Qualità
• L’energia elettrica è un bene immateriale la cui
qualità si estrinseca nella qualità del vettore
elettrico con cui è resa accessibile all’utilizzatore :
qualità di prodotto.
• L’accessibilità al prodotto e la disponibilità del
prodotto (energia elettrica) per l’utilizzo è
conseguenza della qualità del processo di
produzione, trasporto, consegna e della gestione
dello stesso : qualità di sistema.
Qualità di prodotto
•
•
•
•
costanza della frequenza. La costanza della velocità dei motori sincroni ed
asincroni e la sincronizzazione di alcuni processi, nonché il corretto
funzionamento della gran parte degli utilizzatori, dimensionati per un ben
preciso valore della frequenza, dipendono dalla costanza della frequenza.
costanza della tensione. L'esigenza della costanza della tensione è
conseguenza diretta della scelta fatta del sistema di distribuzione dell’energia
che è del tipo in derivazione; il valore della tensione influenza direttamente la
potenza assorbita dal dispositivo utilizzatore, dimensionato per un dato valore
di tensione, e quindi la sua efficacia di funzionamento e la sua vita.
simmetria della terna di tensioni. Nei sistemi trifasi i dispositivi utilizzatori
ed il sistema stesso sono dimensionati per funzionare con un vettore elettrico a
tensioni simmetriche; il manifestarsi di una dissimetria nelle tensioni comporta
una perdita di efficacia di funzionamento del sistema o dei dispositivi e di vita
di quest’ultimi .
costanza della forma d'onda. Una forma d’onda non sinusoidale di tensione
comporta una perdita d’efficacia di funzionamento del sistema o dei dispositivi
e di vita di quest’ultimi.
Qualità di sistema
• continuità dell’alimentazione. L'interruzione
dell'alimentazione dell'energia elettrica oggi
determina un’interruzione in quasi tutte le attività
umane ( di produzione, di servizio, domestiche)
con danni economici consistenti e, in alcuni casi,
con danni alle persone stesse.
• accesso alla rete. E’ definito da regole tecniche e
giuridico-commerciali, il non mantenere le
caratteristiche indicate nelle regole comporta un
danno economico e di fiducia dell’utilizzatore del
sistema nei confronti del gestore dello stesso.
Power Quality
La Power Quality (Qualità della potenza)
dovrebbe essere connessa a:
Tensione
Qualità della
alimentazione
(“fornitura”)
e
Corrente
Qualità del
“prelievo”
Power Quality = Qualità dell’alimentazione (della
“fornitura”) e del “prelievo”
Qualità della tensione:
rappresenta la ‘vicinanza’ delle forme d’onda reali
a quelle ideali
V
V
0
t
Forme d’onda
ideale
+
0
t
Disturbo a “bassa”
frequenza
V
0
t
Forma d’onda
reale
Classificazione dei disturbi
(alta e bassa frequenza)
classificazione IEC:
fa principalmente riferimento al mezzo di trasmissione
dei disturbi e, quindi, parla di disturbi condotti (a
bassa ed alta frequenza) e irradiati (a bassa ed alta
frequenza)
classificazione della IEEE:
fa riferimento alla natura del disturbo, e quindi parla
……di dissimmetrie, armoniche, vuoti di tensione, ecc.
Disturbi a bassa frequenza
Andamento delle tensioni
in assenza di disturbi
M.T.
B.T.
Carico
A.T.
M.T.
C
4
x 10
1.5
300
1
200
0.5
100
0
0
-0.5
-100
-1
-200
-1.5
-300
-2
0.2
0.205
0.21
0.215
0.22
0.225
0.23
0.235
0.24
-400
0.205
0.21
0.215
0.22
0.225
0.23
0.235
Disturbi a bassa frequenza
Andamento della tensione in presenza di Distorsioni
B.T.
M.T.
Carico
A.T.
M.T.
C
Convertitori
4
x 10
1.5
300
1
200
2000
0.5
1500
100
1000
0
0
500
-100
-0.5
0
-1
-1.5
-500
-200
-1000
-300
-1500
0.6
0.605
0.61
0.615
0.62
0.625
0.63
-2000
0.635
-400
1.02
0.64
1.025
1.03
1.035
1.04
1.045
1.05
-2500
1.045
1.05
1.055
1.06
1.065
1.07
1.075
1.08
Cause: componenti non lineari o tempo-varianti (convertitori
statici)
1.055
1.06
Disturbi a bassa frequenza
Andamento delle tensioni in presenza di Dissimmetrie
B.T.
