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
