CESI RICERCA
Giornata di Studio AEEG-CEI: Proposta di revisione della Norma 50160
Milano 1 luglio 2008
Contributo del sistema di monitoraggio della
qualità della tensione in MT alla revisione
della norma EN 50160
M. de Nigris, L. Garbero, R. Chiumeo
Lavoro finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico
nell’ambito dell’Accordo di Programma tra CESI RICERCA ed il
Ministero dello Sviluppo Economico - D.G.E.R.M. stipulato in data 21
giugno 2007 in ottemperanza del DL n.73, 18 giugno 2007.
Monitoraggio della tensione nelle reti MT
L’AEEG con il documento di consultazione del 6 aprile
2005 ha promosso una campagna di monitoraggio della
qualità della tensione sulle reti di distribuzione MT:
– attività finanziata dalla Ricerca di Sistema
– prevista anche una partecipazione volontaria dei clienti, a
condizioni agevolate
La campagna di monitoraggio ha inizio ufficialmente nel
febbraio 2006
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Presentazione del sistema monitoraggio della
qualità della tensione delle reti MT
Monitoraggio della tensione nelle reti MT
• Caratteristiche della QT rilevate:
– ampiezza e squilibri della tensione di alimentazione
– buchi di tensione, interruzioni transitorie e brevi,
variazioni rapide
– flicker e armoniche della tensione
– correnti e armoniche di corrente solo nel caso di
installazioni presso i clienti MT
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Caratteristiche del sistema monitoraggio
• 600 unità di misura distribuite sul territorio
nazionale
– 400 su semisbarre MT in CP (campione
statisticamente rappresentativo, 11%
dell’intera rete)
– 200 in CS di clienti MT e distributori
(campione statisticamente non
rappresentativo, adesione alla campagna su
base volontaria)
• sistema centrale raccolta e archiviazione dati
• sistema elaborazione e reporting QUEEN
utilizzabile tramite sito web
http://queen.ricercadisistema.it
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5
Architettura del sistema monitoraggio
Architettura del sistema di Monitoraggio MT
Unità di misura
Sistema
centrale
QUEEN - Consultazione e
rendicontazione
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Sistema di monitoraggio MT – Caratteristiche AdM
• Strumento di monitoraggio AdM: Classe A, così come
definita dalla Norma CEI EN IEC 61000-4-30, per
quanto riguarda le modalità di rilevazione ed
elaborazione degli indicatori della QT
• Errore dello strumento di misura: non superiore allo
0,5% del fondo scala per le tensioni (Classe B) e 5% per
le correnti nel caso di utilizzo di pinze amperometriche
• Requisiti d’incertezza sulla misura di tensione adeguati
in MT, dove occorre considerare la presenza e il
contributo dei TV
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Sistema di monitoraggio MT – Unità Periferica
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Unità Periferica – AdM (Apparecchiatura di Misura)
Analizzatore
di
Power Quality
Modem GSM
GPS
•
modem GSM per la comunicazione dei dati al server centrale
•
GPS per la sincronizzazione temporale
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Il sistema web di consultazione QuEEN
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Il sistema web di consultazione QuEEN
Sito di consultazione risultati del monitoraggio accessibili via web
http://queen.cesiricerca.it/
• I titolari degli strumenti di misura (clienti e distributori)
accedono tramite password ai dati di dettaglio e alle statistiche
dei disturbi per i propri singoli punti di misura
• Il pubblico accede a QuEEN liberamente e può ottenere
elaborazioni di dati aggregati tra gruppi di unità di misura sulla
base di diversi criteri (regione, tipo rete, stato neutro, tensione
nominale, ecc.)
