12 kV monofase ricondizionatore con comunicazione DNP3.0, 11 kV ricondizionatore ad alta tensione per palo

Il ricaricamento monofase (Single phase reclosing) è una modalità di ricaricamento automatico utilizzata nella protezione delle linee di trasmissione nell'ingegneria elettrica. La sua modalità di funzionamento è la seguente: in caso di guasto monofase, si disconnette solo la fase guasta e si esegue il ricaricamento; in caso di guasto tra fasi, si disconnettono tutte e tre le fasi e si decide se eseguire il ricaricamento trifase in base alle situazioni; se il ricaricamento avviene su un guasto permanente, si disconnettono tutte e tre le fasi. Questa modalità è principalmente applicata nei sistemi di corrente di terra elevata di 220 kV e superiori, e può migliorare l'affidabilità dell'alimentazione e la stabilità transitoria del sistema. Poiché la corrente latente generata dalle fasi sane accoppiate tramite capacità e mutuo induttanza influisce sull'estinzione dell'arco al punto di guasto, sono necessarie misure per estinguere l'arco, come l'aterramento del punto neutro del reattore ad alta tensione o l'immissione temporanea di un disconnettore di terra. I suoi elementi di selezione della fase includono la selezione della distanza, la selezione della variazione della differenza di corrente di fase e l'interruzione rapida della corrente di fase, ecc. A livello internazionale, le linee ultra-alta tensione di oltre 1000 kV adottano principalmente il ricaricamento monofase, mentre le linee doppie sullo stesso palo adottano la modalità di ricaricamento per fase.

L'esperienza di funzionamento dei sistemi elettrici dimostra che la maggior parte dei guasti sulle linee aeree sono temporanei, ad esempio: la flashover superficiale dell'isolatore causata da sovratensioni di fulmine, il contatto temporaneo dei conduttori causato dal vento forte, la scarica attraverso il corpo di un uccello e il corto circuito causato da oggetti come rami che cadono sui conduttori. Quando la linea guasta viene disconnessa rapidamente, l'arco si estingue e l'intensità isolante del punto di guasto si ripristina. Pertanto, eseguire un ricaricamento dopo che la linea è stata disconnessa può notevolmente migliorare l'affidabilità dell'alimentazione. Le linee di 110 kV e inferiori adottano principalmente il ricaricamento trifase singolo. Secondo l'esperienza di funzionamento, oltre il 70% dei guasti di corto circuito sulle linee aeree ad alta tensione dei sistemi di corrente di terra elevata di oltre 110 kV sono guasti di terra monofase, soprattutto per le linee aeree di oltre 220 kV, a causa della grande distanza tra le fasi, i guasti di terra monofase rappresentano anche il 90% circa. In questo caso, se si disconnette solo la fase guasta e poi si esegue il ricaricamento monofase, mentre le fasi sane continuano a funzionare durante il periodo di ricaricamento, si può notevolmente migliorare l'affidabilità dell'alimentazione e la stabilità del funzionamento parallelo del sistema. Pertanto, nel sistemi di corrente di terra elevata di oltre 220 kV, il ricaricamento monofase è ampiamente adottato. Quando la protezione del guasto di terra monofase temporaneo disconnette una fase, le fasi sane forniscono una corrente capacitiva al punto di guasto tramite la capacità tra fasi e la capacità tra fase e terra, e contemporaneamente la corrente di carico delle fasi sane genera una forza elettromotrice indotta nella fase guasta tramite l'accoppiamento dei trasformatori di fase, fornendo una corrente induttiva al punto di guasto tramite la capacità tra fasi e la capacità tra fase e terra. Queste due parti di corrente costituiscono insieme la corrente latente. La dimensione della corrente latente è correlata ai parametri della linea. In generale, maggiore è la tensione della linea e maggiore è la corrente di carico, maggiore è la corrente latente. A causa della presenza della corrente latente, l'arco al punto di guasto non si estingue facilmente, prolungando il tempo di ricaricamento monofase. Quando si adotta il ricaricamento monofase rapido, potrebbe causare il fallimento del ricaricamento monofase e la disconnessione di tutte e tre le fasi.

Il tempo di ricaricamento monofase (il tempo tra la disconnessione dell'alimentazione al punto di guasto e la riapplicazione della tensione di lavoro) deve essere maggiore del tempo necessario per l'estinzione dell'arco al punto di guasto e il ripristino dell'isolamento della linea. A differenza del ricaricamento trifase, nel processo di ricaricamento monofase in cui solo la fase guasta è disconnessa, prima che l'arco al punto di guasto si estingua, il punto di guasto è ancora collegato tramite la capacità tra fasi, e l'altra due fasi in funzionamento forniscono corrente per mantenere l'arco. Dopo che l'arco si è interrotto, il punto di guasto sopporterà principalmente la tensione di distribuzione formata dalle due fasi in funzionamento tramite la capacità tra fase guasta e terra. Quando l'arco si allunga e si interrompe a causa della dismissione della corrente a zero, se la velocità di ripristino dell'isolamento del punto di guasto è inferiore alla velocità di salita della tensione transitoria attraversata, l'isolamento del punto di guasto subirà nuovamente un guasto di scarica vicino al picco della tensione transitoria. In questo caso, oltre alla corrente dell'arco fornita dalle due fasi non guaste, l'energia immagazzinata nella capacità di guasto verrà anche rilasciata verso il punto di guasto, formando una corrente di riaccensione con un picco molto maggiore della corrente stabile iniziale dell'arco. Questo fenomeno si ripete ogni mezzo periodo di frequenza industriale, influenzando quindi il tempo finale di estinzione dell'arco. Maggiore è la tensione di funzionamento della linea e maggiore è la sua lunghezza, più lungo sarà il tempo finale di estinzione dell'arco. I test di cortocircuito artificiali e i registri di funzionamento reale hanno confermato questa conclusione. Per ridurre il tempo di ricaricamento monofase a un valore ragionevole, ad esempio non superiore a circa 1 s, per soddisfare i requisiti di stabilità del sistema (tempo di ricaricamento), la coordinata con la protezione relè e altri aspetti, e allo stesso tempo non ridurre la percentuale di successo del ricaricamento, ampiamente adottano misure ausiliarie di estinzione dell'arco sulle linee medie e lunghe con tensione di 500 kV e superiori. Ce ne sono principalmente due: ① Atterrare il punto neutro del reattore ad alta tensione utilizzato per la compensazione della capacità della linea con un reattore di valore appropriato. La sua funzione è equivalente a quella di un induttore di risonanza in parallelo, riducendo in modo significativo la corrente di continuazione attraverso il punto di guasto e la tensione di ripristino attraversata il punto di guasto, fornendo le condizioni preliminari per l'estinzione rapida e definitiva dell'arco di guasto. Questo metodo è stato ampiamente adottato con successo nei sistemi elettrici. ② Nel processo di ricaricamento monofase, immettere temporaneamente i disconnettori di terra su entrambe le estremità della linea della fase guasta dopo la disconnessione, per portare il punto di guasto a un potenziale quasi zero, al fine di raggiungere l'obiettivo di estinguere rapidamente l'arco. Per le linee pesantemente caricate specialmente importanti (linee doppie sullo stesso palo), se si considera di realizzare con successo il ricaricamento per fase in caso di guasto di fase omonima (ad esempio guasto della fase A della linea A e della fase B della linea B), il disconnettore di terra è un metodo fattibile.