IL SISTEMA SPERIMENTALE DI MONITORAGGIO PER LE RETI DI
DISTRIBUZIONE IN MEDIA TENSIONE
R. Chiumeo, L. Garbero, I. Mastandrea, O. Ornago, A. Porrino
CESI RICERCA SpA, via Rubattino 54 Milano
E. De Berardinis, S. Malgarotti, A. Furnari, E. Rizzi
CESI SpA, via Rubattino 54 Milano
[email protected]
Premessa
L’attività descritta in questa memoria è stata effettuata a supporto delle iniziative dell’Autorità
per l’energia elettrica ed il gas e riporta le principali caratteristiche del sistema di monitoraggio
della qualità della tensione nelle reti di distribuzione in Media Tensione. La realizzazione del
sistema è stata promossa al fine di disporre di una base di conoscenza adeguata della
situazione reale esistente che permetta di definire nuove iniziative regolatorie, inclusa
l’introduzione di obblighi di misurazione della qualità della tensione in capo alle imprese
distributrici, nonché di sviluppare i contratti per la qualità, favorendo la misurazione individuale
attraverso un'
adesione volontaria dei Clienti alla campagna di monitoraggio.
Introduzione
La conoscenza dell’effettivo livello di qualità della tensione nelle reti di distribuzione presuppone
la disponibilità di un sistema di monitoraggio adeguato dei diversi parametri di qualità. Tale
conoscenza, oltre a dare una reale visione dello stato attuale della rete evidenziandone le
prestazioni in termini di qualità, potrebbe permettere di raccogliere ulteriori elementi conoscitivi
che consentano di definire nuove iniziative regolatorie che includono anche l’introduzione di
obblighi di misurazione in capo alle imprese distributrici.
In tale contesto, si è inserita l'
attività di realizzazione di un sistema di monitoraggio della qualità
della tensione sulle reti di distribuzione in Media Tensione, attività promossa dall'
AEEG con
specifico documento di consultazione, datato Aprile 2005 e condotta da CESI nell'
ambito delle
risorse assegnate alla Ricerca di Sistema.
Il sistema di monitoraggio ha previsto l’installazione di 400 Unità di Misura (UM) su altrettante
semisbarre MT di cabina primaria ed un numero ulteriore di UM (fino a 200) lungo le linee MT e
nei punti di consegna ai clienti finali.
I dati acquisiti dalle singole UM, elaborati da un sistema centrale in modo da consentire una
facile interpretazione degli indicatori della qualità della tensione in termini sia di dati semplificati
(associati ad ogni singola UM), sia di dati aggregati (risultato di elaborazione, secondo differenti
criteri, dei dati di singole UM), sono consultabili dal portale della Ricerca di Sistema denominato
QUEEN (Qualità dell'
Energia Elettrica) appositamente sviluppato.
L’articolo illustra le principali caratteristiche del sistema di monitoraggio, le attività condotte per
la sua realizzazione ed i primi risultati.
1. Scelta dei parametri della qualità della tensione da monitorare
I parametri scelti per caratterizzare la qualità della tensione sono:
• ampiezza della tensione di alimentazione;
• buchi di tensione;
• sovraelevazioni di tensione;
• interruzioni;
• armoniche di tensione;
• flicker;
• squilibrio della tensione;
• variazioni di tensione rapide.
Oltre ai parametri di tensione sopra riportati, nelle cabine secondarie (MT/BT) si è proceduto
anche al monitoraggio dell’ampiezza delle correnti, armoniche incluse.
Altri parametri della tensione, quali frequenza, interarmoniche e tensioni transitorie, non sono
stati monitorati perché non dipendenti dalla rete MT (frequenza) e perché ritenuti poco
significativi per giustificare l'
enorme immagazzinamento ed elaborazione di notevoli quantità di
dati con implicazioni in termini sia di capacità di memoria dello strumento sia di tempo di
trasmissione dei dati al sistema centrale.
