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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Sezione 3. Protezione e automazione Protezione del relè. Protezione dei turbogeneratori operanti direttamente sulle sbarre di tensione del generatore1)
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Norme per l'installazione degli impianti elettrici (PUE) 3.2.34. Per i generatori a turbina superiori a 1 kV con potenza superiore a 1 MW, operanti direttamente sulle sbarre di tensione del generatore, devono essere previsti dispositivi di protezione a relè contro le seguenti tipologie di danneggiamento e interruzione del normale funzionamento: 1) cortocircuiti multifase nell'avvolgimento dello statore del generatore e sui suoi terminali; 2) guasti a terra monofase nell'avvolgimento dello statore; 3) doppi guasti a terra, uno dei quali si è verificato nell'avvolgimento dello statore e il secondo nella rete esterna; 4) cortocircuiti tra spire di una fase nell'avvolgimento dello statore (in presenza di rami di avvolgimento paralleli in uscita); 5) cortocircuito esterno; 6) sovraccarichi di corrente di sequenza inversa (per generatori di potenza superiore a 30 MW); 7) sovraccarico simmetrico dell'avvolgimento statorico; 8) sovraccarico dell'avvolgimento del rotore per corrente di eccitazione (per generatori con raffreddamento diretto dei conduttori dell'avvolgimento); 9) guasto a terra nel secondo punto del circuito di eccitazione; 10) modalità asincrona con perdita di eccitazione (secondo 3.2.49). 1. I requisiti forniti in 3.2.34 - 3.2.50 possono essere seguiti per altri generatori. 3.2.35. Per i generatori a turbina superiori a 1 kV con una potenza di 1 MW o inferiore, operanti direttamente sulle sbarre di tensione del generatore, deve essere fornito un dispositivo di protezione a relè in conformità con 3.2.34, clausole 1-3, 5, 7. Per i generatori a turbina fino a 1 kV con una potenza fino a 1 MW, operanti direttamente sulle sbarre di tensione del generatore, si raccomanda la protezione secondo 3.2.50. 3.2.36. Per proteggere da cortocircuiti multifase nell'avvolgimento statorico di turbogeneratori superiori a 1 kV con una potenza superiore a 1 MW, con uscite delle singole fasi sul lato neutro, è necessario fornire una protezione di corrente differenziale longitudinale (per un'eccezione, vedere 3.2.37). La protezione deve agire per spegnere tutti gli interruttori del generatore, per spegnere il campo e anche per fermare la turbina. Oltre al generatore, la zona di protezione dovrebbe includere i collegamenti del generatore con le sbarre della centrale (fino all'interruttore). La protezione di corrente differenziale longitudinale deve essere eseguita con una corrente di intervento non superiore a 0,6 Inom. Per i generatori con una potenza fino a 30 MW con raffreddamento indiretto, è consentito eseguire la protezione con una corrente di intervento di 1,3-1,4 Inom. Dovrebbe essere previsto il monitoraggio del guasto dei circuiti di protezione della corrente quando la corrente di intervento della protezione è superiore a Inom. La protezione di corrente differenziale longitudinale deve essere implementata con detuning dai valori transitori delle correnti di squilibrio (ad esempio relè con trasformatori di corrente saturabili). La protezione deve essere eseguita da tre relè trifase. Per i generatori con potenza fino a 30 MW, è consentito eseguire la protezione bifase a due relè in presenza di protezione contro i doppi guasti a terra. 3.2.37. Per la protezione da cortocircuiti multifase nell'avvolgimento statorico di generatori superiori a 1 kV con potenza fino a 1 MW, funzionanti in parallelo con altri generatori o con il sistema di alimentazione elettrica, deve essere previsto un taglio di corrente senza temporizzazione, installato dal lato delle uscite del generatore alle sbarre. Se l'interruzione di corrente non soddisfa i requisiti di sensibilità, è consentito installare invece una protezione di corrente differenziale longitudinale. L'uso dell'interruzione di corrente invece della protezione differenziale è consentito anche per generatori di potenza più grandi che non hanno conduttori di fase dal lato neutro. Per i generatori a comando singolo superiori a 1 kV con una potenza fino a 1 MW, la protezione contro i cortocircuiti esterni dovrebbe essere utilizzata come protezione contro i cortocircuiti multifase nell'avvolgimento dello statore (vedere 3.2.44). La protezione deve agire per spegnere tutti gli interruttori del generatore ed estinguere il suo campo. 