caratteristiche tecniche e funzionali degli apparati

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CARATTERISTICHE TECNICHE E FUNZIONALI DEGLI
APPARATI EQUILIBRATORI DI CARICO
Storia delle revisioni
Rev.00
04/03/2004
Rev. 01
16/06/2004
Adeguamento precisioni apparati e modalità di misura
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Indice
1.
SCOPO __________________________________________________________________________ 3
2.
CAMPO DI APPLICAZIONE________________________________________________________ 3
3.
RIFERIMENTI ___________________________________________________________________ 3
4.
FINALITÀ DEL PIANO DI ALLEGGERIMENTO DEL CARICO _________________________ 3
5.
CARATTERISTICHE TECNICHE E FUNZIONALI DEGLI APPARATI DI EQUILIBRATURA
DEL CARICO__________________________________________________________________________ 4
5.1
Caratteristiche generali delle apparecchiature ______________________________________________ 4
5.2
Dettaglio delle caratteristiche funzionali ___________________________________________________ 5
5.2.1
5.2.2
5.3
Misura della frequenza e della derivata della frequenza ______________________________________________ 6
Misura della tensione e della derivata di tensione ___________________________________________________ 7
Altre caratteristiche degli apparati ________________________________________________________ 7
6.
MONITORAGGIO_________________________________________________________________ 8
7.
APPARATI DESTINATI ALLA CREAZIONE DI ISOLE DI CARICO AUTONOME __________ 8
8.
MODALITÀ DI INSERZIONE DEGLI APPARATI______________________________________ 9
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1.
SCOPO
Il documento descrive le caratteristiche tecniche e funzionali degli apparati equilibratori di carico
per l’attuazione del Piano di Alleggerimento, sistema di difesa ad intervento automatico, nello stato
di funzionamento in emergenza del sistema elettrico, principalmente caratterizzato da separazioni
di rete.
La suddetta descrizione è destinata all’acquisizione di apparati che soddisfino le esigenze del
Piano di Alleggerimento del carico e dei sistemi per la creazione di isole di carico autonome.
2.
CAMPO DI APPLICAZIONE
Le prescrizioni contenute nel presente documento riguardano gli apparati, residenti nelle Cabine
Primarie della rete di Distribuzione, negli impianti di produzione elettrica e nelle Stazioni della Rete
di Trasmissione, che costituiscono e attuano il Piano di Difesa e il sistema di protezione della rete
elettrica come descritto nei documenti [A.11], [A.9] e [A.12].
3.
RIFERIMENTI
[A.11]
Criteri generali per la taratura delle protezioni delle reti a tensione
uguale o superiore a 120 kV
IN.S.T.X.1005
[A.9]
Piani di difesa del sistema elettrico
DRRPX04052
[A.12]
Criteri di taratura dei relè di frequenza del sistema elettrico
DRRPI04050
4.
FINALITÀ DEL PIANO DI ALLEGGERIMENTO DEL CARICO
L'insorgenza di fenomeni di instabilità transitoria o di sovraccarico sulle sezioni critiche della RTN
può condurre, in scenari di rete particolarmente critici, alla formazione di una o più aree elettriche
indipendenti; l'area o le aree rimaste isolate (precedentemente in importazione) saranno
caratterizzate da un deficit di generazione rispetto al carico, inferiore o uguale al transito
preesistente sulla sezione di separazione.
Il Piano di Alleggerimento è progettato per controllare la frequenza agendo sulle seguenti utenze:
•
•
•
impianti di produzione idroelettrici in funzionamento in Pompaggio;
impianti di consumo di tipo industriale alimentati dalle reti ad Alta Tensione;
carichi domestici ed industriali alimentati dalle reti di distribuzione a Media ed Alta
Tensione.
Il distacco delle utenze avviene tramite relè dedicati (EAC: Equilibratore Automatico di Carico) che
elaborano le seguenti grandezze:
•
•
frequenza [Hz];
derivata della frequenza [Hz/s].
