Relè di protezione differenziale

Definizione

Un relè di protezione differenziale è un dispositivo il cui funzionamento dipende dalla differenza di fase tra due o più grandezze elettriche. Opera in base al principio del confronto dell'angolo di fase e della magnitudine delle stesse grandezze elettriche.

Esempio

Prendiamo come esempio il confronto tra la corrente d'ingresso e quella d'uscita di una linea di trasmissione. Se la magnitudine della corrente d'ingresso della linea di trasmissione supera quella della corrente d'uscita, indica che c'è una corrente aggiuntiva che scorre a causa di un guasto. Questa differenza di corrente può attivare il relè di protezione differenziale.

Condizioni Essenziali per il Funzionamento

Perché un relè di protezione differenziale funzioni correttamente, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:

• La rete in cui viene impiegato il relè deve possedere due o più grandezze elettriche simili.

• Queste grandezze dovrebbero avere uno spostamento di fase di circa 180º.

I relè di protezione differenziale vengono utilizzati per la protezione di vari componenti elettrici come generatori, trasformatori, alimentatori, grandi motori e barre di distribuzione. Possono essere classificati come segue:

• Relè Differenziale di Corrente

• Relè Differenziale di Tensione

• Relè Differenziale Bilanciato o Percentuale

• Relè Differenziale di Bilanciamento di Tensione

Relè Differenziale di Corrente

Un relè differenziale di corrente è un tipo di relè che rileva e risponde alla differenza di fase tra la corrente che entra in un sistema elettrico e quella che ne esce. La figura sottostante illustra un'impalcatura in cui i relè di sovratensione sono connessi per funzionare come un relè differenziale.

Nella configurazione dei relè di sovratensione, la linea tratteggiata indica la sezione da proteggere. I trasformatori di corrente (TC) sono posizionati alle estremità della zona protetta. Le secondarie di questi trasformatori sono connesse in serie tramite cavi pilota. Di conseguenza, le correnti indotte nei TC scorrono nella stessa direzione. L'avvolgimento operativo del relè è collegato alle secondarie dei TC.

In condizioni operative normali, le magnitudini delle correnti nelle secondarie dei trasformatori di corrente (TC) sono identiche, risultando in zero corrente che scorre attraverso l'avvolgimento operativo. Tuttavia, quando si verifica un guasto, le magnitudini delle correnti nelle secondarie dei TC diventano disuguali, attivando il relè.

Avvolgimento Differenziale Bilanciato o Percentuale

Il relè differenziale bilanciato o percentuale è il tipo di relè differenziale più comunemente utilizzato. La sua configurazione è simile a quella del relè differenziale di corrente. La differenza principale sta nell'inclusione di un avvolgimento di restrizione aggiuntivo, connesso ai cavi pilota, come illustrato nella figura sottostante.

L'avvolgimento operativo è connesso al punto mediano dell'avvolgimento di restrizione. Quando si verifica una corrente di guasto, il rapporto di corrente nei trasformatori di corrente diventa squilibrato. Tuttavia, questo problema viene efficacemente risolto dall'avvolgimento di restrizione.

Relè Differenziale Bilanciato a Induzione

Il relè differenziale bilanciato a induzione presenta un disco che ruota liberamente tra elettromagneti. Ogni elettromagnete è dotato di un anello di schermatura in rame, che può muoversi dentro e fuori l'elettromagnete. Il disco è influenzato sia dagli elementi operativi che da quelli di restrizione, risultando in una forza netta agente su di esso.

Quando la posizione dell'anello di schermatura è in uno stato equilibrato sia per gli elementi operativi che per quelli di restrizione, la coppia risultante agente sull'anello diventa zero. Tuttavia, se l'anello si muove verso il nucleo di ferro, torceranno diseguali saranno esercitate sull'anello a causa della combinazione degli avvolgimenti operativi e di restrizione.

Relè Differenziale di Bilanciamento di Tensione

Il relè differenziale di corrente non è adatto per la protezione degli alimentatori. Per proteggere gli alimentatori, vengono utilizzati invece i relè differenziali di bilanciamento di tensione. In una configurazione di relè differenziale di bilanciamento di tensione, due trasformatori di corrente identici sono posizionati alle estremità della zona protetta e collegati tramite cavi pilota.

Questi relè sono connessi in serie con le secondarie dei trasformatori di corrente. Sono configurati in modo tale che nessuna corrente passi attraverso di loro durante le condizioni operative normali. Il relè differenziale di bilanciamento di tensione utilizza trasformatori di corrente a nucleo d'aria, dove le tensioni sono indotte in proporzione alla corrente che scorre attraverso di essi.

Quando si verifica un guasto all'interno della zona protetta, le correnti nei trasformatori di corrente (TC) diventano squilibrate. Questo squilibrio interrompe le tensioni nelle secondarie dei TC. Di conseguenza, inizia a scorrere corrente attraverso l'avvolgimento operativo del relè. Come risultato, il relè si attiva e invia un comando all'interruttore, che lo fa scattare e isolare la sezione difettosa del circuito.