PROSPETTIVE DI UTILIZZO DEI RISULTATI DEL MONITORAGGIO DI QUALITA’ DELLA TENSIONE Luca Lo Schiavo [email protected] Autorità per l’energia elettrica e il gas Direzione consumatori e qualità del servizio, vicedirettore CEER EWG EQS TF, delegate for power quality Milano, Auditorium CESI 3 luglio 2006 Questa presentazione non costituisce un documento ufficiale dell’Autorità per l’energia elettrica e il gas. Tutti i documenti ufficiali possono essere scaricati dal sito internet www.autorita.energia.it Autorità per l'energia elettrica e il gas 1 Ringraziamenti SOMMARIO • Il monitoraggio della qualità della tensione nel quadro della regolazione della qualità • Iniziative già assunte: contratti per la qualità • Iniziative in corso: assessment della potenza di corto circuito sulle reti di distribuzione • Iniziative in corso: ricerca sui costi dei clienti per effetto delle microinterruzioni • Iniziativa CEER per la revisione della norma EN 50160 • Conclusioni Autorità per l'energia elettrica e il gas 2 SOMMARIO • Il monitoraggio della qualità della tensione nel quadro della regolazione della qualità • Iniziative già assunte: contratti per la qualità • Iniziative in corso: assessment della potenza di corto circuito sulle reti di distribuzione • Iniziative in corso: ricerca sui costi dei clienti per effetto delle microinterruzioni • Iniziativa CEER per la revisione della norma EN 50160 • Conclusioni Autorità per l'energia elettrica e il gas 3 UN BILANCIO DI SINTESI • Continuità del servizio • Continua la riduzione dei minuti persi per cliente • Numero di interruzioni lunghe e brevi: in miglioramento ma ritardo nei confronti internazionali • Nuovi standard individuali per clienti MT in vigore dal 2006 • Nuova norma CEI sulla manutenzione cabine di utenza MT • Qualità della tensione • Avviato il sistema di monitoraggio CESI/RdS sulla MT • Partecipazione dei clienti e delle imprese distributrici • Installato il sistema di monitoraggio AT TERNA e imprese • Trasmissione • Pubblicati i livelli attesi di qualità sulla RTN • Pubblicati i livelli minimi convenzionali potenza di c.to c.to • Regole tecniche di connessione utenza MT • Gruppo di lavoro 136 presso il CEI Autorità per l'energia elettrica e il gas 4 Miglioramenti della continuità del servizio: minuti persi Minuti persi per cliente BT - tutte le interruzioni (media biennale) 300 277 266 252 Minuti persi per cliente BT 250 200 199 189 202 192 190 168 150 158 148 118 132 132 109 115 100 91 125 109 95 97 87 79 81 106 85 84 71 50 0 1998-1999 NORD 1999-2000 2000-2001 CENTRO Autorità per l'energia elettrica e il gas 2001-2002 SUD 2002-2003* ITALIA 2003*-2004 2004-2005 * escluso distacchi programmati e blackout 5 Miglioramenti della continuità del servizio: convergenza territoriale Alta concentrazione (86 ambiti territoriali) Minuti persi all'anno per cliente BT (solo interruzioni di responsabilità dell'esercente) Legenda valore max 90 percentile 250 250 225 225 200 200 175 175 150 150 125 125 100 100 Media 10 percentile valore min * Nel 2005, incluse interruzioni in precedenza attribuite a cause esterne 75 75 50 50 25 25 0 0 1998 1999 Autorità per l'energia elettrica e il gas 2000 2001 2002 2003 2004 2005* 6 Miglioramenti della continuità del servizio: num. interruzioni lunghe Numero di interruzioni all'anno per cliente BT - tutte le interruzioni 6,0 Numero di interruzioni all'anno per cliente BT 5,5 5,2 5,0 5,0 5,0 4,4 4,8 4,0 3,9 3,8 3,6 3,0 2,5 2,4 2,0 3,4 3,3 3,1 2,5 4,0 3,9 3,7 2,2 2,8 2,8 1,9 2,7 2,6 1,9 2,5 2,5 1,8 3,6 2,4 2,3 1,4 1,0 0,0 1998 NORD 1999 2000 CENTRO Autorità per l'energia elettrica e il gas 2001 2002 SUD 2003 * ITALIA 2004 2005 * escluso distacchi programmati e blackout 7 Campagna di monitoraggio sulle reti di distribuzione MT: obiettivi 1. Sensibilizzare i clienti sulle opportunità offerte dai contratti per la qualità e misurazione individuale 2. Raccogliere elementi conoscitivi sulle reali performances delle reti di distribuzione 3. Correlare i dati raccolti alle caratteristiche costruttive e di esercizio delle reti di distribuzione 4. Riconsiderare i valori di riferimento internazionali di qualità della tensione affinchè siano rappresentativi dei sistemi elettrici europei 5. Valutare l’introduzione di nuovi obblighi di misurazione della QT e, in seguito, forme di regolazione economica Autorità per l'energia elettrica e il gas 8 SOMMARIO • Il monitoraggio della qualità della tensione nel quadro della regolazione della qualità • Iniziative già assunte: contratti per la qualità • Iniziative in corso: assessment della potenza di corto circuito sulle reti di distribuzione • Iniziative in corso: ricerca sui costi dei clienti per effetto delle microinterruzioni • Iniziativa CEER per la revisione della norma EN 50160 • Conclusioni Autorità per l'energia elettrica e il gas 9 Contratti per la qualità Caratteristiche • Livello concordato di qualità • Premio annuo pagato dal cliente (escluso dal vincolo ai ricavi del distributore) • Rimborso al cliente nel caso di mancato rispetto del livello concordato di qualità Autorità per l'energia elettrica e il gas Introduzione di elementi di mercato nel rapporto tra imprese distributrici e clienti sia del mercato libero che del mercato vincolato. Strumento volontario concordato tra imprese distributrici e clienti finali, con possibile ruolo di aggregazione anche per i venditori Necessaria misurazione individuale della qualità della tensione per almeno un anno prima della definizione 10 Misurazione individuale della continuità e della qualità della tensione • Le imprese distributrici, su richiesta dei clienti, hanno l’obbligo di installare un registratore individuale di interruzioni conforme alle norme tecniche vigenti CEI EN 50160 e CEI EN 61000-4-30 (con costi a carico del cliente). • I clienti hanno facoltà di installare un proprio registratore purchè conforme alle norme tecniche vigenti. • Possibile utilizzare schede sulle protezioni per la registrazione anche solo di alcune caratteristiche purchè conformi alle norme tecniche vigenti. Possibile adeguamento del Testo Integrato per tenere conto dei limiti di incertezza della misura se effettuata con trasduttori in esercizio Autorità per l'energia elettrica e il gas 11 SOMMARIO • Il monitoraggio della qualità della tensione nel quadro della regolazione della qualità • Iniziative già assunte: contratti per la qualità • Iniziative in corso: assessment della potenza di corto circuito sulle reti di distribuzione • Iniziative in corso: ricerca sui costi dei clienti per effetto delle microinterruzioni • Iniziativa CEER per la revisione della norma EN 50160 • Conclusioni Autorità per l'energia elettrica e il gas 12 Tipologie di potenza di cortocircuito TIPOLOGIE DI POTENZE DI CORTOCIRCUITO AT Massima ai fini del dimensionamento delle Definita dal gestore apparecchiature MT Definita dal gestore Massima esercizio Calcolabile dal gestore: rete integra max generazione Calcolabile dal gestore: assetto normale di esercizio max GD Scc,AT max esercizio Minima esercizio Calcolabile dal gestore: rete integra minima generazione Calcolabile dal gestore: assetto normale di esercizio no GD Scc,AT minima esercizio Minima convenzionale Calcolabile dal gestore: elemento con maggior contributo alla Scc fuori servizio minima generazione Calcolabile dal gestore: controalimentazione più sfavorevole no GD Scc,AT minima esercizio Fonte: GdL CEI 136 Autorità per l'energia elettrica e il gas 13 Livello minimo di potenza di corto circuito Motivi di interesse del