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Sistema di monitoraggio MT – Interrogazione QUEEN
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12
Sistema di monitoraggio MT – Elaborazione richiesta
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Sistema di monitoraggio MT – Esito Aggregazioni
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Sistema di monitoraggio MT – Esito Richiesta
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Contributo del Sistema di monitoraggio MT al
progetto di revisione della Norma EN50160
Il monitoraggio e il prEN 50160:2008
• Variazione della tensione di alimentazione
• Buchi di tensione
• Sovraelevazione della tensione (swell)
• Interruzioni
• Variazioni rapide
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Variazione della tensione di alimentazione
• Primo approccio: riduzione del limite di variazione
V  10% : tutti conformi per il 95% t
V  7,5% : qualcuno non conforme
V  5% : molti non conformi
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Variazione della tensione di alimentazione
• Approccio proposto nel prEN 50160:2008
– il 100% di tutti i valori efficaci della tensione mediati sugli intervalli di 10
min presenti in almeno una settimana deve essere inferiore al limite
superiore + 10%
– almeno il 99% dei valori efficaci della tensione mediati sugli intervalli di
10 min presenti in almeno una settimana deve essere deve essere superiore
al limite inferiore – 10% e con non più di due successivi valori efficaci
mediati sui 10 min al di sotto del limite inferiore – 10%
 Questo approccio è in corso di implementazione
nei criteri di elaborazione ed aggregazione dati del
Sistema di monitoraggio in MT (QuEEN)
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Buchi di tensione
Obiettivi
 superare la “limitazione” dell’attuale norma EN 50160 nella
definizione della numerosità annua dell’evento (valori indicativi
sull’ordine di grandezza atteso: il numero annuo di buchi di tensione
può variare “da qualche decina fino a un migliaio”, senza peraltro
fornire un'adeguata classificazione dell'evento in termini di durata e di
tensione residua)
 correlare la classificazione dei buchi di tensione le caratteristiche di
immunità delle apparecchiature. In tal modo la nuova classificazione
permette l’individuazione di aree in cui è atteso che il disturbo non
provochi o provochi il malfunzionamento dell'apparecchiatura.
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La classificazione UNIPEDE
Numero medio nazionale dei buchi di tensione per punto di misura
(dati 2006)
Tensione
residua [%]
20-100
[ms]
100500
[ms]
0.5-1
[s]
1-3
[s]
3-60
[s]
Totale
90>u85
20.4
6.4
0.5
0.3
0.1
27.7
85>u70
16.7
13.5
2.4
0.3
53.3
19.2
32.5
15.2
1.3
74.6
0.9
0.6
0.3
0.1
2.4
0.4
0.1
0.1
0
0.9
0
0.1
0
0
0.2
37.2
46.8
18
1.7
131.4
70>u40
40>u10
10>u1
Totale
Nella classe di durata tra 20 e 100 ms vengono considerati i buchi di tensione relativi alle
sole reti NC; per le classi di durata >100 ms sono stati aggregati tutti i punti di misura sulle
cabine primarie. L'83% di eventi cade nella zona evidenziata in giallo
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21
La classificazione UNIPEDE
Numero medio nazionale dei buchi di tensione per punto di misura
(dati 2007)
Tensione
residua [%]
20-100
[ms]
100-500
[ms]
0.5-1
[s]
1-3
[s]
3-60
[s]
Totale
90 > u 85
19,3
5,9
0,6
0,3
0,3
26,4
85> u  70
22,7
19,1
1,1
0,4
0,1
43,4
70 > u  40
14,4
31,8
0,6
0,2
0,0
47,
40> u  10
2,0
12,1
0,3
0,1
0,0
14,5
10 > u  1
0,1
1,0
0,0
0,0
0,0
1,1
Totale
58,5
69,9
2,6
1,0
0,4
132,4
Nella classe di durata tra 20 e 100 ms vengono considerati i buchi di tensione relativi alle
sole reti NC; per le classi di durata >100 ms sono stati aggregati tutti i punti di misura sulle
cabine primarie. L'85% di eventi cade nella zona evidenziata in giallo
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22
Influenza attività temporalesca
numero medio di buchi di tensione
Numero medio settimanale - Reti a neutro compensato
(20 marzo - 17 settembre 2006)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10
15
20
25
30
35
40
Numero della settimana nell'anno
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Influenza attività temporalesca
Nb: numero medio di buchi per
settimana
Correlazione tra numero medio di buchi di tensione per settimana e
densità dei colpi di fulmini al suolo
(20 marzo - 17 settembre 2006)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0.05
0.1
0.15
Sd: densità media settimanale dei colpi di fulmine al
suolo in Italia (1/km2)
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24
Influenza struttura di rete
Effetto della tipologia delle reti sul numero medio per punto
di misura di buchi di tensione registrati nel 2007
Essendo molto diversi il numero di punti di misura per
ciascuna tipologia di rete, i risultati hanno diversi livelli di
confidenza statistica. Ciononostante, il risultato riportato in
tabella è coerente con quanto si poteva ragionevolmente
attendere (un maggior numero totale di buchi di tensione
per reti aeree).
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25
Influenza estensione di rete
Reti a neutro compensato: effetto dell’estensione delle reti sul numero
medio per punto di misura di buchi di tensione registrati nel 2007
L’esame dei risultati conferma l'attesa dipendenza del numero
di buchi di tensione dall'estensione della rete (ad un aumento
dell'estensione della rete corrisponde un aumento del numero
totale di buchi di tensione), anche se occorre tenere presente
che la significatività statistica dipende dal numero di punti di
misura aggregati per ciascuna classe di estensione delle reti.
