Come la magnetizzazione del nucleo provoca un falso intervento del relè

Introduzione

Tra le modalità di guasto che causano il funzionamento errato dei relè di protezione nei sistemi di media tensione degli impianti industriali, la rimanenza del nucleo - il flusso magnetico residuo che rimane bloccato nel nucleo di ferro di un trasformatore di corrente dopo la cessazione della corrente primaria - è la più sistematicamente fraintesa e la più frequentemente mal diagnosticata. Quando in un impianto industriale si verifica un intervento di protezione spurio che non può essere correlato a un evento di guasto reale, l'indagine si concentra in genere sulle impostazioni dei relè, sull'hardware dei relè e sul cablaggio del circuito secondario. Il nucleo del TA viene raramente esaminato. Eppure, in una percentuale significativa di falsi interventi inspiegabili, in particolare quelli che si verificano durante l'eccitazione del trasformatore, l'avviamento del motore o la richiusura del circuito dopo un guasto, la causa principale è il flusso di rimanenza del nucleo del TA, e nessuna regolazione delle impostazioni del relè impedirà il ripetersi di questo fenomeno fino a quando la condizione di rimanenza non sarà identificata e corretta.

La risposta diretta è la seguente: La rimanenza del nucleo del TA provoca un falso intervento del relè perché il flusso magnetico residuo che rimane nel nucleo del TA dopo un evento di guasto o l'esposizione alla corrente continua sposta il punto di funzionamento del nucleo sulla sua curva di magnetizzazione B-H, inducendo il TA a saturare prima e più gravemente durante il successivo transitorio di eccitazione - producendo una forma d'onda di corrente secondaria distorta che contiene grandi componenti di offset e armoniche in corrente continua che i relè di protezione dall'arco e di sovracorrente interpretano come firme di corrente di guasto, innescando una decisione di intervento su un circuito che funziona normalmente.

Per gli ingegneri addetti alla protezione degli impianti industriali, i team di manutenzione della media tensione e gli specialisti dei sistemi di protezione dall'arco elettrico che risolvono problemi di funzionamento inspiegabile dei relè, questa guida fornisce la spiegazione tecnica completa di come si sviluppa la rimanenza del nucleo, di come provoca falsi interventi e di come diagnosticare, correggere e prevenire i guasti di protezione indotti dalla rimanenza.

Indice dei contenuti

• Che cos'è la rimanenza del nucleo del TA e come si sviluppa nei sistemi di media tensione degli impianti industriali?
• In che modo la rimanenza del nucleo causa la saturazione del TA e il falso intervento del relè?
• Come diagnosticare i falsi interventi indotti dalla rimanenza nei sistemi di protezione degli impianti industriali?
• Come correggere la rimanenza del nucleo del TA e prevenire la ricorrenza nei sistemi di protezione dall'arco in media tensione?
• Domande frequenti sulla rimanenza del nucleo del TA e sul falso intervento del relè nelle applicazioni degli impianti industriali

Che cos'è la rimanenza del nucleo del TA e come si sviluppa nei sistemi di media tensione degli impianti industriali?

Il nucleo di ferro di un trasformatore di corrente è un materiale ferromagnetico il cui comportamento magnetico è descritto dalla sua curva di magnetizzazione b-h¹ - la relazione tra la densità di flusso magnetico B nel nucleo e la forza magnetizzante H ad esso applicata. La curva B-H di un materiale ferromagnetico non è una semplice relazione lineare: è un ciclo di isteresi, il che significa che la densità di flusso nel nucleo dipende non solo dalla forza magnetizzante attuale, ma anche dalla storia della magnetizzazione precedente.

Quando la forza magnetizzante H si riduce a zero - quando cessa la corrente primaria - la densità di flusso B non torna a zero. Rimane a un valore residuo chiamato densità di flusso remanente Br, che può raggiungere i 70-80% della densità di flusso di saturazione Bsat per l'acciaio al silicio a grani orientati utilizzato nei nuclei CT. Questo flusso residuo - la remanenza - è bloccato nella struttura del dominio magnetico del nucleo e persiste indefinitamente finché non viene deliberatamente rimosso dalla smagnetizzazione o sovrascritto da una forza magnetizzante opposta sufficientemente grande.