2. Scelta dei nodi della rete MT da monitorare
Il progetto è mirato a monitorare l’intera rete italiana in Media Tensione, tenendo in
considerazione le sue caratteristiche principali. A tal fine, considerando la struttura della rete di
distribuzione in MT ed i vincoli di budget e di tempo disponibile per il completamento del
progetto, si è deciso di realizzare un sistema di monitoraggio costituito da 600 strumenti per la
misura della qualità della tensione da installare in nodi della rete scelti considerando i seguenti
criteri:
• 400 semisbarre MT (corrispondenti all’11% del numero complessivo di semisbarre)
individuate in modo da rappresentare, per quanto possibile, le caratteristiche del sistema
di distribuzione in MT;
• 200 Cabine Secondarie individuate tra i clienti alimentati in MT, la cui adesione alla
campagna di monitoraggio è stata su base volontaria, ed i distributori (con priorità nella
scelte ai clienti rispetto ai distributori). Questo criterio ha portato ad individuare 73 clienti
MT(1) e 127 Cabine Secondarie della rete di distribuzione.
Le 400 semisbarre MT sono state suddivise proporzionalmente al numero delle reti MT presenti
in ogni regione italiana, in modo che fossero rappresentative sia delle varie strutture, sia delle
diverse condizioni ambientali delle reti MT italiane. In Figura 1 si riporta una mappa delle
installazioni effettuate in cabina primaria (CP).
In particolare, per ogni regione italiana, le semisbarre MT da monitorare sono state scelte in
modo da rappresentare il più possibile la distribuzione statistica dei seguenti parametri delle reti
MT ritenuti particolarmente significativi dal punto di vista della qualità della tensione:
• lunghezza totale delle linee derivate dalla semisbarra MT;
• tipo di linea MT (aerea con conduttori nudi, aerea in cavo, in cavo interrato, mista);
• numero dei clienti MT;
• gestione del neutro della rete MT (neutro isolato, neutro compensato);
• densità per km2 dei clienti BT alimentati dalla rete MT (alta, media e bassa densità).
1
L’adesione dei clienti MT alla campagna di monitoraggio è stata incentivata da condizioni economiche
vantaggiose nell’approvvigionamento degli strumenti di registrazione e favorita anche dall’opportunità di
conoscere i livelli effettivi di qualità nel proprio nodo di alimentazione al fine di poter stipulare dei contratti
per la qualità su base di accordi volontari tra clienti e Enti di distribuzione, già previsti dall'
AEEG.
3. Principali Caratteristiche del sistema di monitoraggio
Il sistema di monitoraggio, la cui architettura è raffigurata in Figura 2, è essenzialmente
costituito da:
• Le Unità di Misura (UM), dotate di dispositivo GSM per l’invio quotidiano al Sistema
Centrale di tutti i dati “grezzi” (non ancora elaborati) immagazzinati in memoria e di un
GPS per la sincronizzazione temporale. Le UM sono predisposte per la memorizzazione
della forma d’onda di tensione in corrispondenza del verificarsi di eventi quali buchi ed
interruzioni di tensione e variazioni rapide della tensione. Al fine di individuare l’origine
dei buchi di tensione è prevista la registrazione dell’avviamento delle protezioni
distanziometriche delle linee di AT da parte delle 400 UM localizzate nelle CP e del
superamento di una soglia di corrente da parte delle UM presso cliente MT. Le UM sono
connesse ai secondari dei trasduttori di tensione (TV) e corrente (TA) in modo tale da
misurare le tensioni concatenate e le correnti di linea. Nel rispetto del vincolo di budget,
sono stati utilizzati i TV ed i TA esistenti in impianto per scopi di rilievi di misura.
• Il sistema centrale per la raccolta dati (SCP), destinato principalmente alla gestione della
comunicazione giornaliera con gli strumenti di misura (“import” dei dati memorizzati dagli
strumenti, gestione dei “setup” degli strumenti e installazione delle nuove versioni del
“firmware”). Sono previsti un “database server” (Microsoft SQL server) per la
registrazione dei dati “grezzi” e un ulteriore “database server” di “back up”.
• Un sistema per l’elaborazione e la visualizzazione dei parametri caratteristici della qualità
della tensione (QUEEN - Qualità dell’Energia Elettrica).
Figura 1 - Mappa dei punti di misura Figura 2. Architettura del sistema di monitoraggio.
situati sulle semisbarre MT di CP
L’acronimo AdM indica l'Unità di Misura (UM)
3.1 QUEEN - Sistema Web per l’elaborazione finale e la visualizzazione dei parametri
della qualità della tensione: caratteristiche e presentazione dei risultati
L’elaborazione e la rappresentazione finale dei risultati è eseguita da un sistema chiamato
QUEEN (Qualità dell’Energia Elettrica) disponibile su un sito web aperto al pubblico.
