Relè di protezione della linea: Una guida completa
Un relè di protezione del feeder è un dispositivo che protegge le linee di alimentazione dei sistemi elettrici da vari tipi di guasti, come cortocircuiti, sovraccarichi, guasti a terra e interruzioni dei conduttori. Un feeder è una linea di trasmissione o distribuzione che trasporta l'energia da una sottostazione al carico o a un'altra sottostazione. I relè di protezione del feeder sono essenziali per garantire l'affidabilità e la sicurezza dei sistemi elettrici, in quanto possono rilevare e isolare rapidamente i guasti, prevenire danni agli apparecchiature e minimizzare le interruzioni di energia.
Cos'è un relè di protezione a distanza?
Uno dei tipi più comuni di relè di protezione del feeder è il relè di protezione a distanza, noto anche come relè di impedenza. Un relè di protezione a distanza misura l'impedenza (Z) della linea del feeder utilizzando i valori di tensione (V) e corrente (I) forniti dal trasformatore di tensione (PT) e dal trasformatore di corrente (CT) corrispondenti. L'impedenza viene calcolata dividendo la tensione per la corrente: Z = V/I.
Il relè di protezione a distanza confronta l'impedenza misurata con un valore di impostazione predefinito, che rappresenta l'impedenza massima consentita per il funzionamento normale. Se l'impedenza misurata è inferiore al valore di impostazione, significa che c'è un guasto sulla linea del feeder, e il relè invierà un segnale di trip al disgiuntore per isolare il guasto. Il relè può inoltre visualizzare i parametri del guasto, come la corrente di guasto, la tensione, la resistenza, la reattività e la distanza del guasto, sul suo schermo.
La distanza del guasto è la distanza tra la posizione del relè e la posizione del guasto, che può essere stimata moltiplicando l'impedenza misurata per l'impedenza della linea per chilometro. Ad esempio, se l'impedenza misurata è 10 ohm e l'impedenza della linea per chilometro è 0,4 ohm/km, allora la distanza del guasto è 10 x 0,4 = 4 km. Conoscere la distanza del guasto può aiutare a localizzare e riparare il guasto rapidamente.
Come funziona una caratteristica quadrilaterale?
Un relè di protezione a distanza può avere diverse caratteristiche operative, come circolare, mho, quadrilaterale o poligonale. Una caratteristica quadrilaterale è una scelta popolare per i relè numerici moderni perché offre maggiore flessibilità e precisione nell'impostazione delle zone di protezione.
Una caratteristica quadrilaterale è un grafico a forma di parallelogramma che definisce la zona di protezione del relè. Il grafico ha quattro assi: resistenza in avanti (R F), resistenza indietro (R B), reattività in avanti (X F) e reattività indietro (X B). Il grafico ha anche un angolo di pendenza chiamato angolo caratteristico del relè (RCA), che determina la forma del parallelogramma.
La caratteristica quadrilaterale può essere tracciata utilizzando i seguenti passaggi:
Imposta il valore R F sull'asse X positivo e il valore R B sull'asse X negativo.
Imposta il valore X F sull'asse Y positivo e il valore X B sull'asse Y negativo.
Disegna una linea da R F a X F con una pendenza di RCA.
Disegna una linea da R B a X B con una pendenza di RCA.
Completa il parallelogramma collegando R F a R B e X F a X B.
La zona di protezione si trova all'interno del parallelogramma, il che significa che se l'impedenza misurata cade all'interno di questa area, il relè si attiverà. La caratteristica quadrilaterale può coprire quattro quadranti di operazione:
Primo quadrante (valori R e X positivi): questo quadrante rappresenta un carico induttivo e un guasto in avanti dal relè.
Secondo quadrante (R negativo e X positivo): questo quadrante rappresenta un carico capacitivo e un guasto inverso dal relè.
Terzo quadrante (valori R e X negativi): questo quadrante rappresenta un carico induttivo e un guasto inverso dal relè.
Quarto quadrante (R positivo e X negativo): questo quadrante rappresenta un carico capacitivo e un guasto in avanti dal relè.
Quali sono le diverse zone di operazione?
Un relè di protezione a distanza può avere diverse zone di operazione, definite da diversi valori di impostazione dell'impedenza e del ritardo temporale. Le zone sono progettate per coordinarsi con altri relè nel sistema e fornire protezione di backup per i feeders adiacenti.
