Power Quality
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Corso di Elementi di ingegneria elettrica di potenza Angelo Baggini [email protected] 9. Introduzione al PQ Corso di Elettrotecnica NO Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Introduzione> Power quality? Introduzione> Prodotto - Energia elettrica • Aspetti tecnici • Qualità? • Aspetti economici • "Qualità è l'insieme delle proprietà e delle caratteristiche di un prodotto o di un servizio che conferiscono ad esso la capacità di soddisfare le esigenze espresse o implicite". (UNI ISO 8402) Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza • Azioni del produttore • Azioni del consumatore Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 1 Introduzione> Disturbi (non qualità) Disturbi> Interruzioni dell'alimentazione • Interruzioni dell'alimentazione • Variazioni della tensione • Dissimmetrie • Flicker • Tensioni e correnti distorte Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Guasti sulla rete pubblica (rif. MT) Lunga durata: aerea: 2 ÷ 4 1/y in cavo: 5 1/y (100 km) µ Interruzioni (<1s):aerea: 30 ÷ 40 1/y in cavo: -Guasti interni all'impianto Dipende Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Disturbi> Variazioni della tensione Disturbi> Dissimmetrie Presenza di carichi fortemente squilibrati Impedenze non simmetriche della linea di alimentazione Grado di dissimmetria S = 100 ⋅ Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza U2 U1 (%) Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 2 Distorsione della corrente e della tensione - 1 Disturbi> Flicker 1 0,8 0,6 Carico Lineare 0,4 0,2 0 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 Variazioni rapide e ripetitive della tensione Forni ad arco Saldatrici a punti Carichi intermittenti in genere carico linea Livelli di severità PST: short term PLT: long term Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Distorsione della corrente e della tensione - 2 Carico NON Lineare Distorsione della corrente e della tensione - 3 Carico NON Lineare linea Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza carico carico linea Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 3 Distorsione della corrente e della tensione – 4 Disturbi> Tensioni e correnti distorte - 5 Tasso individuale di armonica Dn = 100 an (%) a1 Tasso globale di distorsione (THD) Dt = Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 8 2 Grado di disturbo 10 5 7 11 13 17 19 23-25 >25 6 5 3,5 3 2 1,5 1,5 * 8 7 5 4,5 4 4 3,5 Dispari (non multiple di 3) THD 3 = ∞ an ∑( a n =2 )2 (%) 1 Situazione Normativa> EN 50160 - Caratteristiche della tensione Dispari (non multiple di 3) THD 1 n =2 2 n Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Disturbi> Tensioni e correnti distorte - 6 Grado di disturbo ∞ ∑D ** Pari 9 15 21 >21 2 4 6-10 >10 1 8 5 1,5 0,3 0,2 0,2 2 1 0,5 0,2 2 10 6 2,5 2 1,7 1 3 1,5 1 1 fn (sist. interconnessi) 50 Hz * 1 % (95% del tempo) 50 Hz +4-6 % (100% del tempo) Vn (dal 2003) 230/400 * 10% (95% del tempo) Flicker PLT < 1 (95% del tempo) Buchi di tensione (10 ms-1 min) < 1000 all'anno Interruzioni brevi (< 3 min) centinaia all'anno Interruzioni lunghe (> 3 min) Armoniche di tensione < 50 all'anno THD ≤ 8% (95% del tempo) * = 0,2 + 12,5/n (detto n l'ordine di armonicità) ** = 3,5 - 1,0 (decrescente con la frequenza) Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 4 Effetti sui componenti dell'impianto • • • • • • • • • Effetti> Trasformatori di potenza Trasformatori di potenza Reattori Motori asincroni Motori sincroni Batterie di condensatori Cavi per energia Impianti di illuminazione Sistemi elettrici di elaborazione Impianti di terra Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Interruzioni Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte Correnti distorte → corrente di inserzione → perdite a vuoto → dissimmetria secondarie → perdite a vuoto → perdite dovute al carico → risonanza Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Effetti> Motori asincroni Effetti> Reattori Interruzioni Interruzioni Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte Correnti