L'
accesso a QUEEN (http://QUEEN.ricercadisistema.it) può essere effettuato da due categorie
diverse di utenti:
•
I proprietari dell'
Unità di Misura, che hanno accesso ai risultati di dettaglio (definiti dal
sistema “semplificati”) della campagna di monitoraggio (istante di accadimento e
caratteristiche principali dei singoli disturbi) ed a risultati statistici relativi ai disturbi
registrati dalle loro UM e ad un intervallo di tempo selezionabile. Per tutelare la
riservatezza delle informazioni, l'
accesso dei proprietari avviene tramite una password.
In particolare, i risultati di dettaglio accessibili dai proprietari di UM sono organizzati in
tabelle che riportano l’andamento temporale delle caratteristiche dei vari parametri della
Qualità della Tensione (nel caso di parametri registrati con continuità, come l’ampiezza
della tensione di alimentazione, flicker, ecc.) o la sequenza degli eventi (in caso di buchi
di tensione, interruzioni, variazioni di tensione rapide ecc.). Per quanto riguarda i
parametri registrati con continuità, l'
utente può richiedere dei grafici che ne riportano
l’andamento nel tempo. Per quanto riguarda gli eventi, l'
utente può scaricare le
corrispondenti forme d’onda registrate dall’UM, durante un intervallo di tempo definito da
un pre-trigger e un post-trigger.
• Il pubblico può accedere al sito per richiedere i risultati aggregati delle registrazioni fatte
durante la campagna di monitoraggio dalle varie UM, sulla base di diversi criteri (regione
di appartenenza, tipo di rete, stato del neutro, tensione nominale, ecc.). Tali risultati
aggregati sono organizzati in tabelle che riportano i risultati statistici relativi ai vari
parametri della Qualità di Tensione.
Per entrambe le due tipologie di risultati (di dettagli o aggregati), i parametri di qualità della
tensione che superano i limiti indicati dalla norma CEI EN 50160 [1] sono evidenziati tramite la
colorazione della corrispondente cella.
Nel seguito si riportano alcune pagine web del sito QUEEN, riguardanti i risultati di dettaglio
(Figura 3 ÷ Figura 5) e quelli aggregati (Figura 6).
4. Conclusioni
Questo articolo illustra le caratteristiche principali del sistema sperimentale di monitoraggio per
le reti di distribuzione in Media Tensione, che costituisce, per dimensioni e complessità (quasi
600 punti di misura sulle semisbarre delle Cabine Primarie, presso Clienti MT e lungo le linee
MT), un record assoluto a livello mondiale.
I dati raccolti sono messi a disposizione via web in forma dettagliata ai titolari degli strumenti
(Clienti MT e Distributori) e sono disponibili a tutti in forma di dati aggregati.
Sia la base dei dati di dettaglio, sia quella dei dati aggregati, costituiranno una fonte di
informazione derivata direttamente dall’esercizio e potranno essere utilizzate, oltre che per le
finalità regolatorie dell'
Autorità per l’energia elettrica e il gas, anche da una pluralità di operatori
e di centri di ricerca per lo sviluppo di soluzioni che potranno concorrere con la regolazione al
miglioramento del servizio elettrico. Inoltre i dati raccolti potranno costituire, ad esempio, una
fonte di riferimento di cui si potrà avvantaggiare lo sviluppo di apparati elettrici meglio
dimensionati dal punto di vista della immunità e con la quale si potranno meglio orientare gli
investimenti e le attività di esercizio e manutenzione utili al miglioramento della performance
delle reti di distribuzione.
Bibliografia
[ 1 ] Norma CEI EN 50160 “Caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di
distribuzione dell’energia elettrica”, Edizione seconda, 2000-03
Figura 3 - Dati semplificati: selezione dell’UM, del Figura 4 - Risultati relativi all’ampiezza della
periodo di osservazione e dei parametri della tensione monitorata su un periodo di 4 settimane
qualità della tensione
Figura 5 - Buchi di tensione: sequenza temporale Figura 6 - Risultati dell'aggregazione dei buchi di
degli eventi e classificazione secondo classi di tensione che si sono verificati in Italia su tutte le
durata (colonne) e classi di tensioni residue semisbarre a 20 kV delle cabine primarie AT/MT
(righe)
