PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DELLE PROTEZIONI USATE NELLE RETI DI

2.1.1. PROTEZIONE DI MASSIMA CORRENTE

. Codice ANSI 50 – 51

La protezione di massima corrente è la protezione maggiormente diffusa negli impianti elettrici essendo utilizzata a quasi tutti i livelli di tensione. Il suo scopo è quello di intervenire, aprendo il circuito, quando la corrente sulla conduttura protetta supera i valori limite consentiti per i tempi consentiti. La protezione permette di individuare i guasti di fase per sovraccarico o per cortocircuito. Le modalità di intervento tipiche possono essere sia lo scatto istantaneo (codice 50) che l’azione differita (codice 51) oppure azioni miste come nel caso di relè elettromeccanico magneto-termico per le applicazioni di BT. La protezione di massima corrente consente una buona selettività nel caso di linee diramate, mentre è meno efficiente per le linee ad anello o magliate. La protezione richiede la misura di una singola grandezza; per applicazioni di MT ed AT l’analisi della corrente è effettuata tramite misura delle tre correnti di fase mediante due o tre trasformatori di corrente (TA) secondo gli schemi di Figura 24:

Figura 24 Misura delle correnti di fase per protezioni di massima corrente istantanea e ritardata. Nella configurazione a due TA si presti attenzione a rispettare i collegamenti dei morsetti [17].

2.1.2. PROTEZIONE DI MASSIMA CORRENTE OMOPOLARE

. Codice ANSI 51N

La protezione di massima corrente omopolare è la protezione che permette di controllare eventuali correnti verso terra in modo da segnalare la presenza di guasti di terra o da intervenire aprendo i circuiti quando ciò possa comportare problemi di sicurezza per l’impianto o per le persone. Si hanno versioni ad alta sensibilità con correnti di soglia nominali di 10 ÷ 30 mA con caratteristiche di intervento a tempo indipendente e a scatto istantaneo oppure a bassa sensibilità con correnti di soglia nominali di 0,3 ÷ 2 A e la possibilità di regolazione del tempo di intervento. La misura della corrente residua, che sarà la somma vettoriale delle tre correnti di fase, viene fatta mediante tre TA di fase in inserzione Holmgreen oppure mediante TA toroidale sommatore. Quest’ultima configurazione è quella maggiormente utilizzata in quanto interessata in modo minore dagli errori introdotti dai TA. La Figura 25 riporta le due inserzioni. Nel caso si utilizzi la configurazione a toroide sommatore all’interno dell’anello del toroide devono passare i tre conduttori (anche il neutro in BT) e anche il collegamento a terra degli schermi nel caso di condutture schermate.

Figura 25 Misura delle correnti residue per protezioni di massima corrente omeopolare in inserzione Holmgreen e con toroide sommatore [17].

2.1.3. PROTEZIONE DI MASSIMA E MINIMA TENSIONE

. Codice ANSI 59 e 27

Lo scopo delle protezioni di massima tensione è quello di controllare le singole tensioni di fase (stellate o concatenate) per rilevare i guasti di fase per sovratensioni. L’ inserzione è diretta o indiretta tramite riduttori induttivi (TVL) o riduttori capacitivi (TVC). Con la configurazione omopolare è possibile controllare la tensione di centro stella tramite misure a triangolo aperto o ai capi di impedenze collegate ai centri stella. Gli schemi di connessione sono riportati in Figura 26. La modalità di intervento delle protezioni può essere istantanea o differita. E’ possibile combinare la protezione di massima tensione con quella di minima tensione (ho protezione con codice 27-59) ottenendo così il mantenimento della tensione all’interno di un intervallo. Un tipico esempio di applicazione di questo tipo di protezione è quello degli autoproduttori allacciati alla rete che devono “mantiene la tensione il più stabile possibile e comunque entro il ± 10 % della tensione nominale di

fornitura come stabilito dalla norma EN 50160.”[9]

Figura 26 Figura 1, Schema di inserzione per protezione di massima(59) o minima(27) tensione e per massima(59N) o minima(27N) tensione omopolare. Protezioni differenziali. Codice ANSI 87