M.T.
Carico
A.T.
M.T.
C
Carico
monofase
300
300
200
200
100
100
0
0
-100
-100
-200
-200
-300
-300
-400
0.2
-400
0.205
0.21
0.215
0.22
0.225
0.23
0.235
0.24
0.2
0.205
0.21
Cause: carichi monofase, dissimmetrie di linee
0.215
0.22
0.225
0.23
0.235
0.24
Disturbi a bassa frequenza
Andamento della tensione in presenza di
fluttuazione della tensione
B.T.
M.T.
Carico
A.T.
M.T.
C
Forno ad arco
4
x 10
400
300
1
200
0.5
100
0
0
-100
-0.5
-200
-1
-300
-1.5
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
-400
0.2
0.25
0.3
0.35
Cause: carichi con potenze variabili rapidamente
0.4
0.45
0.5
0.55
Statistica di lamentele utenti
Vuoti di tensione
(32 %)
Interruzioni
(24 %)
*
*
Armoniche e flicker
Dissimmetrie
(12 %)
(1 %)
Vuoti di Tensione e interruzioni brevi:
definizioni
Si definisce vuoto di tensione una diminuzione della tensione di
alimentazione, che assume valori compresi tra il 90% e l’1% della
tensione nominale [EN 50160].
Si definisce interruzione breve una diminuzione della tensione di
alimentazione, che assume valori compresi tra l’ 1% e lo 0% della
tensione nominale, per una durata fino a 3 minuti [EN 50160].
V
V
V nom
DV
> 10 %
V
V nom
DV
t [s]
Dt
Vuoto di tensione
V
= 100 %
t [s]
Dt
Interruzione breve
Vuoti di Tensione: cause
 Cortocircuiti
 Inserzione dei trasformatori
 Avviamento di motori
Vuoti di tensione dovuti a cortocircuiti
AT
MT
x
LC
x
LB
x
Senza
Con
richiusura
LA
ICC
IN
t [s]
VN
LA
chiuso
VN
t [s]
aperto
chiuso
LB-LC
0.1
0.3
30
180
t [s]
Vuoti di tensione dovuti a cortocircuiti
I buchi di tensione dovuti a cortocircuiti sono
caratterizzati da:
•improvviso abbassamento della tensione
•repentino ripristino della tensione.
1
1
0.8
0.6
0.8
Voltage in pu
Voltage in pu
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
0.6
0.4
-0.6
0.2
-0.8
-1
0
1
2
3
4
5
6
Time in cycles
ELECTRIC POWER ENGINEERING
Andamento nel tempo del
valore istantaneo
0
0
1
2
3
4
5
6
Time in cycles
ELECTRIC POWER ENGINEERING
Andamento nel tempo del
valore efficace
Vuoti di tensione dovuti a cortocircuiti
1
x
LA
0.8
Voltage in pu
C
0.6
0.4
0.2
0
0
1
2
3
4
5
6
Time in cycles
ELECTRIC POWER ENGINEERING
durata
La durata dipende principalmente dai tempi
caratteristici dei sistemi di protezione
.
Tensione
residua
Cortocircuiti nel sistema
1
Z Th,1
Z Th,1
Z Th,2
Th
Z Th,2
Z Th,0
x
Z
LA
Z L,1
Z
Z L,2LL,1
Z
Z L,0L,2
Z
0.8
Voltage in pu
C
0.6
0.4
0.2
0
0
1
2
3
4
5
6
Time in cycles
ELECTRIC POWER ENGINEERING
durata
La tensione residua (ampiezza) dipende dal tipo di
cortocircuito e dal punto in cui esso si verifica
Nel
caso
di
corto
circuito
monofase:
Nel
caso
corto
circuito
bifase:
Nel
caso
didi
corto
circuito
trifase:
VVPaPaZ.....
.....
L
VP 
VVPb
.....
ZPbL.....
Z
Th
VVPcPc.....
.....
A
C
B
stellate
stellate
stellate
concatenate
concatenate
concatenate
Tensione
residua
Vuoti di Tensione e brevi interruzioni:
cause
 Cortocircuiti
 Inserzione dei trasformatori
 Avviamento di motori
Inserzione dei trasformatori
I vuoti di tensione dovuti alla inserzione dei trasformatori
sono caratterizzati da:
•improvviso abbassamento della tensione
•lento ripristino della tensione.