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Influenza livello di tensione
Numero totale di buchi di tensione per punto di misura in reti
a neutro compensato (NC) e in tutte le reti monitorate
(NC+NI), per diverse tensioni nominali delle reti
Reti NC+NI (durate > 100 ms)
Reti NC
Tensione
nominale della
rete (kV)
N° di punti di
misura aggregati
Numero totale di
buchi di tensione
per punto di
misura
N° di punti di
misura aggregati
Numero totale di
buchi di tensione
per punto di
misura
10
14,3
28,2
(4)
(*)
15
155,1
39,5
68,5
67,8
20
169,7
115,0
108,3
198,2
(*) Il dato non è disponibile perché il numero di punti aggregati è  4.
Il numero dei buchi di tensione nelle reti cresce al crescere della
tensione nominale, con un salto ragguardevole passando da 15 kV
a 20 kV
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27
(b)
0.4
0.2
10
5
1
0.5
0.1
0.2
0.01
0.02
0
EN 61000-4-11 CLASS 3
duration (s)
Curva di immunità di riferimento
definita in base ai livelli prova
classe 2 (a) e 3 (b) secondo
CEI EN 61000-4-11 (apparecchiature
con correnti di fase inferiori a 16 A)
1
0.9
0.8
0.7
IEC 61000-4-34 (apparecchiature con
correnti di fase superiori a 16 A)
0.6
0.4
0.2
10
5
1
0.5
0
0.1
0.2
residual voltage%( of Un)
(a)
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.01
0.02
residual voltage (% of Un)
Una nuova classificazione dei buchi di tensione
duration (s)
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Risultati 2007 secondo la
nuova classificazione dei buchi di tensione
Numero medio nazionale dei buchi di tensione per punto di misura
Tensione
residua
[%]
90 > u  80
20 <  200
[ms]
200 <  500
[ms]
500 <  5000
[ms]
5000<  60000
[ms]
Totale
37,7
5,5
2
0,1
45,3
80 > u  70
19,9
4,1
0,7
0
24,7
70 > u  40
38,8
6,6
0,8
0,1
46,3
40 > u  5
12,5
2,6
0,4
0
15,5
5>u1
Totale
0,3
0
0
0
0,3
109,2
18,8
3,9
0,2
132,1
Le celle gialle corrispondono all'immunità definita per la classe 2 (51% di eventi);
le celle gialle+verdi all'immunità per la classe 3 (82% di eventi)
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Analisi su base regionale (reti NC - dati 2007)
450
Numero medio annuo
400
350
300
250
200
150
100
50
A
Ve
ed
ne
ia
to
na
zio
na
le
M
TA
To
sc
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a
cil
ia
Si
La
zio
Li
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M
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G
FV
Ab
ru
zz
o
Ca
la
br
ia
Ca
m
Em
pa
ilia
ni
a
Ro
m
ag
na
0
Numero medio annuo di buchi di tensione per regione (semisbarre MT in reti a
neutro compensato). (FVG = Friuli Venezia Giulia; TAA = Trentino Alto Adige)
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30
M
A
ed
V
ia ene
na
t
zi o
on
al
e
TA
87,6
12,4
81,8
84,5
82
15,5
18
84,2
73,1
90,5
18,2
15,8
26,9
9,5
83,7
90,3
9,7
16,3
88,7
11,3
74,2
87,3
12,7
25,8
88,2
11,8
81,2
82,7
17,3
18,8
84,8
15,2
M
ed V
ia en
na eto
zio
na
le
TA
A
56,6
49,4
55,7
41,9
49,4
60,2
44,3
25,8
33,3
57,9
45,2
40
G
La
zio
Li
Lo gu r
m ia
ba
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M
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Pi
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ci
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sc
an
a
80,2
0
19,8
20
86,3
40
13,7
60
FV
br
uz
C zo
al
a
Em Ca bria
m
ilia
p
R ania
om
ag
na
[%]
37,3
32,9
42,9
55,3
42,9
52,1
57,1
44,7
57,1
47,9
46,9
43,4
50,6
44,3
58,1
50,6
39,8
55,7
74,2
66,7
42,1
54,8
62,7
67,1
60
A
CESI RICERCA
La
zio
Li
Lo gu r
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M
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Pi
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on
te
Pu
g
S a lia
rd
eg
na
Si
c
To ilia
sc
an
a
20
53,1
[%]
80
FV
G
Ab
ru
z
Ca zo
la
Em Ca bria
m
ilia
pa
Ro nia
m
ag
na
Analisi su base regionale con riferimento alle classi
di immunità (reti NC – dati 2007)
120
100
Area "immunità Classe 2"
Area non "immune"
0
120
100
80
Area "immunità Classe 3"
