Relè di Sottotensione: Principi di Protezione, Applicazioni e Tipi
Cos'è un relè di sottotensione?
Un relè di sottotensione (UV relay, dispositivo 27) è un dispositivo di protezione che rileva quando la tensione di sistema scende al di sotto di una soglia preimpostata e avvia un'azione di protezione—aprire un interruttore, attivare un allarme o azionare un commutatore di trasferimento.
Principio di funzionamento
- Monitora continuamente la tensione efficace (RMS fondamentale o true RMS)
- Confronta con un punto di regolazione regolabile (tipicamente 70–95% del nominale)
- Include un ritardo temporale intenzionale (0.1–60s) per superare i transienti di calo di tensione
- Uscita: chiusura contatto (trip/allarme) o segnale logico a PLC/SCADA
Applicazioni principali
| Applicazione | Scopo | Impostazioni tipiche |
|---|---|---|
| Protezione motori | Prevenire surriscaldamento, stallo, coppia ridotta a bassa tensione | 85–90% Vnom, ritardo 2–10s |
| Sgancio carico | Disconnettere carichi non critici per preservare tensione per i critici | 80–85%, 0.5–5s, a stadi |
| Protezione generatori | Rilevare guasto AVR, perdita di eccitazione | 85–95%, 1–3s |
| Protezione trasformatori | Prevenire sovreccitazione (V/f), saturazione del nucleo | Relè volts/hertz (24) preferito |
| Controllo UPS/ATS | Avviare trasferimento su batteria/generatore | 85–90%, <100ms (veloce) |
| Generazione distribuita | Anti-islanding (con sovratensione/frequenza) | Per IEEE 1547 / UL 1741 |
| Trip per sottotensione di processo | Proteggere carichi sensibili (inverter, PLC, illuminazione) | 85–90%, 0.5–2s |
Tipi di relè
Elettromeccanici (datati)
- Coppa a induzione / disco: caratteristica a tempo inverso o tempo definito
- Bobina mobile: veloce, sensibile, DC o AC raddrizzato
- Uso in declino; manutenzione intensiva
A stato solido / microprocessore (standard moderno)
- Misura True RMS: accurata con armoniche e notch
- Curve programmabili: tempo definito, tempo inverso (curve IEC/IEEE/ANSI)
- Elementi multipli: 27-1 (allarme), 27-2 (trip), 27-3 (sgancio carico)
- Comunicazioni: IEC 61850, Modbus, DNP3, EtherNet/IP
- Registrazione eventi: forme d'onda COMTRADE, sequenza di eventi
- Auto-diagnostica: stato contatti, verifica ingressi
Linee guida per le impostazioni (per IEEE/NFPA)
- Pickup: 85–90% per motori; 70–80% per sgancio carico; coordinare con l'utility
- Ritardo temporale: coordinare a valle/a monte; evitare trip inutili da avviamento motori, eliminazione guasti
- Isteresi di tensione: rapporto di ripristino 2–5% previene l'oscillazione
- Selezione fase: 3 fasi (tutte le fasi) vs. monofase (qualsiasi fase) — 3 fasi preferito per motori
Esempio di coordinamento
UV alimentatore motore (27M): 85%, 5s
UV sgancio carico barra (27B): 80%, 2s
UV principale (27G): 75%, 10s → avvio generatore
→ Protezione a cascata: il motore scatta per primo, poi il carico non critico, infine l'avvio del generatore.
Funzionalità avanzate
- Sottotensione adattiva: regola il pickup in base al carico (carico maggiore → pickup più alto)
- Variazione di velocità (dv/dt): rileva il collasso di tensione più velocemente della grandezza
- Sottotensione a sequenza positiva: ignora lo sbilanciamento; risponde alla vera depressione di sistema
- Integrazione synchrocheck: blocca il riarmo se la tensione non è recuperata
Sommario
I relè di sottotensione sono guardiani essenziali contro gli effetti dannosi della bassa tensione prolungata—surriscaldamento motori, interruzione di processo, collasso di tensione. I relè microprocessore moderni offrono protezione precisa, coordinata e comunicante ben oltre i dispositivi datati. Un'impostazione corretta richiede analisi del carico, studio di coordinamento e conformità con IEEE 141, 242, 1547, e NEC 430/440.