Protezione contro i cortocircuiti a terra bilanciati

Schema di protezione contro i guasti a terra bilanciati per piccoli generatori

Lo schema di protezione contro i guasti a terra bilanciati svolge un ruolo cruciale, utilizzato principalmente per la protezione dei piccoli generatori in situazioni in cui i sistemi di protezione differenziale e auto-bilanciati non sono opzioni praticabili. Nei piccoli generatori, le estremità neutre degli avvolgimenti trifase sono connesse internamente a un singolo terminale. Di conseguenza, l'estremità neutra non è accessibile dall'esterno, rendendo inefficaci i metodi di protezione convenzionali. È qui che interviene lo schema di protezione contro i guasti a terra bilanciati, fornendo una protezione essenziale contro i guasti a terra. È importante notare che questo schema è specificamente progettato per rilevare i guasti a terra e non offre protezione contro i guasti tra fasi, a meno che questi ultimi non si trasformino successivamente in guasti a terra.

Connessione dello schema di protezione contro i guasti a terra bilanciati

L'implementazione dello schema di protezione contro i guasti a terra bilanciati richiede una configurazione precisa di trasformatori di corrente (CT). In questa disposizione, i CT sono installati su ciascuna delle fasi del generatore. Le loro spire secondarie vengono poi connesse in parallelo con la spira secondaria di un altro CT. Questo CT aggiuntivo è montato sul conduttore che collega il punto stella (neutro) del generatore alla terra. Un relè di protezione è strategicamente connesso attraverso le seconde spire combinate di tutti questi CT. Questa disposizione consente al sistema di protezione di monitorare gli squilibri di corrente che si verificano durante una condizione di guasto a terra, permettendo al relè di rilevare rapidamente e reagire ai potenziali guasti, quindi salvaguardando il piccolo generatore dai danni causati dai guasti a terra.

Schema di protezione contro i guasti a terra bilanciati: funzionalità, limiti e significatività

Panoramica e ambito

Gli schemi di protezione bilanciati sono progettati per proteggere contro i guasti a terra all'interno di un'area definita, specificamente la regione compresa tra i trasformatori di corrente (CT) del lato neutro e del lato linea. Questo meccanismo di protezione mirato si concentra principalmente sul rilevamento dei guasti a terra all'interno degli avvolgimenti statorici di un generatore. Nota, rimane inattivo durante i guasti a terra esterni, motivo per cui questo schema è anche comunemente noto come schema di protezione contro i guasti a terra limitati. Nei grandi generatori, questo schema viene spesso implementato come uno strato aggiuntivo di protezione, complementare ad altri sistemi di protezione più completi.

Meccanismo operativo

Operazione normale

Nelle condizioni operative normali del generatore, la somma delle correnti che scorrono attraverso le seconde spire dei trasformatori di corrente è esattamente zero. Inoltre, non c'è flusso di corrente dalla seconda spira al neutro. Di conseguenza, il relè di protezione associato allo schema rimane de-energizzato, indicando che il sistema sta funzionando senza alcune condizioni di guasto.

Guasto all'interno della zona protetta

Quando si verifica un guasto a terra all'interno della zona protetta (l'area a sinistra del CT del lato linea), si verifica un cambiamento significativo. La corrente di guasto inizia a fluire attraverso le spire primarie dei trasformatori di corrente. Ciò, a sua volta, induce correnti secondarie corrispondenti che passano attraverso il relè. Una volta raggiunta la soglia predefinita di queste correnti secondarie, il relè viene attivato, innescando l'apertura dell'interruttore per isolare la sezione difettosa del generatore. Questa risposta rapida aiuta a prevenire ulteriori danni al generatore a causa del guasto.

Guasto all'esterno della zona protetta

In caso di guasto che si verifica all'esterno della zona protetta (a destra del CT del lato linea), il comportamento elettrico è diverso. La somma delle correnti ai terminali del generatore è uguale alla corrente che scorre nella connessione neutrale. Questo equilibrio risulta in nessuna corrente netta che scorre attraverso la bobina di operazione del relè. Di conseguenza, il relè non opera e il sistema continua a funzionare, assumendo che il guasto sia esterno e non minacci direttamente l'integrità degli avvolgimenti statorici protetti del generatore.

Svantaggi

Nonostante la sua efficacia in molte situazioni, lo schema di protezione contro i guasti a terra bilanciati ha notevoli limiti. Quando un guasto si verifica in prossimità del terminale neutro o quando il collegamento a terra neutrale è stabilito attraverso una resistenza o un trasformatore distributivo, la magnitudine della corrente di guasto che scorre attraverso la seconda spira del trasformatore di corrente diventa significativamente ridotta. In tali casi, questa corrente diminuita può scendere al di sotto della corrente di attivazione del relè, che è la corrente minima necessaria per attivare il relè. Di conseguenza, il relè non opera, consentendo alla corrente di guasto di persistere negli avvolgimenti del generatore. Questa esposizione prolungata alla corrente di guasto può portare a sovraccarichi, degradazione dell'isolamento e potenzialmente a danni gravi al generatore, evidenziando l'importanza di comprendere e affrontare questi limiti nelle applicazioni pratiche.