In che modo i relè di teleprotezione salvaguardano le linee di trasmissione di energia ad alta tensione?

06 11, 2025

La moderna rete elettrica è un capolavoro di ingegneria, una rete vasta e interconnessa progettata per fornire energia dalle fonti di generazione agli utenti finali con notevole affidabilità. Al centro di questo sistema si trovano le linee di trasmissione ad alta tensione, le arterie muscolari che trasportano immense quantità di energia su grandi distanze. La sicurezza e la stabilità di questi percorsi critici sono fondamentali e la loro protezione è una disciplina sofisticata. Tra i componenti più vitali di questo schema di protezione c'è un dispositivo specializzato noto come relè di teleprotezione.

Comprendere la vulnerabilità della rete e il bisogno di velocità

Le linee di trasmissione ad alta tensione sono esposte a una varietà di potenziali guasti, come fulmini, guasti alle apparecchiature o contatto con oggetti estranei. Quando si verifica un guasto, può causare un massiccio aumento di corrente, danneggiare apparecchiature costose come trasformatori e interruttori automatici e portare a diffuse interruzioni di corrente. L'obiettivo principale di qualsiasi sistema di protezione è identificare e isolare un guasto il più rapidamente possibile per ridurre al minimo i danni e mantenere la stabilità complessiva del sistema.

Relè di protezione locale sono posizionati a ciascuna estremità di una linea di trasmissione per rilevare queste anomalie. Sono molto efficaci nell'eliminare i guasti che si verificano direttamente all'interno della zona designata. Tuttavia, una sfida significativa si presenta con i guasti che si verificano su lunghe linee di trasmissione. Dal punto di vista di un singolo relè a un'estremità della linea, può essere difficile distinguere un guasto all'estremità lontana da una normale condizione di carico elevato o un guasto su una sezione vicina. Questa incertezza può portare ad un intervento ritardato, il che è inaccettabile per la stabilità del sistema.

È qui che nasce il concetto di teleprotezione diventa critico. Il termine stesso è una combinazione di “telecomunicazioni” e “protezione”, che descrive precisamente la sua funzione. A teleprotezione relay non è un dispositivo autonomo ma piuttosto un sistema che integra un relè di protezione con un canale di comunicazione, consentendo ai relè su entrambe le estremità di una linea di trasmissione di scambiare informazioni sullo stato critico e sui guasti in tempo reale. La proposta di valore fondamentale di questi sistemi è velocità e selettività . Consentendo ai relè di comunicare, possono prendere decisioni più informate e coordinate per isolare i guasti in pochi millisecondi, molto più velocemente di quanto qualsiasi schema di protezione localizzata potrebbe ottenere in modo indipendente.

Il principio fondamentale: eliminazione degli errori accelerata dalla comunicazione

L'operazione fondamentale di a teleprotezione system può essere compreso esaminando una semplice linea di trasmissione a due terminali. Su ciascun terminale, Sottostazione A e Sottostazione B, è presente un interruttore automatico controllato da un relè di protezione locale. Ciascuno di questi relè è collegato a a teleprotezione relay .

Il ruolo primario del teleprotezione relay è inviare e ricevere segnali di sgancio o segnali di blocco da e verso l'estremità remota. Quando un relè rileva un guasto, non fa scattare immediatamente l'interruttore locale basandosi esclusivamente sulle proprie misurazioni. Utilizza invece il canale di comunicazione per condividere la sua prospettiva con il relè all’estremità opposta.

Ad esempio, consideriamo un guasto interno, che si verifica direttamente sulla linea di trasmissione tra la sottostazione A e la sottostazione B. Il relè della sottostazione A rileverà il guasto e invierà immediatamente un segnale di intervento tramite il teleprotezione relay alla sottostazione B. Contemporaneamente, anche il relè della sottostazione B rileverà il guasto e invierà un segnale di intervento alla sottostazione A. Dopo aver ricevuto il segnale, ciascun terminale teleprotezione relay comanderà l'apertura dell'interruttore locale, isolando la linea difettosa da entrambe le estremità quasi contemporaneamente. Questa azione coordinata garantisce che il guasto venga diseccitato completamente e il più rapidamente possibile.

Questo processo è molto diverso per un guasto esterno, come uno su una linea diversa collegata alla sottostazione B. In questo scenario, il relè della sottostazione A potrebbe vedere il disturbo ma il relè della sottostazione B lo riconoscerà come un evento esterno e invierà un segnale di blocco alla sottostazione A. Dopo aver ricevuto questo blocco, il teleprotezione relay nella sottostazione A impedirà l'intervento dell'interruttore locale, evitando così un'interruzione non necessaria su una linea sana. Questa selettività è un vantaggio chiave, poiché migliora l’affidabilità complessiva della rete.

L'anatomia di un sistema di teleprotezione: componenti chiave

Un completo teleprotezione scheme è composto da diversi componenti integrati che lavorano in armonia. Comprendere questa anatomia è fondamentale per apprezzare l’affidabilità del sistema.

Il relè di protezione: Questo è il dispositivo intelligente che monitora continuamente parametri elettrici come corrente, tensione e frequenza. Utilizza questi dati per determinare se esiste una condizione di errore. I moderni relè numerici hanno una logica sofisticata per il rilevamento dei guasti e la direzionalità.

