Protezione di linee o ramo

Poiché la lunghezza della linea di trasmissione elettrica è generalmente abbastanza lunga e corre all'aperto, la probabilità di un guasto nella linea di trasmissione elettrica è molto maggiore rispetto a quella dei trasformatori di potenza elettrica e degli alternatori. Per questo motivo, una linea di trasmissione richiede molti più schemi di protezione rispetto a un trasformatore e un alternatore.
La protezione della linea dovrebbe avere alcune caratteristiche speciali, come-

1. In caso di guasto, solo l'interruttore più vicino al punto del guasto dovrebbe essere attivato.

2. Se l'interruttore più vicino al punto del guasto non si attiva, l'interruttore successivo in sequenza si attiverà come backup.

3. Il tempo di funzionamento del relè associato alla protezione della linea dovrebbe essere il più breve possibile per prevenire l'attivazione inutile degli interruttori associati ad altre parti sane del sistema di potenza.

Questi requisiti menzionati sopra rendono la protezione della linea di trasmissione molto diversa dalla protezione del trasformatore e da altri dispositivi dei sistemi di potenza. I principali tre metodi di protezione della linea di trasmissione sono –

1. Protezione temporizzata contro corrente eccessiva.

2. Protezione differenziale.

3. Protezione a distanza.

Protezione Temporizzata Contro Corrente Eccessiva

Questa può anche essere definita semplicemente come protezione contro corrente eccessiva della linea di trasmissione elettrica. Discutiamo ora i diversi schemi di protezione temporizzata contro corrente eccessiva.

Protezione del Feeder Radiale

Nel feeder radiale, la potenza fluisce in una sola direzione, ovvero dalla sorgente al carico. Questo tipo di feeders può essere facilmente protetto utilizzando sia relè a tempo definito che relè a tempo inverso.

Protezione della Linea con Relè a Tempo Definito

Questo schema di protezione è molto semplice. Qui, la linea è divisa in diverse sezioni e ogni sezione è dotata di un relè a tempo definito. Il relè più vicino alla fine della linea ha il tempo di impostazione minimo, mentre i tempi di impostazione degli altri relè aumentano successivamente verso la sorgente.
Ad esempio, supponiamo che ci sia una sorgente nel punto A, nella figura seguente

Al punto D, l'interruttore CB-3 è installato con un tempo di operazione del relè di 0,5 secondi. Successivamente, al punto C, un altro interruttore CB-2 è installato con un tempo di operazione del relè di 1 secondo. L'interruttore successivo CB-1 è installato al punto B, che è il più vicino al punto A. Al punto B, il relè è impostato su un tempo di operazione di 1,5 secondi.
Ora, supponiamo che si verifichi un guasto al punto F. A causa di questo guasto, la corrente di guasto fluisce attraverso tutti i trasformatori di corrente o TC collegati nella linea. Tuttavia, poiché il tempo di operazione del relè al punto D è minimo, l'CB-3, associato a questo relè, si attiverà per primo per isolare la zona di guasto dal resto della linea. In caso di mancato attivazione dell'CB-3 per qualsiasi motivo, il relè successivo con tempo superiore si attiverà per iniziare l'attivazione dell'interruttore associato. In questo caso, l'CB-2 si attiverà. Se anche l'CB-2 non si attiva, allora l'interruttore successivo, cioè l'CB-1, si attiverà per isolare la maggior parte della linea.

Vantaggi della Protezione a Tempo Definito della Linea

Il principale vantaggio di questo schema è la sua semplicità. Il secondo grande vantaggio è che, in caso di guasto, solo l'CB più vicino alla sorgente dal punto del guasto si attiverà per isolare la posizione specifica della linea.

Svantaggi della Protezione a Tempo Definito della Linea

Se il numero di sezioni nella linea è molto elevato, il tempo di impostazione del relè più vicino alla sorgente sarebbe molto lungo. Quindi, in caso di guasto vicino alla sorgente, ci vorrà molto tempo per isolarlo. Ciò potrebbe causare effetti distruttivi gravi sul sistema.