3.2.38. Per proteggere i generatori superiori a 1 kV da guasti a terra monofase nell'avvolgimento dello statore con una corrente di guasto a terra capacitiva naturale di 5 A o superiore (indipendentemente dalla presenza o assenza di compensazione), è necessario prevedere una protezione di corrente che risponda all'intera corrente di guasto a terra o alle sue componenti di armoniche superiori. Se necessario, per abilitarlo, possono essere installati trasformatori di corrente omopolari direttamente alle uscite del generatore. L'uso della protezione è consigliato anche per correnti di guasto a terra capacitive inferiori a 5 A. La protezione deve essere transitoriamente desintonizzata e agire come in 3.2.36 o 3.2.37. Quando la protezione da guasto a terra non è installata (poiché è insensibile a una corrente di guasto a terra capacitiva inferiore a 5 A) o non è attiva (ad esempio, quando si compensa la corrente capacitiva nella rete di tensione del generatore), è possibile utilizzare un dispositivo di monitoraggio dell'isolamento installato sulle sbarre e che agisce su un segnale come protezione da guasto a terra del generatore. 3.2.39. Quando si installa un trasformatore di corrente omopolare sui generatori per la protezione contro i guasti a terra monofase, è necessario prevedere una protezione di corrente contro i doppi guasti a terra, collegata a questo trasformatore di corrente. Per aumentare l'affidabilità del funzionamento a valori di corrente elevati, è necessario utilizzare un relè con trasformatore di corrente saturabile. Questa protezione deve essere eseguita senza ritardo e fungere da protezione specificata in 3.2.36 o 3.2.37. 3.2.40. Per la protezione contro i cortocircuiti tra le spire di una fase nell'avvolgimento statorico di un generatore con rami paralleli rimossi, deve essere prevista una protezione di corrente differenziale trasversale a sistema singolo senza ritardo, che funga da protezione specificata in 3.2.36. 3.2.41. Per proteggere i generatori di potenza superiore a 30 MW dalle correnti causate da cortocircuiti asimmetrici esterni, nonché dal sovraccarico di corrente di sequenza inversa, è opportuno prevedere una protezione di corrente di sequenza inversa, che agisca sullo sgancio con due temporizzazioni (vedi 3.2.45). Per i generatori con raffreddamento diretto dei conduttori dell'avvolgimento, la protezione deve essere eseguita con una caratteristica di ritardo a gradino o dipendente. In questo caso, il gradino e le caratteristiche dipendenti al secondo ritardo (superiore) non dovrebbero essere superiori alle caratteristiche dei sovraccarichi consentiti del generatore dalla corrente di sequenza inversa. Per i generatori con raffreddamento indiretto dei conduttori degli avvolgimenti, la protezione deve essere realizzata con temporizzazione indipendente con una corrente di intervento non superiore a quella consentita per il generatore quando la corrente di sequenza inversa lo attraversa per 2 minuti; una temporizzazione di protezione più breve non deve superare la durata consentita di un cortocircuito bifase alle uscite del generatore. L'intervento di massima corrente di sequenza inversa deve essere integrato con un elemento più sensibile che agisce sul segnale a tempo indipendente. La corrente operativa di questo elemento non deve essere superiore alla corrente di sequenza inversa continua per questo tipo di generatore. 3.2.42. Per proteggere i generatori di potenza superiore a 30 MW da cortocircuiti simmetrici esterni, è necessario prevedere una protezione di massima corrente con spunto di minima tensione, eseguita da un relè di corrente collegato alla corrente di fase e un relè di minima tensione collegato alla tensione concatenata. La corrente di intervento della protezione dovrebbe essere di circa 1,3-1,5 Inom e la tensione di intervento di circa 0,5-0,6 Unom. Sui generatori con raffreddamento diretto dei conduttori dell'avvolgimento, invece della protezione specificata, è possibile installare una protezione a distanza di un relè. 3.2.43. Per proteggere i generatori con una potenza superiore a 1 MW fino a 30 MW da cortocircuiti esterni, è necessario utilizzare una protezione da sovracorrente con avviamento a tensione combinato, realizzata con un relè di minima tensione collegato alla tensione concatenata e un dispositivo filtro-relè di tensione di sequenza inversa che interrompe il circuito del relè di minima tensione. La corrente di intervento della protezione e la tensione di intervento dell'elemento di minima tensione devono essere considerate uguali a quelle specificate in 3.2.42, la tensione di intervento del dispositivo filtro-relè a tensione di sequenza inversa è 0,1-0,12 Unom. 3.2.44. Per i generatori superiori a 1 kV con una potenza fino a 1 MW, la protezione di massima corrente deve essere utilizzata come protezione contro i cortocircuiti esterni, collegati ai trasformatori di corrente dal lato neutro. L'impostazione della protezione deve essere selezionata in base alla corrente di carico con il margine necessario. È inoltre possibile utilizzare una protezione di minima tensione semplificata (senza relè di corrente). 