Meccanismi di sviluppo della rimanenza nei sistemi di media tensione degli impianti industriali

I sistemi di media tensione degli impianti industriali espongono i nuclei dei TA a condizioni di generazione di rimanenza molto più frequentemente rispetto ai sistemi di distribuzione convenzionali, poiché la combinazione di grandi carichi del motore, frequenti eventi di guasto e il funzionamento del sistema di protezione dall'arco crea una sequenza di condizioni di corrente che portano sistematicamente i nuclei dei TA verso stati di rimanenza elevata.

Meccanismo 1: Corrente di guasto asimmetrica Offset CC

La fonte di risonanza più significativa nelle installazioni CT degli impianti industriali. Quando si verifica un guasto su un sistema di media tensione, la corrente di guasto contiene una componente di offset in corrente continua la cui entità dipende dal punto sull'onda in cui si verifica il guasto e dal sistema. Rapporto x/r²:

$i_{guasto}(t) = I_{picco} \times \left[\sin(\omega t + \phi) - \sin(\phi) \times e^{-t/\tau}\right]$

Dove $\code(0144)$ è l'angolo di inizio del guasto e$$\tau = L/R$$ è la costante di tempo DC. Per i sistemi di media tensione degli impianti industriali con rapporti X/R di 15-30, la costante di tempo CC è di 48-95 ms, il che significa che la componente di offset CC persiste per 5-10 cicli di frequenza di alimentazione prima di decadere a livelli trascurabili.

La componente DC della corrente di guasto spinge il punto di funzionamento del nucleo del TA progressivamente verso la saturazione in una direzione della curva B-H. Quando il guasto viene eliminato dal relè di protezione - in genere entro 60-200 ms - il flusso guidato dalla corrente continua rimane nel nucleo sotto forma di rimanenza. L'entità del flusso rimanente dipende dall'entità dell'offset DC e dal tempo di eliminazione del guasto:

$B_{remanente} \´approssimativamente B_{sat} \´times ´left(1 - e^{-t_{clearing}/\tau_{core}}}right) ´times ´sin(\phi)$

Per un angolo di inizio guasto nel caso peggiore ($\code(0144)$ = 90°) con un tempo di compensazione di 100 ms, il flusso di remanenti può raggiungere 60-75% di Bsat.

Meccanismo 2: Relè di protezione Corrente di intervento CC

I relè di protezione contro gli archi e alcuni relè di sovracorrente utilizzano la corrente continua della bobina di sgancio per azionare i meccanismi di sgancio degli interruttori. Quando la corrente della bobina di sgancio attraversa il circuito secondario del TA - il che può avvenire per accoppiamento induttivo o attraverso connessioni a terra condivise in alcune configurazioni di cablaggio di impianti industriali - applica una forza magnetizzante in corrente continua al nucleo del TA che lo porta a uno stato di rimanenza indipendente da qualsiasi condizione di corrente primaria.

Meccanismo 3: corrente di spunto del trasformatore

Quando un trasformatore di media tensione viene alimentato, la corrente di spunto contiene un'ampia componente di offset DC che può persistere per 0,5-2 secondi, molto più a lungo dell'offset DC della corrente di guasto. Per i TA installati sull'alimentatore primario del trasformatore, questa esposizione prolungata alla corrente continua porta il nucleo a livelli di rimanenza prossimi alla saturazione. Se il trasformatore viene successivamente disalimentato e rialimentato - un'eventualità comune durante la messa in servizio e la manutenzione degli impianti industriali - il nucleo del TA accumula rimanenza da ogni evento di energizzazione.

Meccanismo 4: Test del circuito secondario con sorgenti CC

Il test della resistenza di isolamento dei circuiti secondari del TA utilizzando un megaohmmetro da 500 V o 1.000 V CC applica una tensione continua sull'avvolgimento secondario del TA. Se l'avvolgimento secondario non viene cortocircuitato durante il test IR - un errore comune - la tensione di prova CC genera una corrente magnetizzante attraverso il nucleo del TA, lasciando uno stato di flusso rimanente che potrebbe non essere riconosciuto come artefatto di prova.