Il Terminale (o Relè) di Teleprotezione: Questa è l'interfaccia di comunicazione specializzata. Prende il comando dal relè di protezione (ad esempio "sgancio" o "blocco") e lo converte in un formato di messaggio sicuro per la trasmissione sul canale di comunicazione. Sul lato ricevente, decodifica il messaggio in arrivo e presenta un comando convalidato al relè di protezione locale. Questi terminali sono progettati per velocità estreme ed elevata immunità ai disturbi.

Il canale di comunicazione: Questo è il mezzo fisico o logico che trasporta il segnale tra le due estremità. La scelta del canale ha un impatto significativo sulle prestazioni, sui costi e sull'affidabilità del teleprotezione system .

Tabella: Canali di comunicazione comuni per i sistemi di teleprotezione

L'apparecchiatura di interfaccia: Ciò include modem, multiplexer e altri dispositivi che condizionano il segnale per la trasmissione sul canale specifico, come la conversione di segnali elettrici in impulsi luminosi per comunicazione in fibra ottica .

Schemi di teleprotezione primari: viaggio di trasferimento diretto e superamento permissivo

La logica che governa il modo in cui teleprotezione relays interagire definisce lo schema. I due schemi più comuni sono il Viaggio di Trasferimento Diretto e il Viaggio di Trasferimento di Superamento Permissivo.

Viaggio con Trasferimento Diretto (DTT) è lo schema più semplice e sicuro per determinate applicazioni. In uno schema DTT, se un relè a un'estremità decide di far scattare l'interruttore locale per un guasto che ha definitivamente identificato, come un guasto alla sbarra collettrice all'interno della propria sottostazione, invierà simultaneamente un comando di sgancio diretto e incondizionato all'estremità remota. Ciò garantisce l'apertura anche del teleruttore, evitando che il guasto venga alimentato dall'altro lato. Il DTT viene spesso utilizzato come backup o per scenari specifici in cui la logica di intervento locale è considerata assolutamente affidabile per avviare uno intervento remoto. La sicurezza è mantenuta attraverso segnalare le misure di sicurezza per evitare falsi viaggi dovuti a segnali spuri.

Viaggio di trasferimento di superamento permissivo (POTT) è uno dei più utilizzati teleprotezione schemes per la protezione della linea. Offre un eccellente equilibrio tra velocità e sicurezza. In questo schema, ciascun relè è dotato di una zona di superamento, un'impostazione che si estende oltre l'estremità remota della linea. Se un relè rileva un guasto nella sua zona di superamento, invia un segnale di "autorizzazione" all'estremità remota. Farà scattare il proprio interruttore locale solo se due condizioni sono soddisfatte contemporaneamente: 1) rileva il guasto nella sua zona di superamento e 2) riceve un segnale di consenso dall'estremità remota. Questa logica “due su due” garantisce un’elevata sicurezza contro i falsi interventi. La ricezione del segnale di consenso conferma che anche il relè remoto vede il guasto, confermando che si trova all'interno del tratto di linea protetta.

Caratteristiche prestazionali critiche dei relè di protezione delle telecomunicazioni

Nel valutare relè di protezione per telecomunicazioni , diversi parametri prestazionali sono della massima importanza. Queste specifiche influiscono direttamente sulla sicurezza e sull'affidabilità del sistema di protezione.

Tempo di funzionamento: Questo è il tempo totale dall'istante in cui il relè di protezione invia un comando al momento in cui viene attivato il telecomando teleprotezione relay presenta un output. Questo tempo deve essere costantemente ultraveloce, in genere compreso tra 8 e 15 millisecondi per i moderni dispositivi digitali. Questo non include il tempo di funzionamento proprio dell’interruttore.

Sicurezza: Nella terminologia relativa alla protezione, la sicurezza si riferisce alla capacità del sistema di evitare operazioni errate in condizioni di assenza di guasto. Un altamente sicuro teleprotezione relay è progettato con funzionalità robuste per rifiutare falsi comandi che potrebbero essere indotti da rumore, interferenze o transitori del sistema di alimentazione. La sicurezza è fondamentale perché un falso intervento può destabilizzare la rete tanto quanto un mancato intervento.

Affidabilità: Questa è la capacità del sistema di funzionare correttamente quando esiste una vera condizione di guasto. Un sistema affidabile garantisce che un comando di sgancio autentico venga trasmesso e ricevuto con successo, anche in condizioni avverse del canale. I designer spesso implementano canali di comunicazione ridondanti per migliorare l’affidabilità.

Disponibilità: Questa è la misura complessiva della disponibilità del sistema a svolgere la sua funzione. È una funzione sia di sicurezza che di affidabilità e viene aumentata attraverso componenti ad alta affidabilità, alimentatori ridondanti e una solida gestione del percorso di comunicazione.

Monitoraggio e diagnostica dei canali: Moderno teleprotezione relays sono dotati di funzionalità avanzate di autodiagnosi e monitoraggio dei canali. Possono valutare continuamente lo stato e l'integrità del collegamento di comunicazione, fornendo allarmi in caso di deterioramento o guasto. Ciò consente una manutenzione proattiva e impedisce al sistema di protezione di funzionare in uno stato compromesso.