Qual è la selettività della protezione negli impianti elettrici

Quando si utilizza e si progetta un circuito elettrico, viene sempre prestata attenzione ai problemi del suo utilizzo sicuro. A tale scopo, tutti i dispositivi elettrici sono protetti con dispositivi speciali selezionati e posizionati rigorosamente secondo un determinato rapporto gerarchico.

Ad esempio, quando un telefono cellulare è in carica, il suo flusso è controllato dalla protezione integrata nella batteria. Interrompe la corrente di carica al termine dell'accumulo di capacità. Quando si verifica un cortocircuito all'interno della batteria, il fusibile installato nel caricabatterie si brucia e scollega il circuito.

Se per qualche motivo ciò non accade, il guasto nella presa è controllato dall'interruttore sul pannello dell'appartamento e il suo funzionamento è assicurato dalla macchina principale. Questa sequenza di azioni alternative di difesa può essere ulteriormente considerata.

I suoi modelli sono determinati dal principio di selettività, chiamato anche selettività, sottolineando la funzione di selezionare o determinare la posizione del guasto da disabilitare.

Tipi di selettività

I metodi di selettività della protezione elettrica si formano durante la creazione del progetto e vengono mantenuti durante il funzionamento in modo tale da identificare tempestivamente il luogo in cui si è verificato un malfunzionamento nelle apparecchiature elettriche e separarlo dal circuito di lavoro con le minori perdite per esso.

In questo caso, l'area di copertura della protezione è suddivisa in base alla selettività in:

1. assoluto;

2. relativo.

Il primo tipo di protezione controlla completamente l'area di lavoro e ripara i danni solo in essa. Gli apparecchi elettrici integrati funzionano su questo modello. interruttori.

I dispositivi costruiti su base relativa svolgono più funzioni. Escludono guasti nella loro zona e in quelli vicini, ma quando le protezioni di tipo assoluto non hanno funzionato in esse.

Una protezione ben regolata definisce:

1. localizzazione e tipologia del danno;

2. la differenza tra una modalità anomala ma consentita da una situazione che può causare danni molto gravi alle apparecchiature di un impianto elettrico nell'area controllata.

I dispositivi configurati solo nella prima azione di solito funzionano su reti non critiche fino a 1000 volt. Per impianti elettrici ad alta tensione cercare di applicare entrambi i principi. A tal fine rientrano nella tutela:

• schemi di blocco;

• dispositivi di misurazione di precisione;

• sistemi di scambio di informazioni;

• algoritmi logici speciali.

La protezione contro le sovracorrenti superiori al carico nominale per qualsiasi motivo è prevista tra due interruttori collegati in serie.In questo caso, l'interruttore più vicino all'utente in avaria deve disinserire il guasto aprendo i suoi contatti, e quello remoto deve continuare a fornire tensione alla sua sezione.

In questo caso si considerano due tipi di selettività:

1. completato;

2. parziale.

Se la protezione più vicina al guasto è in grado di eliminare completamente il guasto nell'intero campo di regolazione senza far scattare l'interruttore remoto, allora è considerata completa.

La selettività parziale è inerente alle protezioni a breve distanza configurate per operare fino a qualche limite di selettività Is. Se viene superato, entra in azione l'interruttore remoto.

Zone di sovraccarico e cortocircuito nelle protezioni selettive

Limiti di corrente specificati per il funzionamento interruttori automatici di sicurezza, si dividono in due gruppi:

1. modalità sovraccarico;

2. zona di cortocircuito.

Per facilità di spiegazione, questo principio si applica alle caratteristiche attuali degli interruttori automatici.

Sono predisposti per lavorare nella zona di sovraccarico con correnti nominali fino a 8 ÷ 10 volte.

In quest'area funzionano principalmente gli sganciatori protettivi termici o termomagnetici. Le correnti di cortocircuito cadono molto raramente in questa zona.

La zona di accadimento del cortocircuito è solitamente accompagnata da correnti che superano di 8 ÷ 10 volte il carico nominale degli interruttori e sono caratterizzate da gravi danni al circuito elettrico.

Per spegnerli vengono utilizzati sganciatori elettromagnetici o elettronici.

Metodi per creare selettività

Per la fascia di massima corrente vengono realizzate protezioni che lavorano sul principio della selettività tempo corrente.

La zona di cortocircuito è formata in base a:

1. corrente;

2. temporaneo;

3. energia;

4. selettività di zona.

La selettività temporale viene creata scegliendo diversi tempi di ritardo per l'operazione di protezione. Questo metodo può essere applicato anche a dispositivi con la stessa impostazione di corrente ma tempi diversi come mostrato in figura.

Ad esempio, la protezione n. 1 più vicina all'apparecchiatura è impostata per intervenire in caso di corto circuito con un tempo prossimo a 0,02 s, e il suo intervento è fornito dalla più lontana n. 2 con una impostazione di 0,5 s.

La protezione più lontana con un tempo di spegnimento di un secondo supporta il funzionamento dei dispositivi precedenti in caso di possibile guasto.

Selettività di corrente regolata per il funzionamento al superamento dei carichi ammissibili. Approssimativamente questo principio può essere spiegato con il seguente esempio.

Tre protezioni in serie monitorano la corrente di cortocircuito e sono configurate per operare con un tempo di 0,02 s, ma con diverse impostazioni di corrente di 10, 15 e 20 ampere. Pertanto, l'apparecchiatura verrà prima scollegata dal dispositivo di protezione n. 1, e n. 2 e n. 3 la assicureranno selettivamente.

La realizzazione della selettività di tempo o corrente nella sua forma più pura richiede l'uso di sensori o relè sensibili di corrente e tempo. In questo caso viene creato un circuito elettrico piuttosto complesso, che in pratica di solito combina entrambi i principi considerati e non viene applicato nella sua forma pura.

