TC2 sono i TC dei rami e TC3 è il TC della barra.

Protezione differenziale di tensione

Lo schema differenziale di corrente è sensibile solo quando i TC non si saturano e mantengono lo stesso rapporto di corrente, errore di angolo di fase sotto condizioni di massimo guasto. Questo solitamente non avviene, specialmente nel caso di un guasto esterno su uno dei rami. Il TC sul ramo difettoso potrebbe saturarsi a causa della corrente totale e conseguentemente avrà errori molto grandi. A causa di questo grande errore, la somma delle correnti secondarie di tutti i TC in una particolare zona potrebbe non essere zero.

 Quindi, ci può essere una forte probabilità di interruzione di tutti gli interruttori associati a questa zona di protezione, anche in caso di un grande guasto esterno. Per prevenire questa malfunzione della protezione differenziale di corrente della barra, i relè 87 sono dotati di una corrente di attivazione elevata e di un ritardo sufficiente. La causa principale di saturazione del trasformatore di corrente è la componente continua transitoria della corrente di cortocircuito.

Queste difficoltà possono essere superate utilizzando TC a nucleo d'aria. Questo trasformatore di corrente è anche chiamato coupler lineare. Poiché il nucleo del TC non utilizza ferro, la caratteristica secondaria di questi TC è una linea retta. Nella protezione differenziale di tensione della barra, i TC di tutti i rami in entrata e in uscita sono connessi in serie invece di essere connessi in parallelo.

Le secondarie di tutti i TC e il relè differenziale formano un circuito chiuso. Se la polarità di tutti i TC è correttamente abbinata, la somma delle tensioni su tutte le secondarie dei TC è zero. Pertanto, non ci sarà alcuna tensione risultante sull'ingresso del relè differenziale. Quando si verifica un guasto alla barra, la somma di tutte le tensioni secondarie dei TC non è più zero. Pertanto, ci sarà una corrente che circola nel circuito a causa della tensione risultante. 

Poiché questa corrente di circuito fluisce anche attraverso il relè differenziale, il relè viene attivato per interrompere tutti gli interruttori associati alla zona di barra protetta. Tranne quando la corrente di guasto a terra è severamente limitata dall'impedenza neutrale, solitamente non ci sono problemi di selettività. Quando tale problema esiste, viene risolto utilizzando un equipaggiamento di protezione aggiuntivo più sensibile, incluso un relè di protezione supervisionata.

Importanza dell'isolamento selettivo

I sistemi moderni necessitano di isolare solo le sezioni difettose per minimizzare le interruzioni di energia e assicurare una rapida eliminazione dei guasti.