Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Normativa:Qualità del servizio elettrico • EN 50160 • Delibera AEEE ARG/elt 198/11 (TIQE) • CEI 0-16 / CEI 0-21 Normativa: Strumentazione • IEC EN 61000-4-30 • IEC 61557-12 Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Normativa: Audit energetici • UNI CEI EN 16247-1:2012 specifica i criteri relativi a "Diagnosi energetiche - Parte 1: Requisiti generali". La norma definisce i requisiti generali comuni a tutte le diagnosi energetiche: in particolare i requisiti per specifiche diagnosi energetiche relative a edifici, processi industriali e trasporti, • UNI CEI 11352 "Gestione dell'energia - Società che forniscono servizi energetici (ESCo) - Requisiti generali e lista di controllo per la verifica dei requisiti" è la norma italiana che stabilisce i requisiti minimi per le società che vogliono svolgere il ruolo di Energy Service Company (ESCo). La norma delinea i requisiti minimi dei servizi di efficienza energetica e le capacità (organizzativa, diagnostica, progettuale, gestionale, economica e finanziaria) che la ESCo deve possedere per poter offrire tali attività presso i propri clienti: assegna inoltre una lista di controllo per la verifica delle capacità delle ESCo. Tra i requisiti va ricordato la richiesta di avere un Esperto in Gestione dell'Energia (EGE, certificato secondo la norma UNI CEI 11339 o in possesso dei requisti richiesti) nel proprio organico. • La norma UNI CEI 11339:2009 "Gestione dell’energia. Esperti in gestione dell'energia. Requisiti generali per la qualificazione" è la norma che stabilisce i requisiti perché una persona possa diventare Esperto in Gestione dell'Energia.Il Decreto legislativo 115/2008, concernente l'efficienza negli usi finali dell'energia e i servizi energetici, prevede all'art. 16, inerente alla qualificazione dei fornitori e dei servizi energetici, la certificazione volontaria degli Esperti in Gestione dell’Energia allo scopo di promuovere Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160: “Caratteristiche della Tensione fornita dalle Reti Pubbliche di Distribuzione dell’Energia Elettrica.” Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Generalità Specifiche in condizioni di esercizio normale su • Frequenza • Valori RMS della Tensione: o Variazioni della tensione di Alimentazione o Buchi di Alimentazione/sovratensione o Interruzione di Alimentazione o Flicker • Forma d’onda della Tensione (Armoniche) • Fase delle Tensioni (Squilibrio) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica 50160- Generalità • frequenza; • ampiezza; • forma d’onda; • simmetria delle tensioni trifase, Queste caratteristiche, durante il normale esercizio di un sistema elettrico, sono soggette a variazioni aleatorie sia in termini di tempo che di posizione, a seguito di variazioni del carico, disturbi generati da particolari apparecchiature e dal verificarsi di guasti. Grandezze aleatorie Valutazioni/Limiti su osserv. statistiche Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160- Generalità La norma è applicabile solo in condizioni di esercizio normali Un sistema elettrico è in esercizio normale quando è in grado di soddisfare l’alimentazione del carico, eliminare i guasti e riprendere il servizio con mezzi e procedimenti ordinari Sono escluse le condizioni al di fuori del controllo del fornitore: • condizioni climatiche eccezionali ed altri disastri naturali; • interferenze da parte di terzi; • deficit di potenza dovuti ad eventi esterni; • atti delle autorità pubbliche. • ecc.. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.14 Frequenza nominale Valore nominale della frequenza della tensione di alimentazione 3.16 Tensione nominale Un Tensione con la quale una rete di alimentazione è caratterizzata o identificata e alla quale si riferiscono alcune caratt. di funzionamento (Il DL N°1 del 24/01/2012 fissa in Italia la Tensione nominale BT a 230/400V) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.23 Buco di Tensione Riduzione temporanea della tensione efficace in un punto nel sistema di alimentazione elettrica al di sotto di una soglia di inizio specificata • NOTA 1 Applicazione: la soglia di inizio del buco è uguale al 90 % della tensione di riferimento. • NOTA 2 Tipicamente, un buco è associato alla presenza e alla fine di un cortocircuito o di un altro aumento eccessivo di corrente nel sistema o negli impianti ad esso connessi. • NOTA 3 Un buco di tensione è un disturbo elettromagnetico a due dimensioni, il cui livello è determinato sia dalla tensione che dal tempo (durata). Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.24 Durata del Buco di Tensione Tempo tra l’istante in cui la tensione efficace in un punto particolare di un sistema di alimentazione elettrica cade al di sotto della soglia di inizio e l’istante in cui risale fino alla soglia di fine evento + isteresi NOTA la durata di un buco di tensione è compresa tra 10 ms fino a 1 min compreso. NOTA Per gli eventi polifase, un buco inizia quando una tensione cade al di sotto della soglia di inizio del buco e termina quando tutte le tensioni sono uguali o superiori alla soglia di fine del buco + isteresi NOTA L’isteresi è generalmente pari al 2% Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.19 Interruzione dell'Alimentazione Condizione nella quale la tensione ai terminali di fornitura è inferiore al 1 % della tensione di riferimento su tutte le fasi (altrimenti, essa è considerata un buco di tensione) NOTA - Classificazione: un’interruzione di alimentazione può essere classificata come: a) programmata, quando gli utenti della rete sono stati prec. avvertiti b) accidentale, causata da guasti transitori o permanenti, principalmente legati ad eventi esterni, a guasti di apparecchiature o a interferenze di terzi. Un’interruzione accidentale è classificata come: 1) interruzione lunga (maggiore di 3 minuti); 2) interruzione breve (fino a 3 min compreso). Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 Buchi di Tensione Interruzioni brevi Interruzioni lunghe Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.29 Sovratensione temporanea a frequenza di rete Aumento temporaneo della tensione efficace in un punto del sistema di alimentazione elettrica al di sopra di una soglia di inizio specificata NOTA la soglia di inizio della sovraelevazione di tensione è uguale al 110 % della tensione di riferimento NOTA Una sovraelevazione di tensione è un disturbo elettromagnetico a due dimensioni, il cui livello è determinato sia dalla tensione che dal tempo (durata). NOTA Le sovraelevazioni di tensione possono apparire tra le fasi o tra le fasi e terra. A seconda dell’assetto del neutro, i guasti verso terra possono dare luogo anche a sovratensioni tra le fasi sane e il neutro. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.30 Durata della sovraelevazione di tensione Tempo tra l’istante in cui la tensione efficace in un punto particolare di un sistema di alimentazione elettrica supera la soglia di inizio e l’istante in cui essa cade al di sotto della soglia di fine - isteresi NOTA la durata di un buco di tensione è compresa tra 10 ms fino a 1 min compreso. NOTA L’isteresi è generalmente pari al 2% Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.3 Flicker Impressione d’instabilità della percezione visiva indotta da uno stimolo luminoso la cui luminanza o la cui distribuzione spettrale fluttua nel tempo 3.4 Severità del flicker intensità di disturbo del flicker valutata mediante le seguenti quantità: severità di breve durata (Pst) misurata in un intervallo di dieci minuti; severità di lunga durata (Plt) calcolata a partire da una sequenza di dodici valori di Pst su un intervallo di due ore, secondo la formula seguente: Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Armoniche: Concetti Generali 1) Fondamentale 2) Terza Armonica 3) Forma d’onda risultante 1) Forma distorta d’onda 2) Fondamentale 3) Terza armonica Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Armoniche: Concetti Generali Qualsiasi onda periodica non sinusoidale può essere rappresentata tramite una somma di onde sinusoidali ciascuna con frequenza multipla intera della fondamentale secondo la relazione: v(t) V0 Vk sin( k t k ) k 1 dove: V0 = Valore medio di v(t) V1 = Ampiezza della fondamentale di v(t) Vk = Ampiezza della k-esima armonica di v(t) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.6 Tensione Armonica Tensione sinusoidale la cui frequenza è un multiplo intero della frequenza fondamentale della tensione di alimentazione. Le tensioni armoniche possono essere valutate: • Individualmente, secondo la loro ampiezza relativa (Uh) rapportata alla componente fondamentale U1, dove h rappresenta l’ordine di armonica. • Globalmente, per esempio col fattore di distorsione armonica totale (THD) calcolato utilizzando la formula seguente: 40 THD U 2 (U ) h h2 U1 Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Definizioni 3.33 Squilibrio di Tensione in un sistema polifase, condizione nella quale i valori efficaci delle tensioni tra le fasi (componente fondamentale), o gli angoli di fase tra tensioni di fase consecutive, non sono tutti uguali Scomposizione in Terna Diretta, Inversa, Omopolare Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 - Specifiche Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 – Specifiche su freq 4.2.1 Frequenza La frequenza nominale della tensione fornita deve essere di 50Hz. In condizioni di normale esercizio il valore medio della frequenza fondamentale (misurato in un intervallo di 10 secondi): • • per i sistemi con collegamento sincrono ad un sistema interconnesso deve essere compresa nell’intervallo: 50Hz ± 1% durante il 99,5% di un anno 50Hz +4% / -6% durante il 100% del tempo per i sistemi senza collegamento sincrono ad un sistema interconnesso (es. alcune isole) deve essere compresa nell’intervallo: 50Hz ± 2% durante il 95% di una settimana 50Hz ± 15% durante il 100% del tempo Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 – Specifiche su tensione In condizioni normali di esercizio: • durante ciascun periodo di una settimana, il 95 % dei valori efficaci della tensione di alimentazione, mediati nei 10 min, deve essere compreso nell’intervallo Un ± 10% • tutti i valori efficaci della tensione di alimentazione, mediati nei 10 min, devono essere compresi nell’intervallo Un + 10% / -15%. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 – Spec.su Buchi di Tensione I buchi di Tensione andrebbero classificati ma non ne viene fissato il valore limite così come per le interruzioni di alimentazione (in evoluzione) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 – Specifiche su Flicker In condizioni normali di esercizio, per ciascun periodo di una settimana, il livello di severità di lunga durata del flicker Plt, dovuto alle fluttuazioni di tensione, dovrebbe essere inferiore o uguale a 1 per il per il 95 % del tempo. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 – Specifiche su Armoniche In condizioni normali di esercizio, durante ciascun periodo di una settimana, il 95 % dei valori efficaci di ogni singola tensione armonica, calcolati su 10 min, deve essere inferiore o uguale ai valori indicati nella seguente Tabella. La distorsione armonica globale (THD) della tensione di alimentazione (includendo tutte le armoniche fino al 40° ordine) deve essere minore o uguale all’8%. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 – Specifiche su Armoniche Armoniche Dispari Non multiple di 3 Multiple di 3 Ordine h Tensione Ordine h Tensione relativa % relativa % 5 6 3 5 7 5 9 1,5 11 3,5 15 0,5 13 3 21 0,5 17 2 19 1,5 23 1,5 25 1,5 Armoniche Pari Ordine h Tensione relativa % 2 4 6..24 Tab 1: Valori limiti per le ampiezze percentuali delle armoniche. Tabella 1 2 1 0,5 Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica EN 50160 – Specifiche su Squilibrio Tensione In condizioni normali di esercizio, durante ciascun periodo di una settimana, il 95 % dei valori medi efficaci, calcolati su 10 min, della componente a sequenza inversa della tensione di alimentazione deve essere compreso nell’intervallo tra lo 0 % e il 2 % della componente a sequenza diretta. NOTA Calcoli effettuati sulle fondamentali Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva e Armoniche • Passiva (Basso Costo) – Condensatori (Solo Potenza Reattiva) – Filtri accordati (Potenza Reattiva e Armoniche) • Attiva (Costo Elevato) – Filtri Attivi (Potenza Reattiva e Armoniche) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva Circuito Equivalente Monofase Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva Monofase P tg( ) C Rif Tot 2 2fU P tg( ) tg( ) C Rif Parz 2 2fU Formule per il Calcolo della Capacità Monofase di rifasamento Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva Trifase C Rif Tot P tg( ) 2 6fU C C Rif Parz P tg( ) tg( ) 2 6fU C Formule per il Calcolo della Capacità Trifase di rifasamento a Triangolo Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva Effetto indesiderato: introduzione di frequenza di risonanza calcolabile come: f ris S cc 50 Q dove: Scc= potenza di corto circuito della rete nel punto di inserzione condens. Q=Potenza reattiva della batteria di condensatori una Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva Effetto indesiderato della Amplificazione delle Componenti Armoniche nella rete elettrica con Condensatore di rifasamento. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Armoniche: Concetti Generali Concetti Generali: Tipi di Inquinamento Armonico: 1). 2). Distorsione della Tensione di Alimentazione Distorsione della Corrente assorbita dal carico. Queste due cause in genere interagiscono fra loro nel senso che: La presenza di 1) comporta la nascita di 2) e La presenza di 2) comporta la nascita di 1) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Armoniche: Concetti Generali Fattori che determinano la presenza di Armoniche: • Distorsione della Tensione di Alimentazione (caso più raro ma di difficile soluzione se presente): – Trasformatore sottodimensionato – Presenza di grosse utenze costituite da carichi distorcenti (Saldatrici, forni ad arco elettrico, controlli di velocità per motori) allacciate allo stesso trasformatore che alimenta il sistema elettrico in esame. • Distorsione della Corrente assorbita dal carico (caso più comune e risolvibile con opportuni accorgimenti): – Carichi non Lineari come TV, Personal computer, Regolatori di Velocità per motori, trasformatori o motori sovraccaricati, ecc.) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva e Armoniche Compensazione della Distorsione nella corrente assorbita dal carico: Tipi di Filtri Descrizione tipo shunt serie LC Vantaggi Svantaggi Basso costo Attenuazione dipendente Semplicità di calcolo parametri della rete L in serie e C tipo shunt Basso costo Aumento delle cadute Semplicità di calcolo tensione in linea L in serie e serie LC tipo Basso medio Aumento delle cadute shunt Semplicità di calcolo tensione in linea Filtri a risonanza serie+ C Attenuazioni elevate senza Costo significativo per shunt rilevanti incrementi della presenza di trasformatori caduta di tensione Ecc.. dai di di la Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva e Armoniche Circuito Equivalente Monofase con filtri shunt di 3a, 5a, 7a armonica Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva e Armoniche Amplificazione / Attenuazione delle Componenti Armoniche nella rete elettrica con filtri di 3a, 5a e 7a armonica. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Compensazione Potenza Reattiva e Armoniche Effetti introdotti dalla presenza di filtri: • Attenuazione delle componenti armoniche collocate nella banda “oscura” del filtro. • Esaltazione delle componenti armoniche collocate nella banda passante del filtro • Potenza Reattiva Capacitiva alla frequenza di rete Criteri di progetto del filtro: • Compensazione della potenza reattiva • Eliminazione delle componenti armoniche che eccedono i limiti della Tab. I evitando di esaltare componenti armoniche secondarie. Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Dimensionamento di massima dei Filtri 1. Analisi della Rete con strumenti opportuni che siano in grado di determinare il Fattore di Potenza e lo spettro delle armoniche dominanti nella corrente assorbita dal carico. 2. Determinazione del cos() che si intende raggiungere (es. 0,9) 3. Determinazione della Potenza Reattiva Totale Q=P*tg() 4. Ripartizione della potenza reattiva totale Q in tanti termini Qh quanti sono i filtri necessari alla compensazione armonica (tipicamente si rifasa maggiormente con i filtri si ordine armonico basso) 5. Per ogni filtro vale: Q Ch 6. Per ogni filtro vale: h 6fVc 2 1 Lh ( 2fhK f )2 C Kf =0,85 - 0,95 Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Sensibilità dei carichi rispetto alla qualità dell'energia Rispetto alla continuità ed alla qualità dell’alimentazione i carichi possono essere suddivisi in: – carichi sensibili – carichi non sensibili I carichi sensibili possono “soffrire”: – Interruzioni dell’alimentazione – Buchi di tensione – Variazioni di tensione – Sovratensioni – Armoniche – Dissimmetria della tensione di alimentazione Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Sensibilità dei carichi rispetto alla qualità dell'energia Rif Fenomeno Tipologia di Carico/Utilizzatore Problemi connessi 1) Buco di tensione V ≤ 30% Vn t ≤ 60÷100ms Apparati di controllo processo, elaboratori Arresti, anomalie di processo Azionamenti a velocità variabile Interventi delle protezioni 2) Buco di tensione V ≥ 30% Vn t ≤ 60÷100ms Dispositivi elettromeccanici (relè, contattori…) Arresto delle utenze 3) Sovratensioni non impulsive Motori e macchine elettriche Bobine di contattori Lampade a incandescenza Riduzione di vita degli isolamenti 4) Variazioni lente della tensione V = ± 10% Vn Impianti di illuminazione Flicker Le stesse di 1) e 2) Gli stessi di 1) e 2) 5) Sovratensioni impulsive Comp. elettronici di controllo e di potenza Motori, cavi, macchine elettriche Perforazione isolamenti Danni ai circuiti elettronici 6) Transitori di commutazione (switching) Linee trasmissione dati, segnali a basso livello Malfunzionamento sistemi di di potenza controllo ed elaborazione dati Le stesse di 1) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Sensibilità dei carichi rispetto alla qualità dell'energia Rif Fenomeno 7) Armoniche Apparecchiature Condensatori Relè di protezione Segnali di bassa potenza Motori e macchine rotanti Trasformatori, cavi 8) Dissimmetrie Motori e macchine rotanti Conseguenza Surriscaldamento, risonanza Interventi intempestivi Malfunzionamento sistemi di controllo ed elaborazione dati Surriscaldamento, riduzione della vita utile Surriscaldamenti e squilibri della tensione Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Disturbi introdotti dai carichi alla Rete Rispetto ai disturbi immessi in rete i carichi possono essere suddivisi in: Non disturbanti Distorcenti (carichi non lineari: azionamenti, lampade non a filamento, convertitori statici,, elettrodomestici, computer, forni ad arco, saldatrici, trasformatori, motori, etc) Fluttuanti (saldatrici, motori di taglia elevata avviati direttamente in modo ripetuto nel tempo, inserzione di trasformatori) Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Disturbi introdotti dai carichi alla Rete Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Disturbi introdotti dai carichi alla Rete Analisi della Qualità del Servizio della Rete Elettrica Grazie per l’attenzione