regolatore • Forte correlazione con qualità della tensione • Richiede investimenti strutturali • Vantaggi indiretti anche su altri aspetti di performance delle reti (es. perdite) • Semplicità relativa (rispetto al monitoraggio QT) • In logica evoluzione dopo: – Regolazione della durata per ambiti territoriali effetti prevalenti: telecontrollo e automazione – Regolazione del numero di interruzioni per clienti passaggio a neutro compensato – Monitoraggio qualità della tensione su reti AT e MT disponibilità di misure di QT Autorità per l'energia elettrica e il gas 14 Evoluzione regolatoria e stimolo agli investimenti Oggetto della regolazione Qualità tensione Potenza di cortocicuito Neutro compensato Numero interruzioni Durata interruzioni Telecontr. e automazione Non strutturali Autorità per l'energia elettrica e il gas Strutturali Tipologia di investimenti 15 Complessità della relazione tra potenza c.to c.to (SCC) e variaz. tens. (Du) Trasmissione Cliente Variazione di richiesta di potenza Distributore Progetto di rete Esercizio e gestione della della rete Scc Generazione distribuita Autorità per l'energia elettrica e il gas Variazione di tensione Altri clienti Caratteristiche impianto utenza 16 Valutazione semplificata delle variazioni rapide di tensione A DS utente Zcc,monte B Punto di Consegna Un MT Durete, AT DSutente S cc AT Durete, MT DPutente DQutente S cc DSutente DSutente S cc S cc , , sono coefficienti dipendenti dal rapporto Xcc/Rcc e dal cos relativo alla DSutente Autorità per l'energia elettrica e il gas 17 Valutazione semplificata delle DV rapide su MT DPutente DQutente DSutente DSutente Du ( , ) S cc Gamma Alfa spunto S cc Con =1 si commette un errore di tipo conservativo Beta 1,1 1,05 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Gamma 0 5 10 15 20 25 30 35 Tau=Xcc/Rcc 1,1 1,05 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 40 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 45 0 Autorità per l'energia elettrica e il gas S cc Alfa Beta 50 0,5 1 1,5 2 2,5 Tau=Xcc/Rcc 3 3,5 4 4,5 5 18 Caratterizzazione degli utenti mediante parametro Kt ai fini delle DU rapide La variazione di potenza DSutente che l’utente richiede nel funzionamento ordinario è in generale funzione della tipologia specifica di utente e può essere correlata alla potenza nominale Sn dell’utente stesso DSutente Kt Sutente Autorità per l'energia elettrica e il gas 19 Possibili valori del parametro Kt Tipologia utente Sspunto Sutente Sn,carico con spunto Kt,cs S n,carico con spunto (kVA) (kVA) Kt,ut 20 10 2,00 - Utente MT 50 8 - 4,00 Cab. Sec. 50 8 1,60 Utente MT 100 7 - 2,80 Cab. Sec. 150 6 1,43 - 250 6 - 2,38 Cab. Sec. 100 250 630 Utente MT Utente MT 1000 400 5 - 2,00 Utente MT 2500 500 5 - 1,00 Utente MT 5000 800 5 - 0,80 2 Verifica sperimentale di queste ipotesi K t Sutente /(1MVA) attraverso il monitoraggio delle variaz.rapide Autorità per l'energia elettrica e il gas 20 Ipotesi di relazione semplificata tra SCC e variazione rapida di tensione (Du) Trasmissione Cliente Variazione di richiesta di potenza Distributore Progetto di rete Scc 2 Esercizio e gestione della della rete Sutente * (1MVA) Durete Scc Generazione distribuita Autorità per l'energia elettrica e il gas Variazione di tensione Durete K t Sutente S cc Altri clienti Kt DS istantaneo S utente Caratteristiche impianto utenza 21 Analisi su RTN - Utenti Scc max conv 5000 Scc min eserc Scc min conv 4500 Limite deltaU=3% utenti 4000 Limite deltaU=5% utenti Limite deltaU=7% utenti 3500 Sutente Kt,cp (MVA) Scc [MVA] 3000 2500 2000 1500 Kt,ut 16 0,30 0,50 25 40 0,25 0,20 0,40 0,30 63 0,15 0,25 Kt 2 Sutente /(1MVA) 1000 S cc ,rete 2 500 Sutente * (1MVA) Du 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Sn [MVA] Autorità per l'energia