Protezione a Corrente di Portante delle Linee di Trasmissione

Schema di protezione a corrente portante per linee di trasmissione

Lo schema di protezione a corrente portante viene principalmente utilizzato per la salvaguardia delle linee di trasmissione a lunga distanza. A differenza dei metodi di protezione convenzionali che si basano sul confronto dei valori effettivi di corrente, questo schema funziona confrontando gli angoli di fase delle correnti alle due estremità della linea. In base alla relazione tra gli angoli di fase, può determinare con precisione se un guasto si sta verificando all'interno del tratto protetto (guasto interno) o al di fuori di esso (guasto esterno). Il canale di comunicazione a corrente portante, componente cruciale di questo sistema di protezione, è composto da quattro elementi principali: un trasmettitore, un ricevitore, dispositivi di accoppiamento e una trappola di linea.

Il ricevitore di corrente portante è incaricato di catturare la corrente portante trasmessa dal trasmettitore situato all'estremità opposta della linea. Una volta ricevuta, converte questa corrente portante in una tensione continua (DC). Questa tensione continua serve come segnale di controllo, che può essere utilizzato da relè o altri circuiti elettrici per eseguire funzioni protettive specifiche. Nota bene, quando non viene ricevuta alcuna corrente portante, la tensione d'uscita del ricevitore scende a zero, indicando un'interruzione nella connessione di comunicazione o un potenziale cambiamento nello stato operativo del sistema.

La trappola di linea, posizionata tra la barra di raccordo e la connessione del condensatore di accoppiamento alla linea di trasmissione, è una rete LC parallela (induttore - condensatore) accuratamente sintonizzata per risuonare a frequenze elevate. La sua funzione principale è quella di confinare la corrente portante all'interno del tratto protetto. In questo modo, impedisce efficacemente l'interferenza da parte di altri canali di corrente portante adiacenti, assicurando l'integrità e l'accuratezza dell'operazione del sistema di protezione. Inoltre, la trappola di linea svolge un ruolo vitale nel minimizzare la perdita del segnale di corrente portante ai circuiti di alimentazione vicini, migliorando così l'affidabilità complessiva del collegamento di comunicazione a corrente portante e delle funzioni di protezione associate.

Protezione a corrente portante: componenti e metodi

Il condensatore di accoppiamento svolge una funzione doppia nel sistema di protezione a corrente portante. Collega l'equipaggiamento ad alta frequenza a uno dei conduttori della linea, consentendo la trasmissione dei segnali a corrente portante. Allo stesso tempo, isola l'equipaggiamento di potenza dalla tensione elevata della linea di alimentazione. In condizioni operative normali, la corrente elettrica fluisce solo attraverso il conduttore della linea. Tuttavia, quando si tratta della corrente portante ad alta frequenza, essa circola lungo il conduttore della linea dotato di trappole ad alta frequenza, passando attraverso il condensatore della trappola e poi a terra.

Metodi di protezione a corrente portante

Esistono diversi metodi di protezione a corrente portante, con le due forme fondamentali che sono la protezione a confronto direzionale e la protezione a confronto di fase. Questi metodi sono descritti in dettaglio di seguito:

1. Protezione a confronto direzionale

Nello schema di protezione a confronto direzionale, il meccanismo di protezione si basa sul confronto della direzione del flusso di potenza durante un guasto alle due estremità della linea di trasmissione. I relè di protezione operano solo quando il potere a entrambe le estremità della linea scorre dalla barra verso la linea. Dopo aver confrontato le direzioni, il relè pilota a corrente portante trasmette informazioni su come i relè direzionali all'estremità opposta rispondono a un evento di cortocircuito.