Selettività della protezione tempo corrente

Per proteggere gli impianti elettrici con una tensione fino a 1000 volt, vengono utilizzati interruttori automatici che hanno una caratteristica tempo-corrente combinata.Esaminiamo questo principio utilizzando l'esempio di due macchine collegate in serie poste alle estremità della linea sul lato carico e lato alimentazione.

La selettività temporale determina la modalità di intervento dell'interruttore quando si trova in prossimità dell'utenza anziché all'estremità del generatore.

Il grafico di sinistra mostra il caso del tempo di intervento più lungo della curva di protezione superiore sul lato carico e quello di destra mostra il tempo più breve dell'interruttore a monte. Ciò consente un'analisi più dettagliata della manifestazione della selettività delle protezioni.

L'interruttore «B» situato più vicino all'apparecchiatura fornita, grazie all'uso della selettività della corrente temporale, funziona prima e più velocemente e l'interruttore «A» lo mantiene in caso di guasto.

Selettività attuale di protezione

In questo metodo, la selettività può essere formata creando una certa configurazione di rete, ad esempio inclusa nel circuito di un cavo o linea elettrica aerea, che ha una resistenza elettrica. In questo caso il valore della corrente di cortocircuito tra generatore e utenza dipende dalla localizzazione del guasto.

All'estremità di alimentazione del cavo avrà un valore massimo diciamo di 3 kA e all'estremità opposta un valore minimo diciamo di 1 kA.

In caso di cortocircuito vicino all'interruttore A, la protezione dell'estremità B (I kz1kA) non dovrebbe funzionare, quindi dovrebbe rimuovere la tensione dall'apparecchiatura. Per il corretto funzionamento delle protezioni è necessario tenere conto dell'entità delle effettive correnti che attraversano gli interruttori in modalità di emergenza.

Dovrebbe essere chiaro che per garantire la piena selettività con questo metodo, è necessario avere una grande resistenza tra i due interruttori, che può essere formata a causa di:

• linea elettrica estesa;

• posizionamento dell'avvolgimento del trasformatore;

• inclusione nella rottura del cavo a sezione ridotta o in altro modo.

Pertanto, con questo metodo, la selettività è spesso parziale.

Selettività temporale della protezione

Questo metodo di selettività di solito integra il metodo precedente, tenendo conto dei tempi:

• determinazione dalla protezione del luogo e l'inizio dello sviluppo della colpa;

• trigger allo spegnimento.

La formazione dell'algoritmo dell'operazione di protezione viene eseguita a causa della graduale convergenza delle impostazioni correnti e del momento in cui le correnti di cortocircuito si spostano verso la fonte di alimentazione.

La selettività temporale può essere creata da macchine con gli stessi valori di corrente quando hanno la possibilità di regolare il ritardo di risposta.

Con questo metodo di protezione dell'interruttore B, l'errore viene disattivato e l'interruttore A controlla l'intero processo e è pronto per il funzionamento. Se durante il tempo previsto per l'intervento delle protezioni B il corto circuito non viene eliminato, il guasto viene eliminato dall'azione delle protezioni lato A.

Selettività energetica delle protezioni

Il metodo si basa sull'utilizzo di speciali nuove tipologie di interruttori, realizzati in scatola stampata e in grado di intervenire il più rapidamente possibile quando le correnti di cortocircuito non hanno avuto nemmeno il tempo di raggiungere i loro valori massimi.

Gli automi rate di questo tipo operano per pochi millisecondi mentre i componenti transitori aperiodici sono ancora attivi.In tali condizioni, a causa dell'elevata dinamica del flusso dei carichi, è difficile coordinare le caratteristiche tempo-corrente effettivamente operative delle protezioni.

L'utente finale ha poca o nessuna traccia delle caratteristiche di selettività energetica. Sono forniti dal produttore sotto forma di grafici, programmi di calcolo, tabelle.

Questo metodo deve tenere conto delle condizioni operative specifiche per gli sganciatori termomagnetici ed elettronici a monte.

Selettività di zona della difesa

Questo tipo di selettività è un tipo di caratteristica temporale. Per il suo funzionamento, vengono utilizzati dispositivi di misurazione della corrente su ciascun lato, tra i quali vengono costantemente scambiate informazioni e vengono confrontati i vettori di corrente.

La selettività di zona può essere formata in due modi:

1. I segnali da entrambe le estremità dell'area monitorata vengono inviati contemporaneamente al dispositivo di monitoraggio della protezione logica. Confronta i valori delle correnti in ingresso e determina l'apertura dell'interruttore;

2. le informazioni sui valori sovrastimati dei vettori di corrente su entrambi i lati arrivano sotto forma di un segnale di blocco alla parte logica della protezione a un livello gerarchico superiore sul lato dell'alimentazione. Se sotto c'è un segnale di blocco, l'interruttore a valle è spento. Quando non viene ricevuto il divieto di scatto inferiore, la tensione viene rimossa dalla protezione superiore.

Con questi metodi, lo spegnimento è molto più rapido rispetto alla selettività temporale. Ciò garantisce minori danni alle apparecchiature elettriche, minori carichi dinamici e termici nel sistema.

Tuttavia, il metodo di zonizzazione della selettività richiede la creazione di sistemi tecnici complessi aggiuntivi per la misurazione, la logica e lo scambio di informazioni, che aumenta il costo delle apparecchiature.Per questi motivi, queste tecniche di blocco ad alta frequenza sono utilizzate nelle linee di trasmissione e nelle sottostazioni ad alta tensione che trasmettono continuamente grandi flussi di potenza.

A tale scopo vengono utilizzati interruttori automatici ad alta velocità in aria, olio o SF6 in grado di commutare enormi carichi di corrente.