elettrica e il gas 22 Analisi su RTN - Utenti Scc max conv 1000 Scc min eserc Scc min conv 900 Limite deltaU=3% utenti 800 Limite deltaU=5% utenti Limite deltaU=7% utenti 700 Scc [MVA] 600 Sutente Kt,cp (MVA) Kt,ut 500 16 0,30 0,50 400 25 40 0,25 0,20 0,40 0,30 63 0,15 0,25 300 Kt 200 100 S cc ,rete 2 2 Sutente /(1MVA) Sutente * (1MVA) Du 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn [MVA] Autorità per l'energia elettrica e il gas 23 Impatto della Scc,AT e della taglia del trasformatore AT/MT sulla Scc,MT 250 225 AEEG ha richiesto ai distributori informazioni AT 500 MVA con trasformatori < 40 MVA sulla Scc e Sn di tutti i nodi MT sottesi alle sbarre AT 2000 MVA con trasformatori < 40 MVA AT 500 MVA con trasformatori 63 MVA soggette al monitoraggio di qualità della tensione 200 Scc [MVA] 175 150 125 100 75 50 25 0 0 100 200 300 400 500 600 Nodi MT di una rete test 700 800 900 1000 Per i nodi con le Scc più basse l’impatto della Scc,AT risulta trascurabile così come la taglia dei trasformatori. Autorità per l'energia elettrica e il gas 24 SOMMARIO • Il monitoraggio della qualità della tensione nel quadro della regolazione della qualità • Iniziative già assunte: contratti per la qualità • Iniziative in corso: assessment della potenza di corto circuito sulle reti di distribuzione • Iniziative in corso: ricerca sui costi dei clienti per effetto delle microinterruzioni • Iniziativa CEER per la revisione della norma EN 50160 • Conclusioni Autorità per l'energia elettrica e il gas 25 Costi delle microinterruzioni Un’idea nata dalla consultazione • Dotare i clienti partecipanti di un diario di bordo per la registrazione degli effetti delle “microinterruzioni” (buchi e transitorie) • Permette analisi ex-post grazie all’incrocio con le registrazioni di qualità della tensione Un progetto assegnato al Dip. Ing. Gestionale • Prevalenza degli aspetti di economia industriale sugli aspetti tecnici (elettrotecnici) • Dialogo con imprese clienti e analisi dei costi • Interviste approfondite prima del lancio del “diario di bordo” • Collaborazione delle associazioni imprenditoriali Autorità per l'energia elettrica e il gas 26 Costi delle microinterruzioni Per ogni fermata del processo dovuta a microinterr. • Nell'istante di fermata: si avranno probabilmente dei semilavorati da scartare ed eventualmente il danneggiamento di utensili e macchinari; • Durante la fermata: si avrà una parte del personale inattivo. Ovvero, probabilmente impegnato nella riparazione di macchinari e componenti danneggiati e nel riavvio del processo invece di essere impegnato in attività produttive; • Durante il riavvio: in questa fase la produzione potrebbe avvenire a intensità ridotta e/o potrebbe aversi una produzione difettosa; • Dopo l’evento: sarà eventualmente necessario recuperare la produzione mancata Possibilità di incrociare i dati sui costi con i dati sugli eventi di microinterruzioni rilevati dal monitoraggio di qualità della tensione Autorità per l'energia elettrica e il gas 27 Costi delle microinterruzioni Risultati attesi • Valutare i costi sostenuti dai clienti industriali per le microinterruzioni • Buchi di tensione • Interruzioni transitorie • Fornire una stima dell’entità dei costi economici subiti dall’apparato produttivo italiano a seguito delle microinterruzioni • Metodologia di stima dei costi delle microinterruzioni • Strumento utile alle imprese per valutare investimenti o modifiche agli impianti • Estendibile ad altri disturbi di power quality • Indicazioni preliminari per possibili interventi regolatori Autorità per l'energia elettrica e il gas 28 SOMMARIO • Il monitoraggio della qualità della tensione nel quadro della regolazione della qualità • Iniziative già assunte: contratti per la qualità • Iniziative