Protezioni e sensori innovativi: il loro utilizzo nelle smart grid

Continuano i focus di approfondimento sulla nostra visione del mondo “Smart Grid”

Questa volta vogliamo proporvi un’analisi di quello che è e sarà il ruolo e l’utilizzo di sensori e protezioni di interfaccia innovativi nelle smart grid.

Per iniziare cerchiamo di dare una definizione. Protezioni e sensori si riferiscono a tutte le apparecchiature necessarie per controllare i parametri di rete in tempo reale e in modo distribuito e individuare la presenza di un guasto sulla rete. Oltre al relè comprendono anche trasformatori o sensori per la misura, circuiti di comando e segnalazione, circuiti di alimentazione ausiliaria, sensori di temperatura, anemometri, radiometri, etc.

L’architettura di sottostazione o cabina primaria estesa, proposta nel nostro studio realizzato insieme al Politecnico di Milano, risulta sviluppata su più livelli funzionali, in relazione alle diverse funzioni implementate, in modo da realizzare un sistema con intelligenza distribuita:

livello 0 – centro operativo;
livello 1 – cabina primaria;
livello 2 – cabina secondaria del distributore;
livello 3 – componenti finali del sistema
- a) utenti attivi
- b) utenti passivi

Il centro operativo (livello 0) del distributore ha il compito di telecontrollare e gestire l’intera rete del distributore o una parte di essa, e di scambiare informazioni con Terna.

La CP (livello 1) costituisce il centro della sottostazione estesa, ed è in grado di controllare, gestire e regolare tutti gli elementi ad essa sottesi, grazie allo sviluppo di un sistema di comunicazione diffuso. Tutte le azioni di regolazione e controllo che si verificano in rete devono provenire direttamente dalle apparecchiature di CP o devono comunque essere verificate e approvate da queste ultime. In questo modo, pur sviluppando un approccio distribuito, si continua a mantenere una visione completa del sistema.

In riferimento alle protezioni e ai sensori, i componenti innovativi da installare nelle CP (livello 1) sono:

Sistemi di Protezione di linea innovativi: posizionati sui montanti delle linee MT, realizzano la funzione di protezione per ogni singola linea della sottostazione estesa; permettono l’integrazione tra la protezione di linea (protezione 50, 51/51N, 67N, richiusura e logica di riconoscimento guasti intermittenti/evolutivi), le protezioni nelle cabine lungo linea e i sistemi di protezione per la GD (protezione di max/min tensione e max/min frequenza a soglie multiple) attraverso lo scambio di segnali in protocollo IEC 61850. Possono anche essere realizzati nella versione Centralizzata
Sensori modulari su interruttori di potenza per manutenzione predittiva: consentono di diagnosticare il degrado dell’interruttore prima che questo degeneri fino al disservizio (sistema di manutenzione predittiva interruttori).

Gli interventi in Cabina Secondaria (livello 2) avranno due principali obiettivi: la gestione della rete MT e BT e l’efficienza energetica. In riferimento alle protezioni e ai sensori, i componenti innovativi da installare nelle cabine lungo linea (livello 2) sono di seguito elencati.

Sistemi di Protezione innovativi: realizzano la funzione di selettività logica lungo linea (protezione 50-51, 50N-51N, 67 e 67N, richiusura 79 e logica di riconoscimento guasto intermittente ed evolutivo) e controalimentazione automatica, permettono oltre all’integrazione dei i sistemi di protezione della GD (SPI) anche la gestione in anello chiuso attraverso lo scambio di segnali in protocollo IEC 61850 e la selettività logica con l’impianto utente (SPG).
Per assicurare ulteriormente la possibilità di evitare il funzionamento in isola di porzioni di rete (ad esempio in caso di apertura volontaria dell’interruttore di CP per manutenzione), potranno essere installati sensori lato sbarra MT di CS per la misura delle 3 tensioni di sequenza diretta, inversa e omopolare (Vi, Vd, Vo), che saranno utilizzati dalla RTU per elaborare algoritmi anti-isola capaci di agire sugli interruttori BT in modo da condizionarne la richiusura solo in assenza di tensione.
Sensori di Corrente e Tensione (rilevatori di guasto di nuova generazione): sono sensori innovativi o non convenzionali (per esempio sensori di tensione capacitivi, sensori di corrente Rogowsky, etc) idonei anche per misura (non fiscale) da installare negli scomparti MT innovativi per realizzare la funzione di selettività logica lungo linea (rilevazione direzionale dei guasti monofase e polifase). In aggiunta, questi componenti potrebbero essere installati anche lato sbarra in modo da evitare, tramite la misura delle tre tensioni di sequenza diretta, inversa e omopolare, l’eventuale funzionamento in isola di porzioni di rete affette da guasto. Questi componenti forniranno anche tutte le misure nel punto di installazione necessarie per gli algoritmi di controllo della tensione MT.

I componenti innovativi da installare presso gli utenti attivi (livello 3) sono:

Sistema di Protezione Generale innovativo: disconnette l’impianto utente dalla rete per guasti interni all’impianto stesso, evitando così che la rete continui ad alimentare il guasto. Deve essere coordinato con i sistemi di protezione del distributore, attraverso lo scambio di segnali in protocollo IEC 61850, e integrato nelle logiche di selettività dei guasti in modo da garantire anche la selettività caso 2 e 3 prevista nella CEI 0-16. Potrà o meno interfacciarsi con un dispositivo di protezione del DSO installato all’interno dell’impianto utente.
Sistema di Protezione di Interfaccia innovativo: serve per la disconnessione del generatore dalla rete a seguito di un guasto sulla linea del distributore a cui il generatore stesso risulta collegato. Deve essere conforme a quanto stabilito dall’Allegato A.70 e dalle norme CEI 0-16 e CEI 0-21. Il segnale di telescatto deve essere effettuato con protocollo IEC 61850. Potrà o meno interfacciarsi con un dispositivo del DSO installato all’interno dell’impianto utente.

Per finire, i componenti innovativi da installare presso gli utenti passivi (livello 3b) sono:

Sistema di Protezione Generale innovativo: disconnette l’impianto utente dalla rete per guasti interni all’impianto stesso, evitando così che la rete continui ad alimentare il guasto. Deve essere coordinato con i sistemi di protezione del distributore, attraverso lo scambio di segnali in protocollo IEC 61850 e integrato nelle logiche di selettività dei guasti, in modo da garantire anche la selettività caso 2 e 3 prevista nella CEI 0-16. Può essere anche utilizzato per effettuare l’alleggerimento selettivo del carico in caso di forti criticità di rete.