Parametri tecnici chiave che definiscono la rimanenza del nucleo della TC:

Parametro	Definizione	Valore tipico	Impatto sulle prestazioni
Densità del flusso remano (Br)	Residuo B quando H = 0	0,8-1,4 T (60-80% di Bsat)	Sposta il punto di lavoro verso la saturazione
Densità del flusso di saturazione (Bsat)	B massimo ad alta H	1,8-2,0 T per acciaio al silicio	Definisce la soglia di insorgenza della saturazione
Forza coercitiva (Hc)	H necessario per ridurre B a zero	10-50 A/m per l'acciaio per anime CT	Determina la corrente di smagnetizzazione necessaria
Costante di tempo CC (τ)	L/R del circuito di corrente di guasto	20-100 ms per i sistemi MT	Determina la durata della persistenza dell'offset DC
Fattore di rimanenza (Kr)	Br/Bsat	0,6-0,8 per anime CT standard	iec 61869-23 definisce Kr ≤ 0,1 per i nuclei di Classe PR
Standard applicabile	IEC 61869-2 Classe PR	Specifiche del nucleo protetto dalla rimanenza	Kr ≤ 0,1 ottenuto grazie al vuoto d'aria nel nucleo

In che modo la rimanenza del nucleo causa la saturazione del TA e il falso intervento del relè?

Il passaggio dalla rimanenza del nucleo all'intervento di un falso relè comporta una sequenza specifica di eventi elettromagnetici che si verificano durante i primi cicli del flusso di corrente primaria dopo che è stato stabilito lo stato di rimanenza, in genere durante l'eccitazione del trasformatore, l'avviamento del motore o la richiusura del circuito dopo l'eliminazione di un guasto.

La sequenza rimanenza-saturazione

Fase 1: Il flusso remano stabilisce il punto di funzionamento spostato

Dopo un evento di guasto, il nucleo del TA conserva il flusso rimanente Br. Sulla curva B-H, il punto di funzionamento del nucleo si trova a (H=0, B=Br) - spostato dall'origine dal flusso rimanente. L'oscillazione del flusso disponibile prima della saturazione è ora:

$\Delta B_{disponibile} = B_{sat} - B_{manente}$

Per un nucleo con Bsat = 1,9 T e Bremanent = 1,3 T (68% di Bsat), l'oscillazione di flusso disponibile è solo di 0,6 T, rispetto a 1,9 T per un nucleo completamente smagnetizzato. La capacità del TA di riprodurre accuratamente la corrente primaria è proporzionale all'oscillazione di flusso disponibile: un nucleo con 68% di rimanenza ha solo 32% della sua normale capacità di flusso disponibile per una riproduzione accurata della corrente.

Fase 2: il transitorio di energizzazione porta il nucleo alla saturazione

Quando il circuito viene rialimentato (eccitazione del trasformatore, avvio del motore o richiusura dopo l'eliminazione del guasto), la corrente primaria contiene una componente asimmetrica con offset CC. L'offset DC spinge il flusso del nucleo nella stessa direzione della rimanenza (nel caso peggiore, quando la polarità della rimanenza corrisponde alla direzione dell'offset DC). Il nucleo raggiunge la saturazione solo dopo una frazione del primo semiciclo:

$t_{saturazione} = \frac{B_{sat} - B_{manente}}{dB/dt_{normale}}$

Per un nucleo con remanenza 68%, la saturazione si verifica circa 3 volte prima rispetto a un nucleo completamente smagnetizzato, potenzialmente entro il primo quarto di ciclo del transitorio di eccitazione.

Fase 3: il TA saturo produce una forma d'onda secondaria distorta

Quando il nucleo del TA si satura, l'induttanza di magnetizzazione collassa - il nucleo non è più in grado di sostenere un flusso crescente e la corrente primaria non viene più riprodotta nell'avvolgimento secondario. Al contrario, la corrente secondaria scende bruscamente verso lo zero, mentre la corrente primaria continua a scorrere. La forma d'onda del secondario diventa gravemente distorta: contiene grandi picchi durante le porzioni non sature di ogni ciclo e corrente quasi nulla durante le porzioni sature.

La forma d'onda secondaria distorta contiene:

• Grande componente DC: Dal modello di saturazione asimmetrico: il TA si satura più pesantemente su un semiciclo rispetto all'altro.
• Grande contenuto di armoniche dispari: 3a, 5a e 7a armonica dalla forma d'onda clippata
• Transitori di/dt elevati: Rapide transizioni di corrente ai confini tra regioni sature e insature.