Area non "immune"
31
Swells (sovraelevazioni di tensione)
• Cosa dice la norma
La misura e i criteri di elaborazione e di aggregazione delle
sovraelevazioni di tensione sono in corso di implementazione
nel Sistema di Monitoraggio in MT (QuEEN)
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32
Interruzioni della tensione di alimentazione
Cosa dice la norma
• Interruzioni lunghe (> 3 min):
CEER Benchmarking Report on Quality Supply
• Interruzioni brevi ( 3 min):
introduzione delle interruzioni transitorie (VSI) o microinterruzioni
nei criteri di aggregazione degli eventi
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33
Interruzioni della tensione di alimentazione
Il Sistema di
monitoraggio in MT
(QuEEN) già
prevede la
suddivisione tra
interruzioni brevi e
transitorie
CESI RICERCA
34
Variazioni rapide di tensione
Cosa dice la norma
 viene fornita la definizione delle variazioni rapide di tensione e si
rimanda alla EN 61000-3-3 per maggiori informazioni
 sia la EN 61000-3-3 che la EN 61000-4-30 non forniscono un
criterio univoco e definito per la misura delle variazioni rapide
 l’ampiezza delle variazioni di tensione nei sistemi in MT , in
condizioni di normale esercizio, generalmente non supera 4% di
Uc, ma variazioni di breve durata fino a 6% di Uc possono
verificarsi alcune volte durante la giornata
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35
Variazione rapida : CEI EN 61000-4-30
“Brusca transizione nella tensione efficace
tra due condizioni stazionarie"
CESI RICERCA
36
Variazioni rapide di tensione
Criterio implementato nel Sistema di monitoraggio MT
Oltre alla variazione U si individuano i valori di tensione Ue1 e Ue2, i rispettivi
istanti di accadimento (te1, te2) e la durata complessiva della variazione (t2-t1)
CESI RICERCA
37
Variazioni rapide di tensione
Caratterizzazione dei carichi che producono variazioni rapide
della tensione in termini di parametro Kt
Sutente  Kt  Sutente
La variazione di potenza Sutente richiesta nel funzionamento ordinario
è in generale funzione della tipologia specifica dell’utenza e causa
variazioni rapide di tensione nel nodo di consegna
u rete
S utente

S cc
È possibile confermare o rivedere le ipotesi sui Kt a partire da
rilievi sperimentali e statisticamente significativi?
CESI RICERCA
38
La scelta dei nodi del sistema di monitoraggio è adeguata ai
fini della conferma sperimentale di Kt?
Analisi dei punti di misura “lungo linea”
Siti caratterizzati da
variazioni rapide [%]
Siti senza misura della
corrente [%]
Siti caratterizzati da
variazioni rapide "utili" [%]
(prodotte da variazioni del
carico nel nodo in esame)
Marzo
Ottobre
40
33,5
11
6
4
6,5
Per la conferma sperimentale dei valori di Kt
occorrerebbe ridefinire l’installazione delle
unità di misura cercando una
rappresentazione statisticamente significativa
delle diverse taglie e tipologie di utenza MT
CESI RICERCA
39
Conclusioni
Il Sistema di monitoraggio italiano in MT è in esercizio da 2 anni già secondo le
linee guida sulle campagne di misura del prEN 50160
È previsto un prolungamento della campagna di misura per altri 2 anni al fine di
verificare l’effetto dell’azione regolatoria sulla qualità della tensione
 È in corso di implementazione nei criteri di elaborazione ed aggregazione dati del
Sistema di monitoraggio l’integrazione delle indicazioni contenute nel prEN 50160
Si stanno sperimentando nuove tecniche per incrementare ulteriormente
l’affidabilità dei dati e le metodologie di misura della qualità della tensione nei
sistemi in MT
Si stanno mettendo a punto nuove metodologie di elaborazione statistica dei dati
per approfondire ulteriormente l’influenza dei parametri di rete sulla qualità della
tensione
Si sta valutando la fattibilità dell’estensione del monitoraggio in alcuni punti della
rete di bassa tensione al fine di correlare i parametri della qualità con quelli in media
tensione
CESI RICERCA
40