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L’introduzione della derivata della frequenza è motivata dall’esigenza di arginare rapidamente
fenomeni causati da ingenti deficit di potenza.
5.
CARATTERISTICHE TECNICHE E FUNZIONALI DEGLI APPARATI DI
EQUILIBRATURA DEL CARICO
5.1
Caratteristiche generali delle apparecchiature
Le esigenze di precisione della misura richiedono che:
• l’errore nella misura della frequenza non deve essere superiore a ±10 mHz;
• l’errore di misura della derivata non sia superiore a ± 0,05 Hz/s (misura eseguita su 10
cicli).
Tali valori devono considerare tutte le componenti delle misure includendo, ad esempio, gli errori
di tipo sistematico, di campionamento dovuti al rumore e all’eventuale flicker, e quelli dovuti alla
deriva in funzione della temperatura e dell’invecchiamento.
I campi di misura richiesti devono essere almeno di 45.0 ÷ 55.0 Hz, per la frequenza, e di almeno
± 5.0 Hz/s per la sua derivata nel tempo.
I valori di taratura devono poter essere impostati con un passo di:
• ≤50 mHz per la frequenza;
• ≤100 mHz/s per la sua derivata.
Il ritardo della misura della derivata della frequenza, dovuto alle operazioni di filtraggio e alle
modalità con cui la stessa è eseguita, definibili parzialmente come parametri di taratura, non
devono causare ritardi di intervento maggiori di 250 ms considerando la misura eseguita su 10
cicli.
L’apparato deve disporre di una interfaccia uomo-macchina che oltre a permettere l’impostazione
e la lettura dei valori di taratura e delle funzionalità richieste, deve mostrare il suo stato di
funzionamento e un elenco cronologico degli ultimi eventi. Ad esempio, è richiesta la
visualizzazione: dei valori misurati, cioè tensione e frequenza (anche in p.u.), dei valori di taratura
impostati e di quelli che hanno causato l’intervento.
Alle apparecchiature è richiesto il funzionamento in automatico per il distacco del carico nello stato
di funzionamento in emergenza del sistema elettrico. Pertanto, devono possedere delle elevate
caratteristiche di affidabilità. Quindi, gli obiettivi richiesti alle apparecchiature sono:
•
•
minima possibilità di intervento intempestivo; a tale riguardo devono essere previsti
adeguati sistemi di trattamento dei segnali alternati di ìngresso in modo da opporre una
efficace barriera contro i disturbi elettromagnetici;
costante attività di auto-diagnosi con segnalazione dell’esito della stessa. Al momento della
rilevazione di una anomalia, deve essere visualizzato uno stato di allarme con il blocco di
tutti i segnali di uscita per evitare interventi intempestivi;
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•
disponibilità delle funzioni implementate ad associazioni logiche (ad esempio, soglia di
frequenza associata in AND/OR alla soglia di derivata di frequenza) in modo da adattare
flessibilmente gli apparati alle diverse esigenze di rete.
Il generico apparato equilibratore automatico del carico deve essere realizzato per l’utilizzo negli
impianti che appartengono, o sono alimentati, dalla rete a tensione superiore a 120 kV. Pertanto,
la sua installazione è all’interno delle Cabine Primarie delle reti di distribuzione, nelle Stazioni delle
reti di trasmissione e nei relativi Chioschi, per comandare lo scatto degli interruttori delle reti a
media e alta tensione.
Le condizioni di installazione sono quelle caratteristiche degli impianti precedentemente indicati
con temperature di funzionamento comprese nel campo tra –10 °C e 55 °C.
L’apparato e le sue parti devono essere realizzati in conformità alle norma CEI ed IEC applicabili.
