Protezione del ramo di alimentazione

Protezione dei rami di distribuzione

Definizione

La protezione dei rami di distribuzione si riferisce alla salvaguardia dei rami elettrici contro i guasti per garantire l'approvvigionamento ininterrotto di energia elettrica. I rami trasmettono l'energia elettrica dalle sottostazioni all'estremità del carico. Data la loro importanza cruciale nella rete di distribuzione di energia, proteggere i rami da vari tipi di guasti è di estrema importanza. I requisiti principali per la protezione dei rami sono i seguenti:

• Spegnimento selettivo: In caso di cortocircuito, solo l'interruttore automatico più vicino al guasto dovrebbe aprirsi, mentre tutti gli altri interruttori automatici rimangono chiusi. Questo minimizza l'impatto sull'approvvigionamento di energia e riduce l'ampiezza delle interruzioni.

• Protezione di backup: In caso che l'interruttore automatico più vicino al guasto non si apra, gli interruttori automatici adiacenti devono agire come protezione di backup per isolare la sezione difettosa. Questa ridondanza garantisce l'affidabilità del sistema complessivo.

• Risposta ottimale dei relè: Il tempo di funzionamento dei relè di protezione deve essere minimizzato per mantenere la stabilità del sistema, evitando lo spegnimento inutile dei circuiti sani. Questo equilibrio è essenziale per la gestione efficiente dei guasti.

Protezione graduata nel tempo

La protezione graduata nel tempo è uno schema che prevede l'impostazione dei tempi di funzionamento dei relè in modo sequenziale. Questo approccio assicura che, quando si verifica un guasto, solo la porzione più piccola possibile del sistema elettrico venga isolata, minimizzando così la perturbazione dell'approvvigionamento di energia complessivo. Le applicazioni pratiche della protezione graduata nel tempo sono descritte di seguito.

Protezione dei rami radiali

Un sistema di potenza radiale è caratterizzato da un flusso di energia unidirezionale, che va dal generatore o dalla fonte di alimentazione verso l'estremità del carico. Tuttavia, questo sistema presenta un notevole svantaggio: in caso di guasto, mantenere la continuità dell'approvvigionamento di energia all'estremità del carico diventa difficile.

In un sistema radiale in cui più rami sono connessi in serie, come illustrato nella figura, l'obiettivo è isolare la sezione più piccola possibile del sistema quando si verifica un guasto. La protezione graduata nel tempo raggiunge efficacemente questo obiettivo. Il sistema di protezione contro il sovracorrente è configurato in modo che quanto più un relè è distante dalla centrale elettrica, tanto più breve è il suo tempo di funzionamento. Questo meccanismo gerarchico di impostazione temporale assicura che i guasti vengano eliminati il più vicino possibile alla fonte del problema, riducendo l'impatto sul resto del sistema.

Quando si verifica un guasto su SS4, il relè OC5 dovrebbe essere il primo a intervenire, piuttosto che qualsiasi altro relè. Ciò significa che il tempo di funzionamento del relè OC4 deve essere inferiore a quello del relè OC3, e così via. Questo dimostra chiaramente la necessità di una corretta graduazione temporale per questi relè. L'intervallo minimo di tempo tra due interruttori automatici adiacenti è determinato dalla somma dei loro tempi di sgancio e un piccolo margine di sicurezza.

Per gli interruttori automatici comunemente utilizzati, il tempo minimo di discriminazione tra interruttori durante l'aggiustamento è di circa 0,4 secondi. I tempi di funzionamento per i relè OC1, OC2, OC3, OC4 e OC5 sono impostati rispettivamente a 0,2 secondi, 1,5 secondi, 1,5 secondi, 1,0 secondo, 0,5 secondo e istantaneo. Oltre al sistema di graduazione temporale, è cruciale che il tempo di funzionamento per i guasti gravi sia minimizzato. Questo può essere ottenuto collegando fusibili a tempo limitato in parallelo con le bobine di sgancio.

Protezione dei rami paralleli

Le connessioni a rami paralleli vengono principalmente utilizzate per garantire un approvvigionamento di energia continuo e distribuire il carico. Quando si verifica un guasto in un ramo protetto, il dispositivo di protezione identificherà e isolerà il ramo difettoso, consentendo agli altri rami di assumere immediatamente il carico aggiuntivo.

Uno dei metodi di protezione più semplici ed efficaci per i relè nei sistemi a rami paralleli prevede l'utilizzo di relè di sovrecarico graduati nel tempo con caratteristiche inverse all'estremità di invio, combinati con relè istantanei di potenza inversa o direzionali all'estremità di ricezione, come illustrato nella figura seguente. Questa configurazione consente una rapida e accurata rilevazione e isolamento dei guasti, migliorando l'affidabilità e la stabilità complessiva del sistema a rami paralleli.

Quando si verifica un guasto grave F su una delle linee, la potenza fluisce nel guasto sia dall'estremità di invio che da quella di ricezione. Di conseguenza, la direzione del flusso di potenza attraverso il relè nel punto D si inverte, causando l'apertura del relè.

La corrente eccessiva sarà quindi confinata nel punto B fino a quando il relè di sovrecarico attiva e fa scattare l'interruttore automatico. Questa azione isola completamente il ramo difettoso, consentendo l'approvvigionamento di energia attraverso il ramo sano. Tuttavia, questo metodo è efficace solo quando il guasto è abbastanza grave da invertire il flusso di potenza in D. Pertanto, viene incorporata anche la protezione differenziale oltre alla protezione contro il sovrecarico alle estremità della linea per migliorare l'affidabilità del sistema di protezione.

Protezione del sistema anello principale

Il sistema anello principale è una rete di interconnessione che collega una serie di centrali elettriche attraverso più percorsi. In questo sistema, la direzione del flusso di potenza può essere regolata come necessario, specialmente quando si utilizzano le interconnessioni.

Lo schema base di tale sistema è illustrato nella figura seguente, dove G rappresenta la centrale elettrica, e A, B, C e D denotano le sottostazioni. Alla centrale elettrica, il flusso di potenza avviene in una sola direzione, quindi non sono necessari relè di sovrecarico con ritardo temporale. I relè di sovrecarico graduati nel tempo sono installati alle estremità delle sottostazioni. Questi relè scattano solo quando una corrente di sovrecarico fluisce lontano dalle sottostazioni che stanno proteggendo, garantendo l'isolamento selettivo dei guasti e mantenendo la stabilità del sistema anello principale.

Percorrendo l'anello nella direzione GABCD, i relè sul lato opposto di ogni stazione sono configurati con ritardi temporali progressivamente decrescenti. Alla centrale elettrica, il ritardo temporale è impostato a 2 secondi; nelle stazioni A, B e C, le impostazioni sono rispettivamente 1,5 secondi, 1,0 secondo e 0,5 secondo, mentre il relè nel punto successivo rilevante opera istantaneamente. Analogamente, muovendosi intorno all'anello in direzione opposta, i relè sui lati uscenti sono impostati secondo un pattern di ritardo temporale corrispondente.

In caso di un guasto nel punto F, la potenza fluisce nel guasto attraverso due percorsi distinti: ABF e DCF. I relè che vengono attivati sono quelli situati tra la sottostazione B e il punto di guasto F, nonché tra la sottostazione C e il punto di guasto F. Questa configurazione assicura che un guasto in una determinata sezione del sistema anello principale provocherà l'operazione solo dei relè rilevanti in quella specifica sezione. Di conseguenza, le sezioni non interessate del sistema possono continuare a funzionare senza interruzioni, mantenendo l'integrità e l'affidabilità complessiva della rete di distribuzione di energia.