distorte Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza → perdite (derivazione) → saturazione → perdite (derivazione) → perdite (serie) → risonanza Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte Correnti distorte → sollecitazioni termiche → sollecitazioni dielettriche (µ) → poco sensibile → sollecitazioni termiche → Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 5 Effetti> Motori sincroni Interruzioni perdita del passo → sovracorrenti → poco sensibile → sollecitazioni termiche → Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte Correnti distorte Effetti> Batterie di condensatori (1) • • • • • Interruzioni Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte → entro 10% → entro 10% → In = n ω C Un → sollecitazioni dielettriche (L) → sollecitazioni termiche • Correnti distorte Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Effetti> Cavi per energia (1) Effetti> Cavi per energia (2) Correnti distorte • Effetto pelle:aumento della R aumento della X → cadute di tensione 6 Interruzioni Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte Correnti distorte Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 5 4 Rca/Rcc 3 2 1 0 0 → sollecitazioni termiche → cadute di tensione 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Dimensionamento dei conduttori di Ö fase Õ Ö neutro Õ Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 6 Richiami teorici Carico lineare equilibrato Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Richiami teorici Carico NON lineare “equilibrato” Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Richiami teorici Carico lineare NON equilibrato Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Richiami teorici Armoniche omopolari Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 7 Criteri di dimensionamento IEC 364-5-523 Appendice D Portata di un cavo con quattro conduttori caricati in cui la corrente nel quarto conduttore è dovuta alle armoniche Corrente di terza Valore selezionato Valore selezionato armonica nella fase in base alla in base alla (%) corrente di fase corrente di neutro 0-15 1,00 15-33 0,86 33-45 0,86 45 1,00 Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Esempio Circuito trifase con un carico nominale di 32 A da alimentare usando un cavo multipolare isolato in EPR a 4 anime in rame posato in tubo in aria • Assenza di armoniche – scelta in funzione della corrente di fase – ⇒ 4 mm2 (portata 35 A ex tab. CEI UNEL 35024/1:1997-06) Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Esempio Esempio Ufficio 1 3 h = 22% Ufficio 2 3 h = 42% − IN = 32 · 0,22 · 3 = 21,1 A − IF = 32 A − IN < IF scelta in funzione della corrente di fase − corrente di fase equivalente − IN = 32 · 0,42 · 3 = 40,3 A − IF = 32 A − IN > IF scelta in funzione della corrente di neutro − corrente di neutro equivalente 32 = 37,2A 0,86 40,3 = 46,9A 0,86 − ⇒ 6 mm2 (portata 44 A ex tab. CEI UNEL 35024/1:1997-06) Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza − ⇒ 10 mm2 (portata 60 A ex tab. CEI UNEL 35024/1:1997-06) Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 8 Esempio Effetti> Apparecchi di illuminazione Illuminazione FLC 3 h = 72% + 9 h = 33,9% + … − IN = 32 · 1,31 · 3 = 125,76 A − IF = 32 A − IN < IF scelta in funzione della corrente di fase − corrente di neutro equivalente 125,76 = 125,76A 1 − ⇒ 35 mm2 (portata 128 A ex tab. CEI UNEL 35024/1:1997-06) Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte Correnti distorte Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza → durata → flusso di vita luminoso → fastidio nell'uomo Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza Effetti> Sistemi elettronici di elaborazione Interruzioni Interruzioni Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte Correnti distorte →perdita dati → blocco processo → perdita dati → blocco processo → funzionamento non corretto Effetti> Impianti di terra Interruzioni Variazioni tensione Dissimmetrie Flicker Tensioni distorte + filtri passivi → correnti disperse → sicurezza → riferimento per strumenti Correnti distorte Angelo Baggini - Corso di Elementi di Ingegneria Elettrica di potenza 9