Il Fornitore dovrà inoltre comprovare la conformità almeno ai seguenti standard, dettagliando la
tipologia di test eseguiti:
•
•
•
•
IEC60255-5 (isolamento): test di isolamento, prove ad impulso;
IEC60255-22 (EMC); IEC60255-22-1; IEC61000-4-3; CEI EN 61000-4-3/IS1; Classe III;
IEC60255-22-4; IEC61000-4-4; IEC61000-4-6; IEC61000-4-8; CEI EN 61000-4-8/A1; CEI
EN 61000-4-2; CEI EN 61000-4-12; CEI EN 61000-4-5; CEI EN 61000-4-5/A1; CEI EN
61000-4-10; CEI EN 61000-4-10/A1; CEI EN 61000-4-29; CEI EN 61000-4-16; CEI EN
61000-4-16/A1; CEI EN 61000-4-6/A1; CEI EN 61000-4-6/IS1;
IEC60255-21; IEC60068-2; CEI EN 60068-2-6; CEI EN 60068-2-64; stress meccanici;
CEI EN 60068-2-1; CEI EN 60068-2-2; CEI EN 60068-2-14; CEI EN 60068-2-78:
climatiche.
Ad ogni apparato è richiesto di controllare contemporaneamente più soglie di intervento in
frequenza e derivata. Ad esse, su espressa richiesta del committente, possono essere associate
più soglie di intervento di minima tensione e di derivata di tensione.
Il Fornitore dovrà chiaramente indicare la metodologia e l’algoritmo di calcolo implementato
(specificando, tra l’altro, l’eventuale utilizzo di algoritmi basati su medie mobili, la frequenza di
campionamento, il numero di campioni processati e i sistemi di filtraggio) sull’apparato con
riferimento a:
• misura di frequenza;
• misura della derivata della frequenza;
• misura della tensione;
• misura della derivata di tensione.
5.2
Dettaglio delle caratteristiche funzionali
E’ una caratteristica preferenziale (vedi sopra) la capacità di intervento multipla su almeno 4 soglie
di intervento. Ogni soglia deve poter essere tarata con un valore di minima frequenza, mentre per
alcune di esse è considerata una caratteristica preferenziale la taratura anche per massima
frequenza.
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Ognuna delle 4 soglie deve avere un valore tarabile in derivata di frequenza utilizzabile insieme, o
indipendentemente, alla funzione di intervento per minima (massima) frequenza.
Ogni soglia può essere esclusa oppure può essere esclusa la sola funzione in derivata di
frequenza.
Su esplicita indicazione del committente possono essere richieste ulteriori 2 soglie di intervento,
entrambe tarabili, per il controllo della tensione concatenata e della sua derivata. Ciascuna soglia
deve avere almeno un temporizzatore per impostare il ritardo di intervento in funzione delle
caratteristiche delle funzioni controllate. Devono inoltre essere adottati adeguati accorgimenti per
evitare la possibilità di interventi intempestivi su guasti in rete; tra tali accorgimenti ricordiamo, ad
esempio, l’esecuzione di misure basate sulla presenza della sola componente di sequenza
positiva oppure l’intervento per una eguale variazione della tensione su tutte le fasi misurate.
Infine devono essere tarabili dal Titolare dell’impianto:
• la frequenza nominale della rete;
• la minima tensione operativa per le soglie di frequenza, di derivata di frequenza e, se
richiesta, per la soglia di derivata di tensione.
L'interfaccia uomo-macchina deve essere strutturata sui seguenti livelli :
• interfaccia a bordo apparato costituita da tastiera funzionale, display per la programmazione
locale e da un numero adeguato di segnalazioni Led.
• porta seriale frontale RS232 per l'interfacciamento locale dell'apparato con un Personal
Computer
• porta seriale RS485 con protocollo IEC60870-5-103 per la comunicazione remota.
Ogni apparato deve essere corredato di quanto necessario per l'interfacciamento locale da
Personal Computer (applicativo SW per PC, eventuali chiavi HW e licenze d'uso, cavo per il
collegamento seriale tra PC e apparato ecc.).
