MODELLO DI PROTEZIONE DIREZIONALE DI TERRA (codice ANSI/IEEE 67N)

ANSI/IEEE 67N)

Per modellizzare le procedure di ricerca del guasto è sorta la necessità di creare ad hoc un modello di protezione direzionale di terra (denotata con la codifica ANSI/IEEE come 67N) perché il pacchetto DIgSILENT PowerFactory, pur avendo alcune tipologie di protezione “ready to use”, non possiede alcuna protezione direzionale che risponda alle specifiche italiane¹².

Tuttavia il modello non è stato creato ex novo, ma è un’implementazione che usa come punto di partenza ciò che è rimasto come eredità di libreria di modelli DIgSILENT del lavoro di tesi magistrale: “Modellizzazione e analisi delle procedure di selezione automatica del tronco di guasto per linee di distribuzione in presenza di generazione distribuita” di Matteo Frigo [22].

Lo schema generale della protezione è riportato in Figura 80 ed è organizzato nel seguente modo:

11 Il Progetto ATLANTIDE nasce dall'esigenza di fornire una piattaforma comune per coloro i quali si occupano dello studio e dell'innovazione nell'ambito delle reti di distribuzione e di promuovere lo sviluppo di componenti innovativi e strategie di gestione che possano promuovere lo sviluppo della Generazione Distribuita e quindi delle Risorse Rinnovabili.

Figura 80 Schema generale della protezione direzionale di terra 67N.

La protezione direzionale di terra effettua il prelievo della corrente residua e della tensione omopolare direttamente dai trasformatori di misura TA e TV (tramite i blocchi Ct e Vt) ai quali viene associata e che dispongono delle seguenti caratteristiche:

TA

Rapporto: 300/5 Classe: 10P30

Potenza nominale: 50VA

Tipo: three phase Connessioni: Y/Y

TV_omopolare Rapporto: 20000/200 Classe: 10P

Potenza nominale: 50VA

Tipo: three phase Connessioni: Y/O

Gli output dei blocchi Ct e Vt sono la corrente e la tensione omopolari in parte reale e immaginaria (I0x3r, I0x3i, U0x3r e U0x3i) che vengono analizzate nei tre composite Directional_67-1, Directional_67-2 e Directional_67-3; questi elementi sono classificati come ElmDsl, ovvero hanno al loro interno un common, a differenza dei trasformatori di corrente e tensione che sono associati ad elementi esistenti nella rete.

Questa suddivisione in tre composite è dovuta alla possibilità della protezione stessa di intervenire per tre soglie diverse (wattmetrica, varmetrica e doppio guasto a terra) secondo la DK 4452 ed in ciascuno di questi la protezione 67N, vengono elaborati i comandi d’apertura dell’interruttore (segnali Dir_1,Dir_2,Dir_3) al contemporaneo verificarsi di tre condizioni:

• la corrente residua è maggiore della soglia di taratura; • la tensione omopolare è maggiore della soglia di taratura; • la fase della corrente residua è contenuta nel settore di intervento.

Inoltre, per la tecnica FNC, la protezione deve poter essere tarata con un ritardo abbastanza lungo (indicativamente 20 secondi) per la prima discriminazione del guasto, per poi ritornare alla taratura “normale” alle successive discriminazioni.

La protezione così composta può essere utilizzata durante la procedura FNC e FRG, ma separatamente, ovvero si dovevano cambiare manualmente i settaggi e le tarature dei tempi d’intervento nei due casi. Inoltre non permette, durante la procedura FNC, di simulare la perdita della bobina di accordo e quindi passare alla tecnica FRG, e di conseguenza si instaura un ritardo

involontario dell’intervento pari a 20s. Quindi è stata inserita un’ulteriore funzione che dà la possibilità, nel caso di automazione FNC, di passare alla modalità FRG nel caso di perdita della bobina di accordo durante la selezione del guasto e quindi la 67N interviene, nel momento di perdita della compensazione del neutro, in 0,4 s e non più in 20s, come richiesto dalla procedure schematizzate nelle DK 4451.

Una volta elaborati i tre segnali Dir_1, Dir_2 e Dir_3, questi sono l’ingresso del common indicato come Relay_start, che provvederà all’apertura dell’interruttore entro i tempi impostati. Si analizzeranno ora i singoli common che sono stati creati senza approfondire ulteriormente i singoli blocchi, ma accennando solamente alla loro funzione.

