Qualità della tensione elettrica: problematiche derivanti da Buchi di Tensione e Correnti Armoniche

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Luisa Nanni
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derivanti da Buchi di Tensione e Correnti Armoniche Maurizio

1 Venerdì 27 maggio 2016 Dipartimento di Ingegneria via Mesiano - Trento Qualità della tensione elettrica: problematiche derivanti da Buchi di Tensione e Correnti Armoniche Maurizio Fauri Origine e propagazione dei disturbi elettrici nei sistemi di potenza

2 Disturbo elettromagnetico Fenomeno elettromagnetico che può degradare la prestazione di un dispositivo, di un'apparecchiatura o di una rete elettrica + + F(t) +

3 Tipologie di eventi (in funzione del tempo) Durata Fenomeni Cause tipiche Tipi di disturbo Fino a 10 ms Transitori Fulminazioni Manovre su carichi capacitivi Intervento di interruttori o fusibili Impulsi : - in aumento (surge) - in diminuz. (notch) Fino a (2 3) s Sovra e sottotensioni momentanee Avviamento motori Guasti nelle linee di alimentazione Inserzione grossi carichi Buchi di tensione Microinterruzioni Fluttuazioni in aumento della tensione Maggiori di alcuni s Interruzioni o alterazioni permanenti Carichi regolati a semiconduttori Guasti al sistema elettrico fornitore Inserzione intermittente di carichi Distorsione armonica Flicker Squilibri di tensione Variazioni di frequenza La maggior parte dei disturbi responsabili di danni e malfunzionamenti sono riconducibili a microinterruzioni, buchi di tensione, armoniche o sovratensioni

Tipologie di eventi (in funzione della grandezza) Caratteristiche di riferimento Tipo di irregolarità Parametri descrittivi Tipo di evento Forma d'onda

0 V % d n d Ampiezza della tensione DV Buchi di tensione ; Dt Casuale / Continuo V % Fluttuazione (flicker) Sovratensioni non impulsive Interruzioni e

4 Tipologie di eventi (in funzione della grandezza) Caratteristiche di riferimento Tipo di irregolarità Parametri descrittivi Tipo di evento Forma d'onda Armoniche Interamoniche THD ; THD, Sistematico Df Frequenza Variazioni % f Sistematico / Casuale V i Simmetria delle tensioni Dissimmetria ; Sistematico V % V 0 V % d n d Ampiezza della tensione DV Buchi di tensione ; Dt Casuale / Continuo V % Fluttuazione (flicker) Sovratensioni non impulsive Interruzioni e microinterruzioni Variazioni impulsive Transitori di commutazione n Durata DV V % n DV V % n DV V % n DV V % n Sistematico Sistematico / Casuale Casuale Casuale ; THD Sistematico

5 Disturbi "importati" e "autogenerati" L'anomalo funzionamento dell'utenza può essere determinato, oltre che dai disturbi "importati" dalla rete anche da quelli "autogenerati" dallo stesso impianto utilizzatore Disturbi "importati " dalla rete Disturbi immessi nell impianto Rete elettrica Disturbi immessi in rete Disturbi "autogenerati" dall utente Utenza elettrica

6 Armoniche - Cause Le principali cause di distorsione della corrente sono: carichi commutati elettronicamente (raddrizzatori, convertitori, ecc.) carichi con caratteristiche non lineari (app. a saturazione magnetica, lampade a scarica, forni ad arco, saldatrici, trasformatori, ecc.) carichi inseriti e disinseriti da organi da manovra (condensatori, filtri, motori a induzione, ecc.) i(t) i(t) v(t) + R t

7 Armoniche di tensione e di corrente DV 1 DV 2 V G + V G +DV 1 V G I 1 I 2 DV 1 Carico 1 (lineare) Carico 2 (non lineare) La distorsione della forma d'onda della tensione in un punto qualsiasi della rete è l'effetto dell'azione combinata dei carichi distorcenti distribuiti sulla rete stessa.