5.2.1
Misura della frequenza e della derivata della frequenza
Dati tecnici relativi alla misura della frequenza
Numero di soglie
4
Campo di taratura
45.00 ÷ 55.00 Hz
Precisione della misura
± 10 mHz
Tempo base di intervento
100 ms
passo di 0,05 Hz
Dati tecnici relativi alla misura della derivata di frequenza
Numero di soglie
4
Campo di taratura
- 5.0 ÷ +5.0 Hz/s
passo di 0,1 Hz/s
Precisione di misura
± 50 mHz/s (con misura eseguita su 10 o più cicli)
Numero dei periodi per la misura
4 ÷ 16 cicli.
Tempo base di intervento
250 ms (con misura eseguita su 10 cicli)
Dati tecnici relativi ad entrambe le misure
Tensione utilizzata
Frequenza di funzionamento
Tensione operativa
Tensione concatenata
40.00 ÷ 60.00 Hz
0. 1 ÷ 0.4 Vn
passo di 0,05 Vn
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5.2.2
Misura della tensione e della derivata di tensione
Dati tecnici relativi alla misura della tensione
Numero di soglie
2
Campo di taratura
0.50 ÷ 1.00 Vn
Precisione della misura
± 0.01 Vn.
Tempo base di intervento
50 ms
Temporizzazione dell’intervento
0.1 ÷ 60.0 s
Precisione della temporizzazione
± 50 ms.
Dati tecnici relativi alla misura della derivata di tensione
Numero di soglie
2
Campo di taratura
- 0.2 ÷ + 0.2 Vn/s
Precisione della misura
± 0.005 Vn/s
Tensione di funzionamento
0.10 ÷ 1.20 Vn
Tempo base di intervento
120 ms
Temporizzazione dell’intervento
0.1 ÷ 60.0 s
Precisione della temporizzazione
± 50 ms.
Dati tecnici relativi ad entrambe le misure
Tensione utilizzata
Tensione operativa
passo di 0,05 Vn
passo di 0,05 s
passo di 0,01 Vn/s
passo di 0,05 s
Tensione concatenata
0.30 ÷ 0.80 Vn oppure esclusa
passo di 0,05 Vn
5.3 Altre caratteristiche degli apparati
Sono riportate nel seguito le principali caratteristiche che stabiliscono l’alimentazione e la
connessione delle apparecchiature EAC al resto degli apparati all’interno dell’impianto per il
prelievo delle misure e l’invio dei comandi nonché le prescrizioni di funzionamento e di protezione
che gli apparati devono soddisfare con riferimento all’ambiente esterno .
Alimentazioni possibili:
Tensione nominale Vn
24/48 110/125 220/250 Vdc
Tensione alternata di ingresso
Tensione nominale Vn impostabile
Sovraccaricabilità permanente
Sovraccaricaricabilità di durata ≤ 10 s
Autoconsumo a Vn
100, 110 o 400 Vca (da definire in sede d'ordine)
1,25 Vn
2 Vn
≤ 1.0 VA
Relè e contatti in uscita
Numero di relé
6, ciascuno con contatti di uscita programmabili
Tensione nominale di lavoro
110 Vdc
Limite di sovraccarico continuo
5A
Limite di sovraccarico per 0.5 s
30 A
Un relè dovrà essere cumulativo (OR) di tutti gli scatti impartiti dall’apparecchiatura
Interfaccia uomo-macchina
Segnalazioni Led
Interfaccia locale
Interfaccia remota
8 led di cui almeno 4 programmabili
porta seriale frontale RS232
porta seriale RS485 con protocollo IEC60870-5-103
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Anomalia apparato
Segnalazione locale e remota (contatto di uscita a 110 V) che indichi un guasto interno all’apparecchiatura
Sincronizzazione
Formato orologio/datario interno
Aggiornamento orologio/datario
AAAA:MM:DD– HH:MM:SS
tramite porta seriale RS232 con PC esterno
Caratteristiche ambientali
Temperatura di funzionamento
Umidità relativa massima
Grado di Protezione
-10 °C ÷ +55°C.
≤ 93%.
almeno IP51
6.
MONITORAGGIO
E’ importante per il monitoraggio dei disturbi del sistema elettrico, e per la ricostruzione dei
disservizi, che negli impianti sede di apparati equilibratori del carico sia presente una funzione di
registrazione dei transistori di frequenza.