Protezione della Linea Contro Corrente Eccessiva con Relè Inverso

Il difetto che abbiamo discusso nella protezione a tempo definito contro corrente eccessiva della linea di trasmissione, può essere facilmente superato utilizzando relè a tempo inverso. Nel relè inverso, il tempo di operazione è inversamente proporzionale alla corrente di guasto.

Nella figura sopra, l'impostazione complessiva del tempo del relè al punto D è minima e successivamente questa impostazione del tempo viene aumentata per i relè associati ai punti verso il punto A.
In caso di guasto al punto F, l'CB-3 al punto D si attiverà ovviamente. In caso di mancato apertura dell'CB-3, l'CB-2 si attiverà in quanto l'impostazione complessiva del tempo è maggiore in quel relè al punto C.
Anche se il tempo di impostazione del relè più vicino alla sorgente è massimo, esso si attiverà in un periodo più breve se si verifica un guasto importante vicino alla sorgente, poiché il tempo di operazione del relè è inversamente proporzionale alla corrente di guasto.

Protezione Contro Corrente Eccessiva di Feeders in Parallelo

Per mantenere la stabilità del sistema, è necessario alimentare un carico da una sorgente con due o più feeders in parallelo. Se si verifica un guasto in uno qualsiasi dei feeders, solo quel feeder difettoso dovrebbe essere isolato dal sistema per mantenere la continuità dell'alimentazione dalla sorgente al carico. Questo requisito rende la protezione dei feeders in parallelo un po' più complessa rispetto alla semplice protezione non direzionale contro corrente eccessiva della linea, come nel caso dei feeders radiali. La protezione dei feeders in parallelo richiede l'uso di relè direzionali e la graduazione dell'impostazione del tempo del relè per il trip selezionale.

Ci sono due feeders connessi in parallelo dalla sorgente al carico. Entrambi i feeders hanno un relè contro corrente eccessiva non direzionale all'estremità della sorgente. Questi relè dovrebbero essere relè a tempo inverso. Inoltre, entrambi i feeders hanno un relè direzionale o relè di potenza inversa all'estremità del carico. I relè di potenza inversa utilizzati qui dovrebbero essere del tipo istantaneo. Ciò significa che questi relè si attivano non appena il flusso di potenza nel feeder viene invertito. La direzione normale del flusso di potenza è dalla sorgente al carico.
Ora, supponiamo che si verifichi un guasto al punto F, diciamo che la corrente di guasto è If. Questo guasto avrà due percorsi paralleli dalla sorgente, uno solo attraverso l'interruttore A e l'altro via CB-B, feeder-2, CB-Q, bus di carico e CB-P. Questo è chiaramente mostrato nella figura sottostante, dove IA e IB sono le correnti di guasto condivise dal feeder-1 e dal feeder-2 rispettivamente.

Secondo la legge di Kirchoff, IA + IB = If.

Ora, IA sta fluendo attraverso CB-A, IB sta fluendo attraverso CB-P. Poiché la direzione del flusso di CB-P è invertita, si attiverà immediatamente. Ma CB-Q non si attiverà poiché il flusso di corrente (potenza) in questo interruttore non è invertito. Non appena CB-P si attiva, la corrente di guasto IB smette di fluire attraverso il feeder e quindi non c'è possibilità di ulteriore attivazione del relè a tempo inverso contro corrente eccessiva. IA continua a fluire anche se CB-P si attiva. A causa della corrente eccessiva IA, CB-A si attiverà. In questo modo, il feeder difettoso viene isolato dal sistema.

Protezione Differenziale con Cavo Pilota

Questo è semplicemente uno schema di protezione differenziale applicato ai feeders. Vengono applicati diversi schemi differenziali per la protezione della linea, ma i sistemi Mess Price Voltage Balance e Translay Scheme sono i più comunemente utilizzati.

Sistema di Bilanciamento Merz-Price

Il principio di funzionamento del sistema di bilanciamento Merz-Price è piuttosto semplice. In questo schema di protezione della linea, un TC identico è connesso a entrambe le estremità della linea. La polarità dei TC è la stessa. Il secondario di questi trasformatori di corrente e la bobina operativa di due relè istantanei formano un circuito chiuso come mostrato nella figura sottostante. Nel circuito, un cavo pilota viene utilizzato per connettere entrambi i secondari del TC e entrambe le bobine del relè come mostrato.