Il trasformatore può assorbire, all’atto della sua
inserzione, tre correnti di fase elevate e con alta
distorsione armonica
11
15
10.9
10.8
RMS voltage in kV
10
Voltage in kV
5
0
-5
-10
10.7
10.6
10.5
10.4
10.3
10.2
10.1
Le utenze sono sottoposte ad un buco di tensione di tipo
dissimmetrico
-15
0
5
10
15
Time in cycles
20
25
Andamento nel tempo del
valore istantaneo
10
0
5
10
15
20
Time in Cycles
25
30
Andamento nel tempo del
valore efficace
Buchi di Tensione e brevi interruzioni:
cause
 Cortocircuiti
 Inserzione dei trasformatori
 Avviamento di motori
Avviamento di motori
I vuoti di tensione dovuti all’avviamento dei motori
asincroni sono caratterizzati da:
•improvviso abbassamento della tensione
•lento ripristino della tensione.
Il motore asincrono assorbe, all’atto dell’avviamento, una
corrente di valore elevato
220
RMS voltage in V
215
210
205
200
Le utenze sono sottoposte ad un buco di tensione di tipo
simmetrico
195
0
Andamento nel tempo del
valore istantaneo
2
4
6
8
Time in Cycles
10
12
Andamento nel tempo del
valore efficace
Caratterizzazione dei vuoti di
tensione
La caratterizzazione dei vuoti di tensione
può riguardare:
•un singolo evento (un vuoto);
•un nodo del sistema elettrico (più vuoti);
•un intero sistema elettrico (più vuoti).
Essa può avvenire sotto forma di indici; nel
caso di più vuoti di tensione si utilizzano
anche tabelle o grafici.
Caratterizzazione di un singolo evento
IEC 61000-4-30 (IEEE 1564) - Individua due indici
congiunti:
Tensione residua (ampiezza): minimo rms di tensione
durante il vuoto di tensione
Durata: tempo nel quale la tensione si mantiene al di
sotto dei valori di soglia
1
Voltage in pu
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
1
2
3
4
5
6
Time in cycles
ELECTRIC POWER ENGINEERING
durata
Tensione
residua
Caratterizzazione di un nodo
x
LC
x
LB
x
LA
Al fine di caratterizzare completamente
un nodo del sistema elettrico nei riguardi dei
vuoti di tensione è necessario conoscere:
 ampiezze;
Tabelle o grafici
 durate;
 frequenze.
Grafici caratterizzanti il nodo
circa 15 vuoti di
tensione hanno durata superiore a 200
ms
ed
ampiezza
inferiore al 90%
x
LC
25
20
x
LB
15
x
LA
90%
80%
70%
60%
10
50%
40%
Un esempio
sono5 i grafici che riportano 30%il
circa
5 vuoti tipico
di
numero hanno
di vuoti
tensione
du- di tensione che sono caratterizzati
20%
rata
a 100inferiore e durata superiore ad
da superiore
ampiezza
10%
0s
0.2s
0.4s
0.6s
0.8s
ms
ed
ampiezza
Sag duration
assegnati
valori. Tali grafici permettono
facilmente
inferiore
al 40%
di verificare gli effetti dei vuoti di tensione sugli
utilizzatori.
Caratterizzazione di un sistema
8
7
6
4
5
3
2
1
17
10
9
16
15
11
12
13
14
Vengono impiegati indici che si ottengono a partire dagli indici di
sito; essi si riferiscono a:
• media degli indici sui siti monitorati
• media pesata degli indici sui siti monitorati
• percentile al 95% degli indici dei siti monitorati
• …………..
