Protezione di cortocircuito terrestre limitato

Guasti di terra: cause, impatti e misure protettive

Un guasto di terra si verifica quando c'è una connessione elettrica non intenzionale tra un conduttore attivo e la terra. Questo tipicamente avviene a causa del deterioramento dell'isolamento, che può essere causato da fattori come l'invecchiamento dei componenti elettrici, danni meccanici o esposizione a condizioni ambientali severe. Quando si verifica un guasto di terra, correnti di cortocircuito aumentano nel sistema elettrico. Queste correnti di guasto tornano alla sorgente attraverso la terra stessa o tramite apparecchiature elettriche collegate.

La presenza di correnti di guasto di terra può avere conseguenze gravi. Possono causare danni significativi all'equipaggiamento nel sistema di potenza, compresi trasformatori, motori e apparati di commutazione, sovraccaricando i componenti, fondendo l'isolamento e persino portando alla distruzione fisica. Inoltre, i guasti di terra interrompono la continuità della fornitura elettrica, causando interruzioni di energia che possono interessare consumatori residenziali, commerciali e industriali.

Per mitigare i rischi associati ai guasti di terra, viene utilizzato lo schema di protezione contro i guasti di terra limitati. Al centro di questo schema di protezione c'è il relè di guasto di terra, un componente critico che svolge un ruolo fondamentale nella salvaguardia del sistema di potenza. Quando viene rilevato un guasto di terra, il relè di guasto di terra emette un comando di spegnimento all'interruttore. Questa azione isola rapidamente la sezione difettosa del circuito, limitando così il flusso di corrente di guasto e minimizzando i danni potenziali.

Il relè di guasto di terra è posizionato strategicamente nella parte residua dei trasformatori di corrente, come illustrato nella figura sottostante. Questo posizionamento consente al relè di monitorare e rilevare efficacemente flussi di corrente anomali indicativi di guasti di terra. Specificamente, fornisce una protezione essenziale per le avvolgimenti a delta o stella non terra del trasformatore, salvaguardando questi componenti critici dagli effetti distruttivi delle correnti di guasto. La figura sottostante illustra anche le connessioni dettagliate del relè di guasto di terra con gli avvolgimenti a stella o delta del trasformatore, evidenziando la configurazione precisa che garantisce la rilevazione affidabile del guasto e la protezione.

Configurazione e funzionamento del sistema di protezione contro i guasti di terra

I trasformatori di corrente (TC) svolgono un ruolo cruciale nel sistema di protezione contro i guasti di terra, posizionati strategicamente su entrambi i lati della zona protetta designata. I terminali secondari di questi TC sono collegati in parallelo con il relè di protezione, formando un percorso elettrico vitale per la rilevazione dei guasti. L'uscita dei TC è specificatamente progettata per rappresentare la corrente sequenza zero che scorre attraverso la linea elettrica. Nota bene, durante un guasto esterno, la corrente sequenza zero rimane assente, mentre in caso di un guasto interno, essa aumenta a un valore che è il doppio della corrente di guasto effettiva.

Funzionamento del sistema di protezione contro i guasti di terra

Il lato connesso a stella del sistema elettrico è protetto da un meccanismo di protezione contro i guasti di terra limitati, come illustrato nella figura sottostante. Questo schema di protezione è progettato per rilevare e rispondere con precisione ai guasti di terra all'interno della zona protetta, sfruttando le caratteristiche uniche della corrente sequenza zero per garantire un isolamento rapido e affidabile del guasto.

Sistema di protezione contro i guasti di terra: meccanismi operativi e caratteristiche di progettazione

Supponiamo che si verifichi un guasto esterno, denotato come F1, all'interno della rete elettrica. Questo evento di guasto induce correnti I1 e I2 che scorrono attraverso i secondari dei trasformatori di corrente (TC). A causa della configurazione elettrica e la natura dei guasti esterni, la somma risultante di I1 e I2 è zero. In contrasto, quando si verifica un guasto all'interno della zona protetta, diciamo F2, è presente solo la corrente I2; la corrente I1 si annulla o è trascurabile. Questa I2 passa poi attraverso il relè di guasto di terra, attivandone l'operazione. Fondamentalmente, il relè di guasto di terra è progettato per attivarsi esclusivamente in risposta ai guasti interni all'interno della zona protetta, assicurando che seleziona e isola le sezioni difettose del sistema elettrico.

Il relè di guasto di terra deve possedere un alto grado di sensibilità per rilevare con precisione i guasti. È progettato per rilevare correnti di guasto che superano la corrente nominale dell'avvolgimento di almeno il 15%. Questa impostazione specifica permette al relè di proteggere una porzione definita e limitata dell'avvolgimento elettrico, motivo per cui questo schema di protezione è appropriatamente chiamato protezione contro i guasti di terra limitati.

Per ulteriormente migliorare l'affidabilità del sistema di protezione, una corrente stabilizzatrice è collegata in serie con il relè. Questa aggiunta svolge una funzione vitale: mitiga efficacemente l'impatto delle correnti di magnetizzazione. Le correnti di magnetizzazione, che possono verificarsi durante l'energizzazione del sistema o altri eventi transitori, hanno il potenziale di causare falsi scatti del relè. Contrastando queste correnti indesiderate, la corrente stabilizzatrice assicura che il relè di guasto di terra risponda solo a condizioni di guasto genuine, migliorando così l'integrità e la dipendenza complessiva del sistema di protezione elettrica.