in corso: assessment della potenza di corto circuito sulle reti di distribuzione • Iniziative in corso: ricerca sui costi dei clienti per effetto delle microinterruzioni • Iniziativa CEER per la revisione della norma EN 50160 • Conclusioni Autorità per l'energia elettrica e il gas 29 3° Rapporto CEER di Benchmarking sulla qualità del servizio (2005) Cap. 4: Qualità della tensione • Interesse crescente dei regolatori per la QT • In alcuni Paesi europei sono disponibili dati rilevati da sistemi di monitoraggio della QT (HU, NO, IT, CZ) • In alcuni Paesi europei esistono standard di QT più stringenti di quelli indicati dalla EN 50160: - variaz.lente - rapide - armoniche - flicker Autorità per l'energia elettrica e il gas 30 Growing importance of voltage quality issues for customers Severe costs for customers because of poor quality: • Norway: estimated annual costs for end-users related to long interruptions: 64 – 79 M€; short interruptions: 47 – 66 M€; voltage dips 21 – 41 M€ (research based on customer survey 2002) • Sweden: estimated annual costs for end-users related to long interruptions: 147 M€ (research 2003 based on customer survey); estimated annual costs for industrial customers related to short interruptions and voltage dips: 105 – 157 M€ (actual costs) • France: actual value of compensations paid to customers for damages: 36 M€ (2004, only LV-MV customers) • Italy: research on customer costs for poor voltage quality (interruptions and dips) based on a survey on a sample of 206 industrial firms (see graph, in €/kW contracted) source: Chiumeo et al, paper n.356, Proceedings CIRED 2005 Autorità per l'energia elettrica e il gas 31 Voltage quality definitions and measurements The need of consensus in improving definitions: Example 1 – interruption/dip thresholds and tables • Interruptions – According to EN 50160 when the voltage is below 1 % of the nominal or declared value. – TR/IEC 61000-2-8 recommends that the threshold for interruptions is 10 % of the nominal or declared value. • Voltage dips – According to EN 50160 when the voltage is between 1 and 90 % of the nominal or declared value. No classification of dips severity. – TR/IEC 61000-2-8 recommends a table of classifications. – IEEE P1564 proposes some voltage-sag tables for classification of dips severity according to DURATION OF THE VOLTAGE SAG retained 1 cycle-200 retained voltage and voltage <1 cycle 0.2-0.5 s 0.5-5 s 5s-5 min ms duration; in one of them 70-80% dip threshold is 80% 40-70% source: CIGRÉ JWG C4.07 “Power Quality Indexes and Objectives”, 2004 Autorità per l'energia elettrica e il gas 10-40% 10% 32 Voltage quality definitions and measurements The need of consensus in improving definitions: Example 2 – Rapid voltage changes specifications • Rapid voltage changes: are defined differently in existing standards – EN 50160: one definition A single rapid variation of the rms value of a voltage between two consecutive levels which are sustained for definite but unspecified durations – IEC 61000-4-30: describes it in an informative annex – IEC 61000-3-3: another more precise definition Voltage change characteristic, ∆U(t) Maximum voltage change characteristic, ∆Umax Steady-state voltage change, ∆Uc Autorità per l'energia elettrica e il gas 33 Voltage quality responsibility Consistency among technical standards • Essential to have consistency with other standards. • Consistency between what quality is supplied by the grid company and what quality the end-users equipments are designed for. • Example: voltage dips 500 the Information Technology Industry Council Curve (ITIC) describes the tolerance of equipment to voltage disturbances Percent of Nominal Voltage (RMS or Peak Equivalent) 400 300 Prohibited Region 200 