Fase 4: la corrente secondaria distorta provoca un falso intervento del relè

La forma d'onda distorta della corrente secondaria viene presentata al relè di protezione come corrente primaria misurata. La risposta del relè dipende dall'algoritmo di misura:

• Relè di protezione dall'arco (luce + rilevamento della corrente): I relè di protezione dall'arco elettrico utilizzano la misurazione istantanea della corrente, rispondendo al picco della forma d'onda della corrente secondaria. I picchi di elevata ampiezza della forma d'onda secondaria distorta del TA durante le porzioni non sature di ciascun ciclo possono superare la soglia di corrente del relè di protezione contro gli archi, attivando una decisione di intervento anche se non esiste un guasto da arco elettrico.
• Relè di sovracorrente istantaneo (50 elementi): Risponde al picco di corrente secondaria - i picchi della forma d'onda distorta possono superare la soglia di prelievo istantaneo, causando un falso intervento istantaneo.
• Relè di sovracorrente temporale (51 elementi): Risponde alla corrente RMS - la forma d'onda distorta ha un elevato contenuto RMS che può superare la soglia di prelievo e avviare la temporizzazione verso un intervento ritardato nel tempo.
• Relè differenziale (87 elementi): Il relè differenziale confronta le correnti secondarie dei TA su entrambi i lati dell'apparecchiatura protetta; se solo un TA è affetto da remanenza, la corrente differenziale durante l'eccitazione contiene un'ampia componente derivante dall'asimmetria di saturazione indotta dalla remanenza, che potrebbe superare la soglia di intervento del relè differenziale.

Il rapporto matematico tra il flusso di remanente e la probabilità di falso intervento:

$P_{falso,viaggio} \propto \frac{B_{remanent}}{B_{sat} - B_{remanent}} \times \frac{I_{DC,offset}}{I_{rated}} \times \frac{1}{t_{relay,pickup} \code(0144)} \code(0144)} \code(0144)}$

Questa relazione mostra che la probabilità di falso intervento aumenta con il livello di riemergenza, con l'entità dell'offset CC e con la velocità del relè, spiegando perché i relè di protezione dell'arco (tempo di funzionamento più rapido: 5-10 ms) sono i più vulnerabili ai falsi interventi indotti dalla riemergenza.

Caso cliente - Sottostazione per impianto industriale a 11 kV, produzione automobilistica, Europa centrale:
Un ingegnere della protezione di uno stabilimento automobilistico ha contattato Bepto Electric dopo aver riscontrato sette interventi inspiegabili dei relè di protezione dall'arco in un periodo di 14 mesi, tutti avvenuti entro i primi 100 ms dall'attivazione di un trasformatore da 2 MVA che alimenta un sistema di ventilazione del reparto verniciatura. Ogni falso intervento ha causato l'arresto della linea di produzione con un costo di circa 45.000 euro per evento. L'analisi oscillografica post-evento del relè di protezione dall'arco ha mostrato che il relè aveva rilevato sia la luce (da una scarica a corona sulla boccola del trasformatore durante l'eccitazione) sia la sovracorrente; l'elemento di sovracorrente aveva operato su una forma d'onda di corrente secondaria distorta con picchi pari a 3,2 volte la soglia di corrente del relè. Il test della curva di eccitazione del TA ha rivelato che i tre TA sull'alimentatore primario del trasformatore presentavano livelli di flusso remanente di 71%, 68% e 74% di Bsat rispettivamente, accumulati dai precedenti sei eventi di guasto sull'alimentatore nei tre anni precedenti. La smagnetizzazione di tutti e tre i TA ha ridotto la rimanenza al di sotto di 5% di Bsat. Nei 18 mesi successivi alla smagnetizzazione, sull'alimentatore del trasformatore non si sono verificati interventi di protezione da falso arco. Il tecnico della protezione ha dichiarato: “Sette falsi interventi, sette arresti di produzione e una perdita totale di oltre 300.000 euro, tutti causati dal magnetismo residuo in tre nuclei CT che hanno richiesto quattro ore per smagnetizzarsi. Il relè di protezione dall'arco elettrico funzionava esattamente come previsto. Il TA gli stava dando informazioni false”.”

Come diagnosticare i falsi interventi indotti dalla rimanenza nei sistemi di protezione degli impianti industriali?

Il falso intervento indotto dalla rimanenza produce una firma diagnostica caratteristica che lo distingue da altre cause di falso intervento: errori di impostazione dei relè, guasti del circuito secondario ed eventi di guasto veri e propri. La metodologia diagnostica segue una sequenza strutturata che passa dall'analisi dell'evento al test CT e alla conferma.