8 Armoniche Forma d onda Lo sviluppo in serie di Fourier della forma d'onda conduce solitamente a un numero illimitato di componenti armoniche. Quelle significative per le reti elettriche si limitano a ordini tra 2 a Fondamentale 3a armonica (Modulo = 35%; Fase = 180 ) 5a armonica (Modulo = 10%; Fase = 0 ) 7a armonica (Modulo = 5%; Fase = 90 ) Forma d'onda risultante

Armoniche - Fattori di distorsione Un criterio di valutazione del contenuto armonico è il fattore di distorsione armonica totale di tensione (THD V ) e di corrente (THD I ), (Total Harmonic

9 Armoniche - Fattori di distorsione Un criterio di valutazione del contenuto armonico è il fattore di distorsione armonica totale di tensione (THD V ) e di corrente (THD I ), (Total Harmonic Distortion) THD V %= V h d Vn 2 = V 1 V n=2 THD I %= I h d In 2 = I 1 I n=2 Per ogni componente armonica si può ricavare il valore percentuale relativo alla fondamentale definito come distorsione armonica individuale IHD, (Individual Harmonic Distortion): IHD V %= V n V per n = 2, 3, 4,., h IHD I %= I n I per n = 2, 3, 4,., h

10 Armoniche - Effetti I principali effetti sulla rete di alimentazione delle armoniche di tensione e di corrente sono: l'esaltazione del contenuto armonico per effetto di risonanze serie e parallelo eventualmente presenti nel sistema la riduzione complessiva del rendimento del sistema stesso il danneggiamento dell'isolamento dei componenti con conseguente riduzione della durata di vita l incremento della corrente assorbita dai condensatori di rifasamento per la riduzione dell impedenza al crescere della frequenza l aumento delle correnti assorbite dai motori asincroni per effetto della bassa impedenza inversa +. E İ s R s X s Ż 0 İ sr I. 0 + Ė s X c = -j R sr X sr 1 w C R sr (1- s) s

11 Armoniche - Effetti Le correnti armoniche di ordine 3 (omopolari ed i rispettivi multipli si sommano nel neutro. La corrente nel neutro non è più nulla, ma corrisponde alla somma delle armoniche omopolari S S = = 0

12 Buchi di tensione - Definizione I buchi di tensione sono definiti come una riduzione improvvisa della tensione ad un valore al di sotto del 90% e non inferiore all'1% della tensione nominale. La profondità del buco di tensione è definita come la differenza tra il minimo valore efficace della tensione durante la riduzione e la tensione nominale DV V n Dt

13 Buchi di tensione - Cause Forti variazioni improvvise di corrente provocano sbalzi di tensione nel resto della rete AT/MT L C L B L A I buchi di tensione sono di solito associabili ad eventi accidentali di guasto che si presentano sulla linea di alimentazione oppure come conseguenza dell'inserzione di carichi particolari di potenza elevata (trasform., condensatori, ecc.), relativamente alla capacità di trasporto della linea I n L A L B, L C 0,1 s 0,3 s 30 s 180 s I guasto V n V n t [s] t [s] t [s]

14 Buchi di tensione - Effetti L effetto dei buchi di tensione dipende dalla sensibilità delle diverse apparecchiature che può essere espressa in termini di profondità e durata dell abbassamento della tensione 100 V n [%] ASD PLC Personal computer Teleruttori ritardati 20 t [ms]

15 Flicker (sfarfallio) Il flicker è provocato dalle fluttuazioni di tensione che presentano frequenze di modulazione dei 50 Hz comprese tra 0,5 e 35 Hz e che provocano fluttuazioni dell'intensità luminosa delle lampade Il fenomeno del flicker viene avvertito dalle persone in maniera soggettiva e corrisponde ad una sensazione visiva fastidiosa dovuta alla fluttuazione della intensità luminosa. Il fastidio provocato dal flicker cresce molto rapidamente con l'ampiezza della fluttuazione V n DV Dt

16 Sovratensioni Le sovratensioni sono innalzamenti della tensione, più o meno rapidi e transitori, conseguenti sia a fenomeni di origine esterna al sistema elettrico, come per esempio fulminazioni e guasti non imputabili ai componenti di rete, sia a manovre e guasti intrinseci ai componenti della rete. La propagazione delle sovratensioni è funzione delle caratteristiche della struttura e dei componenti della rete, nonché delle frequenze proprie del disturbo stesso Sovratensione non impulsive Sovratensione impulsiva

17 Conclusioni Quando salta la corrente..

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