Le zone di operazione tipiche per un relè di protezione a distanza sono:
Zona 1: questa zona copre l'80% al 90% della lunghezza del feeder e non ha ritardo temporale. Fornisce protezione primaria per i guasti all'interno di questa zona e si attiva istantaneamente.
Zona 2: questa zona copre il 100% al 120% della lunghezza del feeder e ha un breve ritardo temporale (di solito 0,3 a 0,5 secondi). Fornisce protezione di backup per i guasti oltre la zona 1 o in feeders adiacenti.
Zona 3: questa zona copre il 120% al 150% della lunghezza del feeder e ha un ritardo temporale più lungo (di solito 1 a 2 secondi). Fornisce protezione di backup per i guasti oltre la zona 2 o in feeders remoti.
Alcuni relè possono avere anche zone aggiuntive, come la Zona 4 per l'intrusione del carico o la Zona 5 per i guasti di sovracopertura.
Quali sono gli altri tipi di relè di protezione del feeder?
Oltre ai relè di protezione a distanza, ci sono altri tipi di relè di protezione del feeder che possono essere utilizzati per diverse applicazioni o in combinazione con i relè di protezione a distanza. Alcuni esempi sono:
Relè di protezione contro sovracorrente: questi relè misurano solo la corrente e si attivano quando supera un valore preimpostato. Sono semplici, economici e ampiamente utilizzati per i feeders radiali.
Relè di protezione differenziale: questi relè confrontano i valori di corrente da entrambe le estremità di un feeder e si attivano quando c'è un disequilibrio tra di essi. Sono veloci, selettivi e sensibili per i feeders brevi o le barre di distribuzione.
Relè di protezione direzionale: questi relè misurano sia la corrente che la tensione e determinano la loro differenza di fase. Si attivano solo quando la corrente scorre in una specifica direzione rispetto alla tensione. Sono utili per i feeders anulari o paralleli.
Relè di rilevamento dell'arc flash: questi relè utilizzano sensori di luce e rilevamento di sovracorrente ad alta velocità per identificare eventi di arc flash sui feeders. Si attivano più rapidamente dei relè convenzionali e migliorano la sicurezza del personale.
Come selezionare i relè di protezione del feeder?
La selezione dei relè di protezione del feeder dipende da vari fattori, come:
Il tipo, la lunghezza, la configurazione, il carico, la messa a terra e il livello di isolamento dei feeders
La disponibilità, l'accuratezza, il costo, la manutenzione, la comunicazione e l'integrazione dei relè
La coordinazione, la selettività, la sensibilità, la velocità, l'affidabilità, la sicurezza e la stabilità degli schemi di protezione
Gli standard, le normative, i codici, le politiche e le pratiche degli operatori del sistema elettrico
Alcune linee guida generali per la selezione dei relè di protezione del feeder sono:
Scegliere relè numerici invece di relè elettromeccanici o statici per prestazioni, funzionalità, flessibilità e diagnostica migliori
Scegliere relè di protezione a distanza invece di relè di protezione contro sovracorrente o differenziale per feeders lunghi o complessi
Scegliere caratteristiche quadrilaterali invece di caratteristiche circolari o mho per maggiore accuratezza e adattabilità
Scegliere ingressi analogici a bassa energia invece di ingressi di corrente/tensione convenzionali per ridurre dimensioni, peso e rischi per la sicurezza.
Scegliere relè di rilevamento dell'arc flash invece di relè convenzionali per un trip più rapido e la sicurezza del personale.
Conclusione
I relè di protezione del feeder sono dispositivi vitali che proteggono le linee di alimentazione dei sistemi elettrici da vari tipi di guasti. Possono migliorare l'affidabilità, la sicurezza ed l'efficienza del sistema elettrico rilevando e isolando rapidamente i guasti, prevenendo danni alle apparecchiature e minimizzando le interruzioni di energia.
Uno dei tipi più comuni di relè di protezione del feeder è il relè di protezione a distanza, che misura l'impedenza della linea del feeder utilizzando i valori di tensione e corrente forniti dal trasformatore di tensione e dal trasformatore di corrente corrispondenti. Confronta l'impedenza misurata con un valore di impostazione predefinito, che rappresenta l'impedenza massima consentita per il funzionamento normale. Se l'impedenza misurata è inferiore al valore di impostazione, significa che c'è un guasto sulla linea del feeder
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