I relè situati alle due estremità della linea lavorano insieme per isolare il guasto dalla barra. Nel caso di un guasto interno all'interno del tratto protetto, il flusso di potenza è nella direzione protetta. Al contrario, per un guasto esterno, il flusso di potenza è nella direzione opposta. Durante un guasto, un semplice segnale viene trasmesso tramite il relè pilota a corrente portante da un'estremità all'altra della linea. Gli schemi di protezione a relè pilota utilizzati per la protezione delle linee di trasmissione possono essere principalmente categorizzati in due tipi:

• Schema di protezione a blocco a corrente portante: Questo schema limita l'operazione del relè. Funziona bloccando il guasto prima che possa entrare nel tratto protetto del sistema elettrico. Lo schema di protezione a blocco a corrente portante è altamente considerato per la sua affidabilità, poiché protegge efficacemente l'equipaggiamento del sistema da potenziali danni.

• Schema di protezione a blocco permessivo a corrente portante: A differenza dello schema di blocco, questo schema protettivo permette alla corrente di guasto di entrare nel tratto protetto del sistema.

2. Protezione a confronto di fase a corrente portante

Il sistema di protezione a confronto di fase a corrente portante si concentra sul confronto della relazione di fase tra la corrente che entra nella zona pilota e la corrente che esce dal tratto protetto. Nota bene, non comporta il confronto delle ampiezze di queste correnti. Questo metodo di protezione fornisce principalmente la protezione principale o primaria, pertanto è essenziale integrarlo con una protezione di backup. Il diagramma del circuito dello schema di protezione a confronto di fase a corrente portante è illustrato nella figura fornita di seguito.

Funzionamento e vantaggi della protezione a corrente portante

Le trasformatori di corrente (TC) installati sulla linea di trasmissione forniscono energia a una rete. Questa rete converte la corrente di uscita dai TC in una tensione sinusoidale monofase. Questa tensione viene quindi alimentata sia al trasmettitore a corrente portante che al comparatore. Analogamente, l'uscita del ricevitore a corrente portante viene indirizzata al comparatore. Il comparatore svolge un ruolo cruciale nel controllare l'operazione di un relè ausiliario, che a sua volta attiva lo spegnimento del disgiuntore della linea di trasmissione quando necessario.

Vantaggi della protezione a corrente portante

Gli schemi di protezione a corrente portante offrono diversi vantaggi significativi, che sono elencati di seguito:

• Operazione simultanea e rapida dei disgiuntori: Uno dei principali vantaggi è la capacità di ottenere un trip rapidamente e simultaneamente dei disgiuntori alle due estremità della linea di trasmissione. Questa azione coordinata garantisce che i guasti siano isolati prontamente, minimizzando la durata delle condizioni anormali nel sistema elettrico.

• Risoluzione efficiente dei guasti: Il sistema presenta un processo di risoluzione rapido dei guasti. Interrompendo rapidamente il flusso della corrente di guasto, previene efficacemente impatti gravi sul sistema elettrico, riducendo il rischio di danni all'equipaggiamento e mantenendo la stabilità del sistema.

• Segnalazione integrata: La protezione a corrente portante elimina la necessità di fili di segnalazione separati. Invece, le linee di alimentazione stesse vengono utilizzate per trasmettere sia l'energia elettrica che i segnali di comunicazione. Ciò semplifica la progettazione complessiva del sistema, riduce i costi di installazione e minimizza il potenziale di interferenza dei segnali da fonti esterne.

• Trip ultrarapido: Permette ai disgiuntori alle due estremità della linea di tripolare entro uno o tre cicli. Questo tempo di risposta estremamente rapido è cruciale per la protezione dei moderni sistemi elettrici ad alta capacità e per garantire il rifornimento affidabile di elettricità.

• Compatibilità con l'equipaggiamento moderno: Il sistema di protezione a corrente portante è altamente compatibile con i moderni disgiuntori ad azione rapida. Questa sinergia consente una relazione ancora più efficiente e affidabile, migliorando le prestazioni e le capacità di protezione complessive della rete elettrica.

• Applicazioni versatile: Storicamente, la tecnologia a corrente portante è stata ampiamente utilizzata per vari scopi, inclusi controllo supervisionato, comunicazione telefonica, telemetria e relaying. Questa versatilità lo rende un asset prezioso nei sistemi di alimentazione elettrica, consentendo l'integrazione senza soluzione di continuità di molteplici funzioni all'interno di una singola infrastruttura.