2.1.4. PROTEZIONE DIFFERENZIALE

. Codice ANSI 87

Le protezioni differenziali consentono di proteggere parti dell’impianto mediante comparazioni di grandezze vettoriali (solitamente correnti) e controllo della loro differenza; qualora questa sia diversa da zero, o da un valore atteso, la protezione interviene segnalando il guasto ed

aprendo il circuito relativo. La protezione interviene istantaneamente quando un guasto è interno alla zona protetta ma ha il difetto di causare interventi intempestivi per guasti esterni o, in condizioni di normale esercizio per la saturazione e gli errori dei riduttori di corrente (TA). Per evitare questo funzionamento anomalo esistono relè differenziali compensati dotati di bobina antagonista. Il funzionamento della protezione differenziale viene schematizzato in Figura 27:

Figura 27 a) funzionamento normale dell’impianto sorvegliato. b) funzionamento in caso di guasto nel sistema da proteggere. c) funzionamento per guasto esterno. Si noti come l’intervento ci sia solamente nella situazione b.

2.1.5. PROTEZIONE DI MASSIMA E MINIMA FREQUENZA.

Codice ANSI 81

Sono protezioni che si utilizzano quando è necessario controllare la frequenza di una rete o di un generatore rispetto ad un valore prefissato nel caso di sistemi isolati, oppure rispetto al valore assunto in altra rete destinata a funzionare in parallelo con la prima. Sono protezioni molto precise (± 0,01 Hz) che non risentono delle variazioni di tensione (anche fino a -25 % della tensione nominale). Ad esempio, per un impianto di autoproduzione con frequenza nominale 50 Hz, lo scarto ammesso alla frequenza vale (47÷49,8)< f < (50,2÷53)Hz [9].

2.1.6. PROTEZIONE DIREZIONALE E DIREZIONALE DI TERRA

. Codice ANSI 67

67N

Le protezioni direzionali sono protezioni in grado di controllare il verso del flusso di una certa potenza (attiva, reattiva, attiva omopolare, ecc.) in un certo ramo di rete. Lo scatto della protezione è di norma ritardato. La protezione fornisce informazioni circa la posizione di una grandezza vettoriale rispetto ad un’altra che viene assunta da riferimento. Convenzionalmente si considera positiva la direzione di un vettore risultante dalla composizione di un vettore di riferimento con un altro posto entro ±90° dal primo. Se analizziamo la Figura 28 vediamo che il vettore I è il vettore di riferimento, mentre V è il vettore risultante:

Figura 28 Caratteristica polare di un relè direzionale

Il confronto è fatto sull’angolo di sfasamento tra i vettori corrente e tensioni misurati; ecco quindi che la protezione direzionale richiede due misure: una voltmetrica ed un’amperometrica come mostrato in Figura 29

Figura 29 Schema di inserzione per protezione direzionale di fase(67) e di terra (67N) [17].

L’avviamento del relè si verifica quando è soddisfatto contemporaneamente il superamento della soglia impostata di tensione e di corrente e quando lo sfasamento tra tensione e corrente è all’interno della zona di scatto. L’intervento, come già detto, è di norma ritardato per cui lo scatto del relè si verifica dopo il tempo di intervento impostato se tutte le condizioni precedenti rimangono soddisfatte durante tale tempo.

I relè direzionali per il controllo della potenza attiva o dell’energia (codice 67W) trovano impiego qualora si desideri controllare l’entità e il verso della potenza scambiata sulla rete o per verificare che non sussistano flussi di energia di verso opposto a quello stabilito. Se abbinati alle protezioni di massima corrente essi hanno lo scopo di mettere in evidenza il verso dell’energia in caso di corrente di corto circuito su reti di struttura non radiale, determinando il punto di guasto laddove si abbia l’inversione del flusso. Molto più utilizzati sono i relè direzionali di terra (codice 67N) impiegati nelle reti MT per la determinazione dei guasti verso terra; essi intervengono quando la corrente residua è non nulla ed hanno il grande vantaggio, rispetto ad un relè di massima corrente omopolare (51N), di non rilevare guasti esterni all’impianto utente e di garantire una maggiore sensibilità. Tutte le protezioni direzionali, analizzando uno sfasamento, risultano molto sensibili agli errori di fase introdotti dai riduttori [17].