•……………
Caratterizzazione di un sistema: il SARFI
SARFI
System Average RMS variation Frequency Index
<60s
<60s
<0.5s
<0.5s
0.5-3s
0.5-3s
SARFI X 

3-60s
3-60s
N
i
SARFI9090 SIARFI
SIARFI
SMARFI
STARFI
STARFI
<90%
<90% SARFI
N90
9090 SMARFI
90
90 90
T
SARFI8080 SIARFI
SIARFI
SMARFI
STARFI
STARFI
Ni numero
di utenti
che
subiscono
<80%
<80% SARFI
8080SMARFI
80 80
80 80
un vuoto di tensione di
SARFI7070SIARFI
SIARFI
SMARFI
STARFI
<70%
<70% SARFI
7070SMARFI
70 70STARFI
70 70
ampiezza
inferiore
ad X%
in
occasione
dell’i-mo
evento
SARFI SIARFI
SIARFI
SMARFI
SMARFI
STARFI
STARFI
<50%
<50% SARFI
5050
SARFI1010
<10%
<10% SARFI
5050
50 50
NT numero totale di utenti
SMARFI
SMARFI
10 10
Istantaneous
Momentary
50 50
STARFI
STARFI
10 10
Temporary
Effetti dei vuoti di tensione
Attenzione agli “effetti indiretti” (danno
causato) !!!!!!!!!
Asciugatura
Distributrice
Essicatura
Def.spess.
Pressatura
Deposiz.
M
M
M
3
M
3
Effetti dei vuoti di tensione
Curve di “suscettibilità”
Componente
immune
Vn [%]
100
????
80
60
Componente
non immune
40
20
0
0
100
200
300
400
D t [ms]
Effetti dei vuoti di tensione
Curve CBEMA e ITIC per PC
CBEMA
ITIC
Effetti dei vuoti di tensione
AZIONAMENTI
!!!!!!!
RETE
COMANDO
E
CONTROLLO
DC
AC
AC
DC
MOTORE
MACCHINA
OPERATRICE
Effetti dei vuoti di tensione
Contattori elettromagnetici
p=0
Vn
%
0<p<50
50%<p<100
p=100%
[V]
150
140
40
%
130
50
%
110
60
%
90
70
%
70
80
%
120
100
80
60
50
40
30
90
%
100
%
20
10
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 28
0
Dt
[ms]
Vuoti di tensione: provvedimenti
Interventi a costo crescente
Utilizzatori
Rete
Altri carichi
a) sul
singolo
Motori
Controlli
apparecchio
d) Sul sistema
di distribuzione
b) Sull’interfaccia
utente
b) su gruppi di
apparecchi
Vuoti di tensione: provvedimenti
Contattori a
sgancio ritardato
Vuoti di tensione: provvedimenti
Altro carico
sensibile
Vuoti di tensione: provvedimenti
DIESEL
UPS cinetico + Gruppo elettrogeno
Vuoti di tensione
Sistema a sbarra comune in c.c.
Alimentazione in c.a.
Sbarra comune in c.c.
Sistema
accumul.
energia
M
M
M
3
M
3
Vuoti di tensione: provvedimenti
Dynamic Voltage Restorer
guasto
V
V -Vd
Vd
carico sensibile
Dynamic
Voltage
Restorer
Responsabilità : tutte le interruzioni
Interruzioni : senza preavviso brevi
Territorio : Media concentrazione
Indicatore : numero di interruzioni per cliente all'anno
esercente
regione
Provincia
2002
2003
2004
2005
2006
Enel distribuzione
Toscana
PISA
8,54
5,01
4,15
4,5
4,18
Responsabilità : tutte le interruzioni
Interruzioni : senza preavviso lunghe
Territorio : Media concentrazione
Indicatore : numero di interruzioni per cliente all'anno
esercente
regio Provinci
1998
ne
a
1999
2000
200
1
200
2
200
3
200
4
200
5
200
6
Enel
distribuzione
Tos
cana
7,0
5,2
4,3
3,5
2,9
2,2
1,5
1,8
PISA
4,6
Responsabilità : tutte le interruzioni
Interruzioni : senza preavviso lunghe
Territorio : Media concentrazione
Indicatore : durata media di ciascuna interruzione
esercente
region Provinc 199
e
ia
8
199
9
200
0
200
1
200
2
200
3
200
4
200
5
200
6
Enel
distribuzione
Toscan
PISA
a
31
40
32
27
27
23
34
27
29
Responsabilità : tutte le interruzioni
Interruzioni : senza preavviso lunghe
Territorio : Media concentrazione
Indicatore : minuti di interruzioni per cliente all'anno
esercente
regio
ne
Provin
cia
1998 1999 2000 2001
200
2
200
3
200
4
200
5
200
6
Enel
distribuzione
Tosca
na
PISA
136
99
79
53
54
49
224
213
144