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3. Definizione di sistema di protezione
Il sistema di protezione di un componente è l’insieme di: • Relè di misura
• Riduttori di misura • Eventuali relè ausiliari • Cavetteria in c.a. e c.c.
• Circuiti di alimentazione ausiliaria • Circuiti di comando e segnalazione • interruttore
Esso interviene a seguito di un guasto che si verifica nel componente protetto e, secondo la gravità dell’evento rilevato, provoca la separazione dell’elemento interessato dal restante sistema elettrico, in casi meno gravi, produce un’adeguata segnalazione. Ne consegue che un’accurata analisi del comportamento di un sistema di protezione (di un componente) non può essere condotta senza conoscere in profondità i regimi stazionari e transitori cui il sistema elettrico può essere sottoposto. Altrettanto importante è la conoscenza del funzionamento a regime e in transitorio, dei trasformatori di corrente e tensione(TA, TV) impegnati per ridurre a valori secondari le grandezze elettriche del sistema da proteggere.
3.1. Dove intervengono le protezioni: guasti interni e esterni all’impianto.
Un sistema elettrico si trova in regime di guasto quando il funzionamento di uno o più suoi componenti è alterato. Questo può avvenire per cause di natura diversa:
o Origine meccanica dovuti al cedimento di un organo meccanico, provocato per esempio dal surriscaldamento di un cuscinetto rotante o di reggispinta, dalla deformazione o dalla vibrazione eccessiva di un albero.
o Origine elettrica dovuti a difetto di isolamento: sono quelli dovuti all’errata manovra di stazione, alla difettosa installazione di un’apparecchiatura, a contatto accidentale fra fasi diverse o fra una o più fasi e la terra di una linea elettrica.
I guasti di origine elettrica possono esser di due tipi:
Guasto derivato (cortocircuito): dovuto alla riduzione dell’impedenza fra fase e fase o fra le fasi e terra.
8 Guasto serie: l’impedenza longitudinale aumenta (Situazione
tipica che si verifica quando una fase viene aperta).
Le protezioni intervengono sia sui guasti interni all’impianto che su quelli esterni, analizziamo i due casi:
Protezioni di gruppo contro i guasti interni. Il sistema di protezione del gruppo deve evitare che guasti all’interno dell’impianto coinvolgano la rete. Le tarature di alcune protezioni devono essere coordinate con quelle delle restanti protezioni della rete, concordando con il Gestore della Rete elettrica i valori di taratura.
Protezioni di gruppo contro i guasti esterni. Devono essere presenti adeguate protezioni in grado di separare il gruppo o l’insieme dei gruppi in seguito a guasti esterni non eliminati dalle protezioni di rete. Le tarature di queste protezioni vanno coordinate con le restanti protezioni della rete.
3.2. Come le protezioni difendono il sistema: Il ruolo delle protezioni nel sistema elettrico.
La finalità delle protezioni elettriche è minimizzare gli effetti dei guasti nei sistemi di potenza che sfortunatamente non si possono evitare interamente. In questo contesto come sistema elettrico di potenza è considerato tutto l’insieme di componenti necessari alla generazione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica: generatori, trasformatori di potenza, linee e cavi etc…
I guasti che accadono posso essere sia di influenza esterna che interna,le protezioni quindi hanno una parte estremamente importante nell’affidabilità del sistema elettrico. Quando il guasto è un corto circuito il danno è principalmente dipendete dalla durata,è quindi necessario agire con la maggiore rapidità possibile. Le protezioni tuttavia devono operare assolutamente con selettività comandando l’isolamento soltanto del componente colpito dal guasto; devono in oltre operare con affidabilità e privilegiare uno scatto intempestivo piuttosto che uno mancato. Questi requisiti sono in parte in contraddizione fra loro e va cercato quindi il giusto compromesso.
Le più importanti conseguenze del non intervento delle protezioni sono: Danni all’impianto dovuti agli effetti dinamici delle correnti di guasto Danni all’impianto dovuti agli effetti termici delle correnti di guasto
9 Perdita di stabilità del sistema
Perdita di fornitura del carico anche durante il tempo della riparazione Danni alle persone
Il ruolo dei sistemi di protezione può essere spiegato facendo un’analogia con la medicina, individuando le seguenti funzioni:
• Funzione diagnostica: identificare tempestivamente condizioni segnalatrici di guasti o di più gravi perturbazioni.
• Funzione curativa: rimuovere celermente e selettivamente il guasto verificatosi onde evitare un allargamento delle perturbazioni(limitarla sia nel tempo che nello spazio)
• Funzione terapeutica: provare a limitare gli effetti dopo che la perturbazione è avvenuta( il ruolo svolto dagli alleggeritori di carico al calare della frequenza di rete ne è un esempio).
• Funzione di convalescenza o ritorno alla normalità: permettere l’esercizio del sistema elettrico in circostanze critiche. I sistemi di protezione non devono ostacolare la normalizzazione del sistema elettrico. In questi casi il sistema deve sopportare transitori non previsti nell’esercizio normale, è quindi necessario che gli schemi siano flessibili ad ogni situazione di emergenza.
3.3. Caratteristiche di un sistema di protezione (requisiti delle protezioni).
Un sistema di protezione per svolgere il ruolo descritto deve rispondere a dei requisiti alcuni dei quali sono stati precedentemente menzionati. I requisiti fondamentali sono:
1. selettività. Una protezione è selettiva, quando, al verificarsi di un guasto, mette fuori servizio solo la parte d’impianto colpita dal guasto permettendo alle rimanenti parti del sistema elettrico di rimanere in servizio.
2. Rapidità d’intervento. Una protezione è rapida, quando elimina il guasto nel più breve tempo possibile. La rapidità non deve mai pregiudicare la selettività fra le protezioni.
3. sicurezza. Una protezione è sicura, quando, rimanendo per lungo tempo inattiva oppure funzionando continuamente, mantiene inalterate le proprie caratteristiche.
10 4. sensibilità. Una protezione è sensibile quando è capace di rilevare anche
le più piccole variazioni delle grandezze sotto controllo.
5. affidabilità. Una protezione è affidabile quando svolge correttamente la funzione richiesta in condizioni date per un dato intervallo di tempo. Per avere una protezione adeguata è consueto usare due linee di difesa, una principale e l’altra con la funzione di riserva. Come vedremo in seguito per questo tipo d’impianto vista la limitata potenza come nel termoelettrico verrà usata una sola linea di protezione. Il ruolo della riserva sarà affidato ad altre protezioni principali che svolgeranno funzione di riserva per altri tipi di guasti.
