Sfide poste dai test dei relè autoalimentati

Autori: Stefan Larsson, Andrea Bonetti e Lennart Schottenius

Durante la verifica dei relè autoalimentati, molti tecnici si chiedono perché una corrente di 1 A iniettata dall'apparecchiatura di test dei relè non viene registrata come 1 A dal relè. Stefan Larson, Power Protection Product Manager presso Megger Sweden, fornisce la risposta e analizza altre sfide associate al test dei relè autoalimentati.

Negli ultimi 40 anni, i relè autoalimentati sono stati utilizzati nelle sottostazioni MV/LV nella rete di distribuzione secondaria. Tradizionalmente, i trasformatori MV/LV più grandi di 800 kVA sfruttavano la protezione fornita da uno di questi dispositivi, mentre la protezione per i trasformatori più piccoli veniva fornita da un fusibile MV. Negli ultimi 15 anni, tuttavia, le aziende elettriche hanno scelto una protezione per trasformatori di dimensioni fino a 100 kVA con relè autoalimentati, il che significa che sono ora comuni nelle sottostazioni e nelle cabine di rete di distribuzione secondaria.

I relè autoalimentati prendono l'energia necessaria per funzionare dalla corrente erogata al relè dal trasformatore di corrente. Ciò significa che la corrente di carico - e, se presente, la corrente di guasto - nel circuito monitorato fornisce l'energia necessaria per alimentare il relè. Questa configurazione ha il grande vantaggio di ridurre al minimo la necessità di un alimentazione di rete esterna, che in genere assume la forma di una batteria con la relativa infrastruttura di rete CC, necessità in molti casi completamente eliminata. Ciò semplifica il sistema di protezione e riduce notevolmente i costi.

Nel prossimo futuro, queste considerazioni diventeranno ancora più importanti, poiché il concetto di "Smart Grid" diventa sempre più diffuso. L'installazione di pannelli solari è sempre più frequente sui tetti delle normali proprietà domestiche, i veicoli elettrici vengono caricati a casa e in futuro saranno auspicabilmente in grado di fornire energia alla rete (V2G). In altre parole, la Smart Grid penetrerà negli impianti elettrici a tutti i livelli di tensione.

Un fattore chiave che influenzerà la velocità di questa penetrazione è il costo, e in particolare il costo della fornitura di una protezione adeguata per la Smart Grid. In linea di principio, non si presenterebbero problemi evidenti nella protezione della Smart Grid tramite le soluzioni collaudate sviluppate per la protezione delle reti di alimentazione ad alta tensione. Se applicate alla Smart Grid, tuttavia, queste soluzioni sono troppo complesse e costose. I relè autoalimentati contribuiscono notevolmente alla risoluzione di questi problemi e, pertanto, si prevede che il loro utilizzo aumenterà in modo significativo con il progressivo aumento dell'implementazione dei sistemi Smart Grid.

Nonostante i loro vantaggi, anche i relè autoalimentati presentano una serie di problematiche, in particolare in relazione ai test. A causa dell'alimentazione di rete a commutazione integrata, presentano un carico non molto lineare sull'apparecchiatura di test. Ciò significa che una corrente nominale sinusoidale di 1 A iniettata dall'apparecchiatura di test può essere fortemente distorta dal relè che, di conseguenza, potrebbe misurare una corrente molto più alta o molto più bassa.

Un altro problema è posto dalle condizioni di pre-guasto. Come già discusso in precedenza, l'energia necessaria per il funzionamento di un relè autoalimentato deriva dai trasformatori di corrente. Ciò significa che se nell'alimentatore protetto non è presente corrente di carico, l'energia per alimentare il relè è assente e, di conseguenza, il relè non è attivo. Se in queste condizioni si verifica un guasto, la corrente di guasto fornisce energia al relè, che quindi si avvia, rileva il guasto ed emette un comando di attivazione. Il tempo di funzionamento effettivo, tuttavia, è dato dal tempo di funzionamento normale del relè più il tempo necessario per l'avviamento dello stesso.

Questa situazione è correlata alla commutazione in una condizione di guasto: se l'interruttore automatico viene chiuso per un guasto, non è possibile effettuare alcun precarico nel relè di protezione prima che l'interruttore venga chiuso. Una situazione simile può verificarsi se l'interruttore viene chiuso, ma fino a quando non si verifica un guasto, la corrente di carico è inferiore al livello necessario per fornire energia sufficiente ad alimentare il relè.

I problemi associati al test dei relè autoalimentati possono essere risolti con successo utilizzando un'apparecchiatura di test come SVERKER 900 di Megger, sviluppato fin dall'inizio con relè autoalimentati. I generatori di corrente integrati dello SVERKER 900, insieme ai sofisticati algoritmi adattativi di generazione di corrente in tempo reale, consentono di eseguire test affidabili dei relè di protezione di tutti i tipi, inclusi i tipi autoalimentati.

Il sistema SVERKER 900 è compatibile in modo esclusivo con i diversi tipi di carico associati a vari tipi di relè di protezione. Funziona facilmente con relè elettromeccanici, relè statici, relè numerici sofisticati, relè autoalimentati e relè con unità di rilascio a scatto azionate da trasformatore di corrente. Lo strumento pre-guasto è in grado di eseguire più test di temporizzazione, particolarmente utile durante il test dei relè autoalimentati, poiché il pre-guasto fornisce il carico necessario per mantenere il relè acceso.

Il sistema SVERKER 900 è progettato per gestire la generazione di corrente per relè autoalimentati, tenendo conto di:

• Le armoniche generate da relè autoalimentati, che possono disturbare i circuiti di controllo in uno strumento per test di relè
• Il carico non lineare presentato da relè autoalimentati, che richiede loop di controllo in tempo reale ad alte prestazioni per garantire che lo strumento per test generi le forme d'onda corrette
• La necessità dello strumento per test di generare una quantità di potenza relativamente elevata in relazione alla corrente iniettata per consentire la potenza necessaria per fornire un'alimentazione al relè

La diffusione delle Smart Grid consentirà in futuro l'utilizzo più ampio dei relè di protezione autoalimentati, anche in sistemi di alimentazione più piccoli. Il test su questi relè può sembrare un'attività difficile, ma in realtà le problematiche possono essere facilmente superate. La chiave è utilizzare un'apparecchiatura di test, come SVERKER 900, progettata specificamente per l'utilizzo con relè autoalimentati e per soddisfare i loro requisiti speciali.