Fase 1: analisi della registrazione dell'evento di falso viaggio

La registrazione degli eventi del relè di protezione e l'acquisizione oscillografica forniscono la prima prova diagnostica:

• Correlazione temporale: I falsi sganci indotti dalla remanenza si verificano nei primi 1-5 cicli del flusso di corrente primaria, durante l'eccitazione del trasformatore, l'avviamento del motore o la richiusura. È improbabile che un falso intervento che si verifica più di 200 ms dopo l'eccitazione del circuito sia indotto dalla remanenza.
• Forma d'onda della corrente secondaria: La saturazione indotta dalla rimanenza produce una caratteristica forma d'onda asimmetrica: grandi picchi su un semiciclo, forma d'onda soppressa o tagliata sull'altro semiciclo. Una forma d'onda simmetrica distorta suggerisce una causa diversa.
• Componente DC nella corrente secondaria: La saturazione indotta dalla rimanenza produce una componente DC significativa nella forma d'onda della corrente secondaria, visibile nell'acquisizione oscillografica come una forma d'onda che non attraversa lo zero in modo simmetrico.
• Correlazione con eventi di guasto precedenti: Esaminare la cronologia degli eventi del relè di protezione per i 6-12 mesi precedenti il falso intervento - la rimanenza si accumula dagli eventi di guasto; un falso intervento dopo un periodo di elevata frequenza di guasti è coerente con la rimanenza come causa

Fase 2: Esecuzione del test della curva di eccitazione del TA

Il test della curva di eccitazione è la diagnosi definitiva per la remissione del nucleo della TC:

1. Togliere tensione e isolare il TA: il test della curva di eccitazione richiede che il TA sia tolto dalla tensione e che il circuito primario sia aperto.
2. Applicare la tensione CA all'avvolgimento secondario: Aumentare la tensione CA da zero al tensione del punto di ginocchio⁴ mentre si misura la corrente di magnetizzazione; tracciare il grafico B (proporzionale alla tensione applicata) rispetto a H (proporzionale alla corrente di magnetizzazione)
3. Confrontare con il certificato di prova di fabbrica: Un TA affetto da remanenza mostra una curva di eccitazione spostata: il punto di ginocchio si verifica a una tensione applicata inferiore rispetto al valore del certificato di fabbrica e la corrente di magnetizzazione al punto di ginocchio è superiore al valore di fabbrica.
4. Calcolo del livello di remanenza: Lo spostamento della tensione del punto di ginocchio della curva di eccitazione rispetto al valore di fabbrica fornisce una stima del livello di flusso di remanenza:

$B_{remanente} \´approssimativamente B_{sat} \´times ´left(1 - ´frac{V_{knee,measured}}{V_{knee,factory}}right)$

Fase 3: conferma con la misura del flusso CC

Per una misura definitiva della rimanenza, il metodo del flusso in corrente continua consente di misurare direttamente la densità del flusso rimanente:

1. Applicare un impulso di corrente continua nota all'avvolgimento secondario nella direzione che porterebbe il nucleo alla saturazione positiva.
2. Misurare la variazione di flusso dallo stato di remanenza alla saturazione utilizzando un integratore di flusso (misura in volt-secondo).
3. Ripetere l'operazione in direzione negativa per misurare la variazione di flusso dallo stato di rimanenza alla saturazione negativa.
4. Calcolo della rimanenza: L'asimmetria tra le variazioni di flusso positive e negative quantifica direttamente il flusso rimante:

$B_{remanente} = \frac{(\Delta\Phi_{positivo} - \Delta\Phi_{negativo})}{2 \volte A_{core}}$

Dove $A_{core}$ è l'area della sezione trasversale del nucleo del TA ricavata dal certificato di prova di fabbrica.

Matrice decisionale diagnostica

Osservazione	Remanenza indicata	Causa alternativa
Falso intervento entro i primi 3 cicli di alimentazione	Indicatore forte	—
Forma d'onda secondaria asimmetrica con componente CC	Indicatore forte	Saturazione del TA per sovracorrente
Falso intervento dopo la cronologia dell'evento di guasto precedente	Indicatore forte	—
Punto di ginocchio della curva di eccitazione spostato	Confermato	Danno al nucleo (se il turno >20%)
Falso intervento in qualsiasi momento, forma d'onda simmetrica	Indicatore debole	Impostazione del relè, guasto del circuito secondario
Falso intervento senza precedenti guasti	Indicatore debole	Hardware del relè, errore di impostazione
Il relè funziona solo con il rilevamento della luce (relè ad arco)	Non la rimanenza	Corona esterna, arco elettrico

Come correggere la rimanenza del nucleo del TA e prevenire la ricorrenza nei sistemi di protezione dall'arco in media tensione?