In Figura 81 è riportato lo schema del blocco directional: esso ha come grandezze di ingresso la corrente residua e la tensione omopolare in parte reale ed immaginaria. Lo scopo di questo blocco è quello di fornire un segnale logico in uscita, che dia indicazione della presenza di un guasto direzionale. Il segnale di uscita (in questo caso Dir_1, ma vale allo stesso modo per gli altri due) sarà allo stato uno qualora siano rispettate le tre condizioni, ovvero quando i tre segnali th_I0, th_U0 e fwd sono tutti allo stato uno. I tre segnali appena elencati rappresentano le tre condizioni di cui la protezione deve verificare la contemporaneità prima di comandare l’intervento; le tre condizioni sono il superamento di una soglia di corrente omopolare e di una soglia di tensione omopolare, e il posizionamento della fase della corrente residua entro il settore di intervento. Per riuscire a fornire i tre segnali logici sopradetti, si sono ricavati, dalle parti reali ed immaginarie delle due grandezze d’ingresso, il modulo (attraverso il block Magnitude) e la fase in gradi (attraverso il block Phase e il

block Rad-Deg che esegue la conversione). I moduli della corrente residua e della tensione omopolare,

nel block Threshold, vengono confrontati rispettivamente con i parametri threshold_I0x3 e

threshold_U0x3 che sono le soglie di taratura impostate.

Figura 81 Schema del common Directional_67

Nel blocco Phase_comparison si verifica che la corrente di guasto sia all’interno della zona d’intervento. La normativa fornisce di due valori d’angolo (phi1 e phi2) che devono essere sottratti all’angolo della tensione omopolare andando a creare la zona d’intervento.

phiI0x3 > (phiU0x3-phi1) phiI0x3 < (phiU0x3+phi1)

Questo blocco in uscita presenta il segnale fwd che indica se la corrente di guasto è all’interno o all’esterno della zona d’intervento. Nel blocco Start_Relay si raccolgono i segnali relativi alle tre

Figura 82 Schema del common Relay_start_delay.

I segnali d’ingresso sono i tre consensi di direzionalità derivanti dai Directional_67,1,2,3. La protezione direzionale impiegata per l’automazione FNC necessita di un ritardo al primo intervento, per permettere la selezione del tronco di guasto tramite l’apertura degli IMS; questa funzione è ottenuta inserendo nel blocco Delay un ritardo intenzionale tramite i parametri Delay_1, Delay_2 e

Delay_3. Se l’automazione della procedura di selezione del guasto è ottenuta con tecnica FRG, il

ritardo sarà impostato a zero (nessun ritardo intenzionale aggiuntivo al tempo di intervento). I parametri Td_1, Td_2 e Td_3 sono invece i tempi di taratura della protezione.

Inoltre se l’interruttore in CP, che collega la bobina di accordo con il centro stella, viene aperto (per simulare l’improvvisa la perdita della bobina di compensazione) il ritardo d’intervento viene azzerato. Il blocco Switch_event ha come ingresso due grandezze per ogni segnale Dir_1,2,3; per esempio

Dir_1 e y_1; questo perché, per dare il consenso all’apertura dell’interruttore, deve esserci

contemporaneità tra il segnale di rivelamento del guasto (Dir_1) e un segnale ritardato del tempo di intervento, che può essere Ist_1 nel caso di taratura normale, oppure Rit_1 nel caso di ritardo alla prima apertura (FNC).

In questo modo si elimina la possibilità di intervento della protezione qualora il guasto monofase si estingua entro il tempo di taratura. Una volta verificata la contemporaneità delle due condizioni si procede con l’apertura dell’interruttore associato a questa protezione. Il primo intervento è responsabile, tramite il segnale change, del cambio di taratura attuato con lo spostamento del selettore. La posizione di “ritenuta” per la taratura abituale è mantenuta, dal blocco Change_setting per tutta la durata del ciclo di richiusura (circa 200s). Questa commutazione è essenziale per la tecnica FNC, mentre è ininfluente per la tecnica FRG

a) b)

Figura 83 a) Maschera di inserimento dei parametri per il block Directional_67-1. b) Maschera di inserimento dei parametri per il block relay_start della protezione direzionale.