Protezione differenziale laterale e longitudinale: applicazione e principio di funzionamento, vantaggi e svantaggi

Per garantire il funzionamento a lungo termine delle apparecchiature elettriche, vengono utilizzati vari tipi di protezione. La protezione differenziale si è diffusa grazie alla sua alta velocità. Viene utilizzato in reti con neutro a massa solida per il funzionamento sicuro di linee elettriche, motori elettrici, macchine prefabbricate, trasformatori, autotrasformatori e generatori da cortocircuito, oltre che per uso domestico utilizzo.

Tipi e caratteristiche del lavoro

La protezione differenziale è un tipo di protezione del relè caratterizzato da assoluta selettività e velocità di risposta molto elevata. Esistono tali tipi di protezione differenziale: trasversale e longitudinale. La scelta della protezione differenziale appropriata dipende direttamente dalla situazione e, per poterla applicare con precisione, è necessario sapere in quali casi viene applicato, il principio di funzionamento, nonché i principali svantaggi e limitazioni.

Protezione longitudinale

La protezione differenziale longitudinale deve essere installata come principale per la protezione di potenti trasformatori e autotrasformatori.

Requisiti primari:

1. Trasformatori singoli e autotrasformatori da 6300 kVA.
2. Trasformatori e autotrasformatori in parallelo con potenza da 4000 kVA.
3. Linea di comunicazione affidabile e senza disturbi tra 2 trasformatori.
4. Trasformatori e autotrasformatori con una potenza di 1000 kVA (l'interruzione di corrente non può raggiungere il richiesto sensibilità in caso di cortocircuito ai terminali con alta tensione, mentre la massima protezione non dovrebbe essere più di 0,5 secondi).

Schema 1 - Protezione differenziale longitudinale del trasformatore:

Il principio di funzionamento della protezione differenziale si riduce al confronto dei valori delle correnti di fase che fluiscono attraverso le sezioni protette delle linee corrispondenti. Vengono utilizzati trasformatori di corrente, che vengono utilizzati per misurare l'intensità di corrente nella sezione protetta del circuito. Gli avvolgimenti secondari di questi trasformatori sono collegati ai relè di corrente, per cui la differenza di corrente cade sull'avvolgimento del relè.

Durante il normale funzionamento, la differenza nel valore delle correnti nel circuito del relè di corrente sarà zero. Tuttavia, in caso di cortocircuito, non la differenza entrerà nella bobina del relè, ma la somma delle correnti. I contatti del relè si chiudono e viene emesso un comando per scollegare completamente la sezione danneggiata del circuito.

Tuttavia, tutto questo funziona bene solo in teoria. In un caso reale, una corrente diversa da zero scorrerà attraverso la bobina del relè di corrente. Questa corrente è chiamata corrente di squilibrio.

I motivi principali per la comparsa di una corrente di squilibrio sull'avvolgimento del relè di corrente:

1. Le caratteristiche dei trasformatori di corrente hanno spesso caratteristiche leggermente diverse. Nello stabilimento di produzione, vengono prodotti in coppia, le loro caratteristiche vengono preliminarmente verificate e regolate (cambio il numero di spire degli avvolgimenti per rispettare la corrispondenza del rapporto di trasformazione del trasformatore, che è necessario proteggere).
2. Il verificarsi di una corrente magnetizzante, che appare negli avvolgimenti di un trasformatore protetto. In modalità normale, il valore di questa corrente raggiunge il 5% del nominale. Quando il trasformatore è inattivo, questa corrente per un breve periodo può superare il valore nominale di diverse volte.
3. Diversi collegamenti degli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore (stella e triangolo). In questa interpretazione, i vettori delle correnti negli avvolgimenti primari e secondari saranno spostati di 30 gradi, il che complicherà la selezione del numero di spire. Questo può essere facilmente compensato collegando opportunamente gli avvolgimenti (triangolo lato stella e stella lato triangolo).

Va tenuto presente che i dispositivi moderni basati su microprocessori sono in grado di compensare da soli e per questo è sufficiente specificare nelle impostazioni di questo dispositivo.

Protezione laterale

Si applica solo alle linee ad alta tensione. La protezione differenziale trasversale seleziona e diseccita una linea guasta.

È costituito da un relè di corrente per la direzione della potenza, che è collegato, come nella protezione differenziale longitudinale, dalla sezione corrispondente alla differenza di correnti.

La corrente viene fornita al relè tramite contatti collegati in serie per l'uscita automatica di protezione quando la linea problematica è scollegata, al fine di evitarne l'azione in caso di cortocircuito (cortocircuito). La coppia del relè di direzione di potenza dipende direttamente dalla corrente, dalla tensione e anche dall'angolo tra queste grandezze vettoriali.

In caso di cortocircuito, il valore della corrente su una delle linee sarà maggiore dell'altra e la corrente nel relè avrà lo stesso verso della prima linea. Di conseguenza, il relè chiuderà il suo contatto (ci sarà abbastanza corrente per attirare il nucleo) e la protezione differenziale spegnerà la linea con un valore di corrente elevato. Lo stesso accadrà quando il valore della corrente nominale nella seconda linea aumenterà, ma si aprirà l'altro gruppo di contattori.