14 120 100 110 90 No Interrution in Function Region 80 70 40 No Damage Region 0 0,001 Autorità per l'energia elettrica e il gas 0,01 0,1 1 3 10 20 100 Duration in Milliseconds (ms) 500 1.000 10.000 100.000 Steady State 34 Summing up regulators’ expectations • Avoid ambiguity in definitions and measurement – f.i.: voltage dips and swells, rapid voltage changes – international consensus for improving VQ measurement • For the sake of higher customer protection: – indicative values have too many drawbacks – required levels shall apply for 100% of normal operating time – specify emergency operating conditions (back-feed, F.M.) • Compulsory standards differentiated according to: – territory or customers’ density – network characteristics (neutral grounding; active/passive) • Consistency among all standards (responsibilities) • Balance between technical requirements and their economical consequences (cost/benefit analysis) Utilizzo dei dati del monitoraggio per proporre al Cenelec nuovi livelli di riferimento per la revisione della EN 50160 Autorità per l'energia elettrica e il gas 35 SOMMARIO • Il monitoraggio della qualità della tensione nel quadro della regolazione della qualità • Iniziative già assunte: contratti per la qualità • Iniziative in corso: assessment della potenza di corto circuito sulle reti di distribuzione • Iniziative in corso: ricerca sui costi dei clienti per effetto delle microinterruzioni • Iniziativa CEER per la revisione della norma EN 50160 • Conclusioni Autorità per l'energia elettrica e il gas 36 Il monitoraggio della QT è una piattaforma di conoscenza… Regolazione economica e meccanismi di mercato Contratti per la qualità Potenza di corto circuito Requisiti strutturali Valore per i clienti Standard di output Monitoraggio QT Trasparenza (es. connessione) Revisione EN 50160 Regolazione tecnica e self-regulation …utile per diverse applicazioni regolatorie Autorità per l'energia elettrica e il gas 37 La qualità del servizio è un risultato di sistema Per migliorare la qualità serve il contributo attivo di tutti gli attori del sistema: • Imprese di distribuzione e trasmissione – Registrazione puntuale degli eventi – Investimenti, manutenzione e esercizio rete – Formazione del personale • Imprese di vendita – Aggregazione della domanda (es. contratti qualità) • Clienti finali – Selettività e coordinamento delle protezioni – Registrazione individuale dei disturbi di tensione • Regolatore – Proposte motivate e processi di consultazione ampi – Survey delle aspettative e della soddisfazione clienti • Mondo dell’Università, della ricerca, delle associazioni … Autorità per l'energia elettrica e il gas 38 Il dialogo possibile tra ricerca e regolazione sul tema della qualità del servizio • Ricerca di sistema: forte attenzione alle tematiche di governo del sistema e alla ricerca prenormativa • Partecipazione attiva alle consultazioni in particolare sulle materie più tecniche e nei gruppi di lavoro CEI • Progetti di ricerca multidisciplinare (Convenzioni con Università, coinvolgimento di discipline economico-tecniche) • Confronti internazionali (sede CEER, CENELEC, Cired, Cigré, IEEE, etc.) • Formazione e education (stage, corsi, master, etc.) • Divulgazione e informazione (pubblicazioni, riviste, convegni, materiali, etc.) Autorità per l'energia elettrica e il gas 39 Per saperne di più... www.autorita.energia.it > Attività istituzionale > Documenti per la consultazione > Delibere e relazioni tecniche > delibera 4/04: testo integrato qualità (2004-07) > delibera 1/06: piano triennale 2006 - 2008 > Elettricità > Qualità > dati di continuità del servizio (aggiornam. 2005) > dati di qualità tensione (link al sito RdS) … grazie per l’attenzione Autorità per l'energia elettrica e il gas 40