3.2.45. La protezione dei generatori di potenza superiore a 1 MW dalle correnti causate da cortocircuiti esterni deve essere realizzata nel rispetto delle seguenti prescrizioni: 1. La protezione deve essere collegata ai trasformatori di corrente installati ai terminali del generatore sul lato neutro. 2. In caso di sezionamento dei bus di tensione del generatore, la protezione deve essere eseguita con due ritardi temporali: con un ritardo più breve - per disattivare i corrispondenti interruttori sezionali e di collegamento bus, con uno più lungo - per spegnere l'interruttore del generatore ed estinguere il campo. 3.2.46. Sui generatori con raffreddamento diretto dei conduttori dell'avvolgimento, la protezione del rotore contro i sovraccarichi dovrebbe essere fornita quando il generatore funziona sia con l'eccitazione principale che con quella di riserva. La protezione deve essere eseguita con un ritardo definito o dipendente dalla corrente e in risposta a un aumento della tensione o della corrente nell'avvolgimento del rotore. La protezione deve intervenire per aprire l'interruttore del generatore ed estinguere il campo. Con un ritardo di protezione più breve, il rotore dovrebbe essere scarico. 3.2.47. La protezione del generatore contro le correnti dovute a sovraccarico simmetrico deve essere implementata sotto forma di protezione di massima corrente che agisce sul segnale con un ritardo e utilizza la corrente di una fase dello statore. Per lo scarico e, se necessario, per lo spegnimento automatico del generatore con raffreddamento diretto dei conduttori dell'avvolgimento in caso di sovraccarichi simmetrici, è consentito utilizzare la protezione del rotore, eseguita secondo 3.2.46 e reagire ai sovraccarichi del rotore che accompagnano i sovraccarichi simmetrici dei turbogeneratori. 3.2.48. La protezione contro i guasti a terra nel secondo punto del circuito di eccitazione dei turbogeneratori deve essere fornita in un set per diversi (ma non più di tre) generatori con parametri ravvicinati dei circuiti di eccitazione. La protezione deve essere attivata solo quando si verifica un guasto a terra in un punto del circuito di eccitazione, rilevato durante il monitoraggio periodico dell'isolamento (vedere Cap. 1.6). La protezione deve agire per aprire l'interruttore del generatore ed estinguere il campo su generatori con raffreddamento diretto dei conduttori dell'avvolgimento e per segnalare o disinserire su generatori con raffreddamento indiretto. 3.2.49. Sui turbogeneratori con raffreddamento diretto dei conduttori dell'avvolgimento si consiglia di installare dispositivi di protezione contro il funzionamento asincrono con perdita di eccitazione. È invece consentito prevedere il rilevamento automatico della modalità asincrona solo dalla posizione dei dispositivi automatici di soppressione del campo. Quando i dispositivi di protezione specificati sono in funzione o quando l'AGP è spento su generatori che consentono il funzionamento asincrono, dovrebbe essere dato un segnale sulla perdita di eccitazione. Generatori che non consentono la modalità asincrona e in condizioni di carenza di potenza reattiva nel sistema, altri generatori che hanno perso l'eccitazione devono essere disconnessi dalla rete quando sono in funzione i dispositivi specificati (protezione o spegnimento automatico del campo). 3.2.50. La protezione dei generatori fino a 1 kV con una potenza fino a 1 MW con neutro senza messa a terra contro tutti i tipi di danni e modalità operative anomale deve essere eseguita installando un interruttore automatico con sganci massimi o un interruttore con protezione da sovracorrente in versione bifase ai terminali. Se sono presenti terminali sul lato neutro, questa protezione, se possibile, dovrebbe essere collegata ai trasformatori di corrente installati su questi terminali. Per questi generatori con neutro solidamente messo a terra, questa protezione deve essere fornita in versione trifase.
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