Schema 2 - Protezione differenziale del trasformatore trasversale

Il principio di funzionamento della protezione laterale è approssimativamente lo stesso di quello della protezione longitudinale, ma c'è una differenza principale: i trasformatori di corrente devono essere installati alle estremità delle singole linee che sono collegate a questo posto.

Vantaggi e svantaggi

Nonostante il suo uso diffuso dovuto alla sua elevata velocità di risposta, ogni tipo di protezione differenziale ha i suoi pro e contro.

Vantaggi della protezione differenziale longitudinale:

1. Selettività assoluta.
2. Possibilità di utilizzo con altri tipi di protezione.
3. Eccellente per brevi linee di trasmissione di potenza.
4. Disconnessione immediata della sezione di emergenza della rete.

Gli svantaggi della protezione longitudinale includono:

1. Efficienza ridotta nella progettazione di lunghe linee di trasmissione.
2. Sono necessari dispositivi per il monitoraggio del guasto dei cavi ausiliari per correggere la protezione differenziale.
3. L'emergere di una corrente di squilibrio.
4. Costo elevato quando si utilizza un relè (relè con frenatura).
5. Un'implementazione molto complessa (sono inoltre costruite linee di comunicazione per trasformatori di corrente).

Vantaggi della protezione dalla diffrazione trasversale:

1. Alta selettività (100%).
2. Non influisce sul funzionamento di altri relè nel circuito.
3. Risposta immediata.

Svantaggi della protezione laterale:

1. Vi è una crescente necessità di riavviare la protezione quando viene attivata.
2. Non viene utilizzato come principale e unica protezione.
3. È necessario prendere in considerazione le zone morte, di cui ce ne sono diverse.
4. Non è possibile proteggere le estremità della linea e le sbarre della sottostazione.
5. Impossibile determinare la posizione del cortocircuito.
6. Non viene utilizzato per le linee elettriche, dove è necessario scollegare solo le sezioni danneggiate.
7. Non applicabile con interruttori automatici.
8. È necessario scollegare completamente la linea danneggiata.

Uso domestico

Questi tipi di protezione possono essere utilizzati per edifici residenziali in reti con tensioni da 230 a 400 volt, tuttavia questi dispositivi sono chiamati dispositivi dip. Sono di due tipi: interruttori differenziali e differenziali. Il principio del loro funzionamento si basa su una conseguenza della legge di Kirchhoff (legge I), che implica la seguente regola: i valori delle correnti in entrata e in uscita devono essere uguali. Se viene generata una corrente di dispersione, i valori non corrispondono e l'area protetta viene disconnessa.

Le principali cause della corrente di dispersione:

1. Toccare parti di apparecchiature energizzate da esseri umani o animali.
2. Guasti nell'isolamento di una linea di cavi o apparecchiature.

In alcuni casi l'automazione (dispositivo differenziale) interviene in assenza di carico (utenze elettriche collegate). Il motivo principale è un malfunzionamento del dispositivo o una dispersione di corrente nella scatola di giunzione stessa. Tuttavia, se il dispositivo è in buone condizioni, in questo caso è necessario spegnere completamente tutte le macchine dopo il dispositivo differenziale e tutti gli elementi del circuito vengono controllati per guasti al caso. Per selezionare la protezione differenziale è necessario tenere conto delle premesse e delle caratteristiche dei circuiti elettrici soggetti a protezione.

La protezione differenziale è la scelta migliore per gli appartamenti con cablaggio senza messa a terra. Per garantire la massima efficienza, è necessario installare una protezione a 3 livelli (diversi dispositivi per 10, 30 e 100-300 mA).

Per garantire la sicurezza, deve essere verificato premendo il pulsante "Test" almeno 2 volte al mese, si consiglia di farlo regolarmente.

Difautomats: migliore protezione, che svolge le funzioni di un RCD e un interruttore automatico. Se nell'abitazione è presente un generatore, che è molto diffuso, è possibile applicare anche questo tipo di protezione. Il circuito include un relè di corrente che si collega a un trasformatore di corrente. Il relè deve essere installato sullo statore tra i punti zero collegati a stella. Durante il normale funzionamento, la protezione non funziona, ma quando si verifica un cortocircuito tra le spire, appare una differenza nei flussi magnetici del relè di corrente e viene attivata la protezione.

Può essere applicata anche la protezione differenziale e per la protezione contro i cortocircuiti multifase. Per fare ciò, è necessario acquistare uno speciale dispositivo differenziale per la protezione multifase.

Migliorare l'efficacia della protezione differenziale

Nonostante un enorme numero di vantaggi rispetto ad altri tipi di protezione, la protezione differenziale richiede un aumento dell'efficienza del suo funzionamento in caso di emergenza durante il funzionamento dei generatori. Per fare ciò, è necessario osservare le seguenti regole:

1. Inclusione di resistenze aggiuntive ai relè di misura della corrente.
2. Minimizzazione dei valori aperiodici e impostazione dei cutoff per correnti di squilibrio transitorie.
3. Applicazione di un relè con un tempo di risposta ritardato.

Pertanto, la protezione differenziale è ampiamente utilizzata per garantire il funzionamento stabile di apparecchiature elettriche e linee elettriche, protezione contro incendi e razzi, costi finanziari imprevisti, nonché per preservare la vita e la salute persona.