Il relè dovrà gestire la comunicazione e scambio dati tramite protocollo IEC870-5-103.
In ogni impianto almeno un apparato di alleggerimento dove poter monitorare costantemente le
grandezze in ingresso ed eseguire la registrazione delle stesse a partire dal momento in cui è
violata una delle soglie di intervento.
La registrazione deve durare un tempo sufficientemente lungo per permettere l’analisi dei
fenomeni in corso, con un minimo di 20 secondi, e deve essere retroattiva all’evento scatenante di
almeno 5 secondi.
Nella registrazione devono poter essere distinguibili tutti gli istanti di attivazione delle soglie di
intervento.
L'apparato deve essere in grado di memorizzare gli ultimi 10 eventi e le ultime 5 registrazioni di
guasto, con una risoluzione di 1ms, in memoria circolare con interrogazione da interfaccia a bordo
apparato e locale tramite PC.
7.
APPARATI DESTINATI ALLA CREAZIONE DI ISOLE DI CARICO AUTONOME
L’isola di carico è una porzione di rete ancora in esercizio in regime isolato dal resto del sistema
elettrico. E’ costituita da una o più impianti di produzione che continuano ad alimentare dei carichi,
generalmente connessi alle reti di distribuzione o appartenenti a impianti di consumo di tipo
industriale. L’isola di carico può formarsi in autonomia o in conseguenza dell'intervento di un
sistema di difesa che, in presenza di perturbazioni nel sistema elettrico, separa automaticamente
una porzione di rete contenente generazione e carichi in quantità approssimativamente bilanciata.
La creazione di un’isola di carico, anche nel caso di un singolo impianto di consumo, deve essere
coordinata all’interno del Piano di Difesa ed è sempre realizzata su disposizione di Terna.
Per soddisfare i requisiti indicati sono necessari apparati con caratteristiche simili a quelli destinati
al Piano di Alleggerimento e descritti nei capitoli precedenti. Si noti, tuttavia che la logica di
attivazione potrebbe includere anche la misura dell’entità e del verso della potenza attiva.
Pertanto, gli apparati dedicati alla creazione di isole di carico devono poter acquisire misure di
potenza attiva oppure interfacciarsi efficacemente con altri apparati per la realizzazione di logiche
di intervento composite.
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8.
MODALITÀ DI INSERZIONE DEGLI APPARATI
Gli apparati equilibratori posso essere influenzati negativamente dai disturbi dell’esercizio, esterni
agli eventi per cui sono stati installati, di cui il più insidioso è un guasto in rete. Questi disturbi non
devono mai causarne l’intervento.
La corretta installazione degli apparati equilibratori del carico non è quindi scontata: può variare da
impianto ad impianto ed essere funzione anche delle reti su cui questi agiscono.
In genere, l’installazione con le migliori caratteristiche è quella che prevede la misura della
tensione concatenata delle sezioni BT delle Cabine Primarie, qualora l’apparato sia destinato alle
reti di distribuzione. Tuttavia, tale collegamento non è esclusivo, infatti sono previsti apparati per
Stazioni a 380-220-150-132 kV e questi possono prelevare la misura dalle sbarre AAT ed AT.
Per la risoluzione di questo problema si prescrive che il Fornitore degli apparati descriva la
tipologia di inserzione più opportuna per il proprio prodotto, ricavandola sulla base dell’esperienza
acquisita.
Il Titolare degli impianti è tenuto ad eseguire un periodo di prova della durata di almeno 2
settimane in cui gli apparati devono essere installati secondo le indicazioni del Fornitore e la
migliore tecnica in uso, ma non devono essere connessi ai circuiti di comando. Alla fine di questo
periodo saranno correlati i disservizi delle reti elettricamente limitrofe, ad ogni livello di tensione,
con gli eventuali interventi dell’apparato. L’analisi deve guidare alle opportune scelte impiantistiche
e di taratura dei filtri e del numero dei cicli di misura degli apparati.