Protezione differenziale di un generatore

Protezione Differenziale del Generatore

La protezione differenziale per un generatore protegge principalmente le spire statoriche contro i guasti a terra e i guasti tra fasi. I guasti alle spire statoriche rappresentano una minaccia significativa, in grado di infliggere danni gravi al generatore. Per proteggere le spire statoriche, viene utilizzato un sistema di protezione differenziale per eliminare i guasti nel tempo più breve possibile, minimizzando così l'entità dei danni.

Sistema Circulante di Corrente Merz-Prize

In questo schema di protezione, vengono confrontate le correnti alle due estremità della sezione protetta. Durante il funzionamento normale, le magnitudini delle correnti nelle spire secondarie dei trasformatori di corrente sono uguali. Tuttavia, quando si verifica un guasto, una corrente di cortocircuito scorre attraverso il sistema, causando la divergenza delle magnitudini delle correnti. Questa differenza di corrente in condizioni di guasto viene canalizzata attraverso la bobina operativa del relè.

Una volta che la corrente supera la soglia predefinita, il relè chiude i suoi contatti, attivando lo scatto dell'interruttore. Questa azione isola la sezione difettosa dal resto del sistema. Tale meccanismo di protezione è noto come sistema circulante di corrente Merz-Prize, che risulta altamente efficace nella rilevazione e nella risposta ai guasti a terra e tra fasi.

Connessione del Sistema di Protezione Differenziale

Il sistema di protezione differenziale richiede due trasformatori di corrente identici, installati su entrambi i lati della zona protetta. Le terminali secondarie di questi trasformatori di corrente sono connesse in configurazione stellata, e le loro terminali finali sono collegate tramite fili pilota. Nel frattempo, le bobine del relè sono connesse in configurazione delta. I punti neutri dei trasformatori di corrente e del relè sono poi collegati a un terminale comune. Questa specifica disposizione di cablaggio assicura la rilevazione accurata degli squilibri di corrente e consente l'isolamento rapido del guasto.

Il relè è connesso tra i punti equipotenziali dei tre fili pilota per garantire che ogni trasformatore di corrente sopporti un carico uguale. Poiché il punto medio di ciascun filo pilota rappresenta il suo punto equipotenziale, il relè è posizionato strategicamente al centro di questi fili.

Perché il sistema di protezione differenziale funzioni ottimalmente, è cruciale posizionare le bobine del relè vicino ai trasformatori di corrente, vicino al circuito principale. Ciò può essere ottenuto inserendo resistenze di bilanciamento in serie con i fili pilota, spostando effettivamente i punti equipotenziali più vicini all'interruttore principale.

Principio di Funzionamento del Sistema di Protezione Differenziale

Supponiamo che si verifichi un guasto di isolamento sulla fase R della rete, innescando un guasto. Di conseguenza, le correnti nelle secondarie dei trasformatori di corrente diventano squilibrate. Questo squilibrio genera correnti differenziali che scorrono attraverso la bobina del relè. Di conseguenza, il relè si attiva e invia un comando di scatto all'interruttore, isolando la sezione difettosa dal resto del sistema.

Tuttavia, questo sistema di protezione ha una limitazione significativa: è altamente sensibile alla corrente di inrush magnetizzante del trasformatore. La corrente di inrush può causare il malfunzionamento del relè. Per affrontare questo problema, viene impiegato un relè differenziale polarizzato. Questo tipo di relè permette a un certo livello di corrente squilibrata di passare attraverso la sua bobina senza attivare operazioni non necessarie.

Per ulteriormente mitigare l'impatto della corrente di inrush magnetizzante, viene incorporata una bobina di restrizione nel design. La bobina di restrizione riduce efficacemente l'influenza della corrente di inrush, rendendo il relè immune a falsi scatti causati dalla corrente di inrush. I relè dotati di tale configurazione sono noti come relè differenziali polarizzati.

Scenario di Guasto e Operazione del Relè

Quando si verifica un guasto tra qualsiasi due fasi, ad esempio tra le fasi Y e B, una corrente di cortocircuito scorre attraverso queste due fasi. Questo guasto interrompe l'equilibrio delle correnti che scorrono attraverso i trasformatori di corrente (TC). Di conseguenza, una corrente differenziale passa attraverso la bobina operativa del relè, causando lo scatto del relè e l'apertura dei suoi contatti, isolando così la sezione difettosa dal sistema elettrico.

Problemi del Sistema di Protezione Differenziale

In un sistema di protezione differenziale, un cavo di resistenza neutrale viene tipicamente utilizzato per mitigare gli effetti negativi delle correnti di guasto a terra. Tuttavia, quando un guasto a terra si verifica vicino al punto neutro, una piccola forza elettromotrice (fem) genera una corrente di cortocircuito relativamente piccola che scorre attraverso il neutro. La resistenza del terreno neutrale riduce ulteriormente questa corrente. Di conseguenza, solo una corrente minima raggiunge il relè. Poiché questa piccola corrente è insufficiente per attivare la bobina del relè, il guasto potrebbe non essere rilevato, potenzialmente portando a danni al generatore.

Schema Modificato del Sistema di Protezione Differenziale

Per affrontare il problema sopra menzionato, è stato sviluppato uno schema migliorato del sistema di protezione differenziale. Questo schema modificato incorpora due elementi distinti: uno progettato per la protezione contro i guasti di fase e l'altro per la protezione contro i guasti a terra.

Gli elementi di protezione contro i guasti di fase sono connessi in configurazione stellata insieme a un resistore. Nel frattempo, il relè di guasto a terra è posizionato tra gli elementi di fase connessi in stella e il punto neutro. Specificamente, due elementi di guasto di fase, insieme a un resistore di bilanciamento, sono connessi in configurazione stellata, e il relè di guasto a terra è poi connesso tra la connessione stellata e il filo pilota neutro. Questa configurazione migliora la capacità del sistema di rilevare e rispondere accuratamente sia ai guasti di fase che a quelli a terra, migliorando la affidabilità complessiva del sistema di protezione differenziale.

Il circuito connesso in stella presenta simmetria, garantendo che qualsiasi corrente di sovraccarico bilanciata proveniente dal punto di circolazione di corrente non passi attraverso il relè di guasto a terra. Di conseguenza, all'interno di questo sistema, il sensibile relè di guasto a terra può operare con un alto livello di stabilità, rilevando in modo affidabile i guasti a terra senza essere attivato da normali fluttuazioni di corrente bilanciata.