Procedura di smagnetizzazione del nucleo CT

La smagnetizzazione del nucleo del TA - la rimozione controllata del flusso di riemergenza facendo passare il nucleo attraverso anelli di isteresi progressivamente più piccoli fino a quando il punto di funzionamento ritorna all'origine della curva B-H - è la correzione definitiva per i falsi interventi indotti dalla riemergenza. La procedura richiede la disalimentazione e l'isolamento del TA, ma non la rimozione dall'impianto.

Metodo di riduzione della tensione CA (consigliato):

1. Collegare un autotrasformatore variabile all'avvolgimento secondario del TA con il circuito primario aperto; collegare una resistenza di limitazione della corrente in serie per evitare una corrente di magnetizzazione eccessiva.
2. Aumentare la tensione CA fino a 120% della tensione del punto di ginocchio del TA: questo porta il nucleo alla saturazione in entrambe le direzioni su ogni ciclo, stabilendo un grande ciclo di isteresi simmetrica che sovrascrive il flusso rimanente.
3. Ridurre lentamente la tensione CA a zero a una velocità di circa 5% al secondo: questo riduce progressivamente le dimensioni dell'anello di isteresi mantenendo la simmetria, riportando il punto di funzionamento all'origine della curva B-H.
4. Verificare la smagnetizzazione: Ripetere il test della curva di eccitazione - la tensione al punto di ginocchio deve corrispondere al valore del certificato di prova di fabbrica entro ±5%; la corrente di magnetizzazione al punto di ginocchio deve corrispondere al valore di fabbrica entro ±10%.
5. Documentare la smagnetizzazione: Registrare la curva di eccitazione pre-demagnetizzazione, i parametri della procedura di smagnetizzazione e la curva di eccitazione post-demagnetizzazione nel registro di manutenzione della TC.

Metodo di inversione della corrente continua (alternativo):

Per i TA in cui l'accesso della tensione CA all'avvolgimento secondario è difficile, il metodo di inversione della corrente CC applica una serie di impulsi di corrente CC a polarità alternata e di entità progressivamente decrescente, ottenendo la stessa riduzione progressiva dell'anello di isteresi del metodo della tensione CA.

Prevenzione: Specificare i nuclei CT protetti dalla rimanenza

Per le nuove installazioni di TA in applicazioni di protezione dall'arco di impianti industriali in cui il rischio di falsi interventi indotti dalla rimanenza è noto, specificare i nuclei di classe PR (Remanence Protected) della IEC 61869-2:

• Definizione della classe PR: Fattore di rimanenza Kr = Br/Bsat ≤ 0,10 - flusso rimanente massimo 10% dopo qualsiasi storia di magnetizzazione
• Come si ottiene: Un piccolo traferro viene introdotto nel circuito magnetico del nucleo del TA; il traferro immagazzina energia che costringe il flusso a tornare verso lo zero quando la forza magnetizzante viene rimossa, limitando la rimanenza a ≤10% di Bsat
• Contropartita: il traferro riduce l'induttanza di magnetizzazione del TA, aumentando la corrente di magnetizzazione e riducendo leggermente l'accuratezza a basse correnti primarie; i nuclei di classe PR sono tipicamente specificati solo per applicazioni di protezione, non per la misurazione dei ricavi.
• Applicazione: Specifica obbligatoria per tutti i nuclei CT collegati ai relè di protezione dall'arco nei sistemi di media tensione degli impianti industriali con rapporto X/R superiore a 10.

Misure di prevenzione a livello di sistema

Al di là delle specifiche del nucleo del TA, le misure a livello di sistema riducono il tasso di accumulo della rimanenza nei sistemi di protezione dall'arco in media tensione degli impianti industriali:

• Riduzione del tempo di eliminazione dei guasti: Il funzionamento più rapido della protezione riduce la durata dell'esposizione all'offset DC per ogni evento di guasto, riducendo l'accumulo di remanenza per evento; il tempo di eliminazione dei guasti è inferiore a 80 ms per le applicazioni di protezione dall'arco elettrico.
• Attuare commutazione punto su onda⁵ per l'eccitazione del trasformatore: La commutazione controllata che eccita il trasformatore all'incrocio di tensione zero riduce al minimo l'offset DC nella corrente di spunto, riducendo l'accumulo di riminescenza da ogni evento di eccitazione.
• Programmare la smagnetizzazione periodica dei TA: Per le installazioni esistenti con nuclei di TA standard (Kr = 0,6-0,8), programmare la smagnetizzazione ogni 3 anni o dopo qualsiasi evento di guasto in cui la corrente primaria abbia superato 50% della corrente nominale di breve durata, a seconda di quale evento si verifichi per primo.
• Separare i nuclei CT di protezione dall'arco dai nuclei CT di misura: Utilizzare nuclei CT dedicati per la misurazione della corrente dei relè di protezione dall'arco - nuclei che possono essere smagnetizzati senza influire sulla precisione della misurazione dei ricavi.

Errori comuni nella gestione della permanenza

• Smagnetizzare solo il TA che è stato identificato come affetto da remanenza: In un'installazione trifase, tutti e tre i TA di fase sono esposti alla stessa storia di corrente di guasto; se un TA presenta una significativa rimanenza, tutti e tre devono essere valutati e smagnetizzati come un insieme.
• Esecuzione del test di accuratezza del rapporto prima della smagnetizzazione: I risultati del test di accuratezza del rapporto su una TC affetta da remanenza non sono rappresentativi delle prestazioni reali della classe di accuratezza della TC; smagnetizzare sempre prima di eseguire il test del rapporto.
• Specificare i nuclei di Classe PR per le applicazioni di misurazione delle entrate: Il traferro che limita la rimanenza nei nuclei di Classe PR aumenta la corrente di magnetizzazione e degrada la precisione a basse correnti primarie; la Classe PR è una specifica per i nuclei di protezione - la misurazione delle entrate richiede nuclei standard di Classe 0,2S o 0,5 senza traferro.
• Regolazione delle impostazioni del relè di protezione dall'arco per evitare falsi interventi senza affrontare la rimanenza del TA: L'aumento della soglia di corrente del relè di protezione dall'arco per evitare falsi interventi indotti dalla remanenza riduce la sensibilità del relè ai veri guasti ad arco a bassa corrente - scambiando la prevenzione dei falsi interventi con il mancato rilevamento dei guasti veri e propri.

Conclusione

La rimanenza del nucleo del TA è la variabile nascosta nell'affidabilità dei sistemi di protezione in media tensione degli impianti industriali: invisibile all'ispezione della targhetta, invisibile ai test di messa in servizio standard e invisibile ai calcoli di impostazione dei relè, ma pienamente in grado di causare il funzionamento dei relè di protezione dall'arco e di sovracorrente su forme d'onda di corrente secondaria distorte che non hanno alcuna relazione con la corrente primaria effettiva durante i primi cicli critici di eccitazione del circuito. Il meccanismo è ben compreso, la metodologia diagnostica è semplice e la correzione - smagnetizzazione del nucleo del TA - è un'attività di manutenzione di quattro ore che elimina completamente la condizione di riemergenza. Nei sistemi di protezione dall'arco in media tensione degli impianti industriali, dove un falso intervento costa decine di migliaia di euro in termini di perdita di produzione e un vero guasto da arco non rilevato costa vite umane, la valutazione e la smagnetizzazione del nucleo del TA non è un'attività di manutenzione discrezionale: è la base ingegneristica di un sistema di protezione di cui ci si può fidare che funzioni correttamente e solo quando è più importante.

Domande frequenti sulla rimanenza del nucleo del TA e sul falso intervento del relè

1. Fornisce i principi fisici fondamentali che spiegano come i materiali ferromagnetici rispondono ai campi magnetici applicati e trattengono il flusso residuo. ↩

2. Spiega la relazione tra la reattanza e la resistenza del sistema nel determinare l'entità e la durata dell'offset CC durante i guasti elettrici. ↩

3. Indirizza i lettori verso lo standard internazionale che specifica i requisiti di prestazione e i protocolli di prova per i trasformatori di corrente di classe di protezione. ↩

4. Offre definizioni tecniche e metodi di calcolo per la soglia critica di tensione in cui inizia la saturazione del nucleo del trasformatore di corrente. ↩

5. Illustra i vantaggi tecnologici e operativi della sincronizzazione del funzionamento degli interruttori automatici con gli incroci di tensione zero per ridurre al minimo le correnti di spunto transitorie. ↩