Power Quality: Gruppi rotanti di continuità e compensatori dei buchi di tensione (DVC)

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1 Power Quality: Gruppi rotanti di continuità e compensatori dei buchi di tensione (DVC) Interazione con l impianto elettrico Dott. Ing. Gabriele Tacchi 23 febbraio 2017 Scuola di Ingegneria ed Architettura Università di Bologna

2 Macchina sincrona Funzionamento normale: la macchina sincrona funziona da motore elettrico e da compensatore sincrono Funzionamento diesel: la macchina sincrona funziona da generatore tensione: 400 V frequenza: 50 Hz velocità di rotazione 1500 giri/min classe d isolamento: H classe di protezione: IP 21

3 Macchina sincrona In funzionamento normale ruota a 1500 giri/min alimentata dalla rete: produce energia reattiva. In funzionamento diesel ruota a 1500 giri/min azionata dal motore a combustione: si comporta da alternatore e produce energia attiva e reattiva.

4 Macchina sincrona Il compensatore sincrono, detto anche condensatore rotante, è di fatto costituito da una condizione particolare di funzionamento della macchina sincrona, che si ha sotto le seguenti ipotesi: funzionamento da motore della macchina sincrona; fem di fase indotta dal flusso di rotore > tensione di fase (sovraeccitazione) In questa condizione, la macchina sincrona produce potenza reattiva E0 E Q 3E Con: xd = reattanza sincrona E = tensione di fase ai morsetti E 0 = f.e.m. di fase indotta dal flusso di rotore I E 0 x d E = corrente di statore E 0 > E produzione di potenza reattiva E 0 < E assorbimento di potenza reattiva x d

5 Macchina sincrona Alcune caratteristiche peculiari Macchina sincrona sovradimensionata per garantire correnti di guasto confrontabili con quelle dei trasformatori L andamento delle correnti di guasto (corto circuito a valle del DUPS) in normal operation o in funzionamento diesel sono molto simili si può quindi utilizzare un unico criterio di selettività delle protezioni a valle del sistema Potenza apparente di targa no break Inom no break Potenza attiva (cos =0,8) Potenza di targa macchina sincrona (H1) kva A kw kva

6 Il reattore La presenza del reattore consente di assolvere a diverse funzioni. consente la regolazione di tensione a valle della macchina; costituisce parte del sistema di filtraggio delle armoniche; elimina piccoli disturbi di rete in modo autonomo; in caso di cortocircuito a monte garantisce: variazione di tensione < 20% recovery time < 1 s componente della corrente di guasto <2In

7 Il reattore Il reattore utilizzato è costituito da un unico avvolgimento trifase su nucleo, con una presa intermedia, quindi elettricamente si configura come due induttori magneticamente accoppiati connessi in serie. Alla presa intermedia è collegata la macchina sincrona. Tale reattore può essere schematizzato in modo semplice utilizzando la trasformazione a T.

8 Trasformazione a T L induttore virtuale M* serve a tener conto del mutuo accoppiamento tra L1 e L2, la scelta dei segni dipende dal verso di accoppiamento delle induttanze L1*=L1 M L2*=L2 M M* = - M

9 Trasformazione a T L1*=L1 M L2*=L2 M M* = - M L1+M L2+M -M L1 M M -M L2

10 Trasformazione a T rete Reattore a b c U in Trasformatore (solo sistemi MT) tr U out l carico g Macchina sincrona E g.

11 Metodo di calcolo Dati: reattanza reattore N p /(N p +N s ) definisce il punto in cui è derivato il terzo ramo Procedimento: Dai dati, si ricavano i valori di Lp, Ls ed M Si attua la trasformazione a T ricavando a, c, b

12 Richiami sulle armoniche I carichi non lineari assorbono correnti non sinusoidali; Le correnti non sinusoidali causano cadute di tensione non sinusoidali ai capi dell impedenza di rete (legge di Ohm); Le tensioni non sinusoidali (armoniche) si propagano sulle reti; Le armoniche causano problemi di varia natura (disturbi, surriscaldamenti, malfunzionamento dei motori, flicker etc.); I carichi lineari non esistono quasi più.

13 Un tipico carico non lineare può essere schematizzato come il parallelo di m generatori a corrente impressa di frequenza f Richiami sulle armonica ( 2n 1) con n = 2, m e f = 50 per la rete europea. 150 Hz 350 Hz (2n-1) Hz \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ Impianto 250 Hz 450 Hz

14 m Funzione filtro per armoniche Distorsioni armoniche all uscita del D-UPS dovute al carico Il carico non lineare assorbe correnti distorte, ovvero affette da armoniche; La distorsione della tensione dipende dall entità delle correnti armoniche e dall impedenza equivalente di rete vista dal carico (legge di Ohm). Calcolo dell impedenza equivalente Utilizzando le note regole dell elettrotecnica, l induttanza equivalente vista dal carico è data dalla seguente: rete a Macchina sincrona c tr g E g b Lato carico eq b ( a a m m )( c c tr tr Il reattore è dimensionato in modo tale che 0 Per cui risulta: All ennesima armonica risulta che Da ciò discende: c tr U eq g I b g g ) eqn I bn n outn outn b n outn b1 VALE SEMPRE, PER QUALSIASI ARMONICA GENERATA DAL CARICO

15 Funzione filtro per le armoniche Distorsioni armoniche all ingresso del D-UPS dovute al carico Il carico non lineare assorbe correnti distorte, ovvero affette da armoniche; La distorsione della tensione dipende dall entità delle correnti armoniche e dall impedenza equivalente di rete vista dal carico (legge di Ohm). Calcolo dell impedenza equivalente Utilizzando le note regole dell elettrotecnica, la corrente armonica verso l ingresso è data dalla seguente: rete m I in a Macchina sincrona b c tr g E g Lato carico I out ( ) c tr g I in I out a m c tr g Il reattore è dimensionato in modo tale che 0 c tr g Per cui risulta: I in n 0 VALE SEMPRE, PER QUALSIASI ARMONICA GENERATA DAL CARICO

16 Icc La Icc del sistema DRUPS non è la Icc del generatore! La parte elettrica della macchina non è costituita solo dal generatore.

17 Icc schema equivalente

18 Icc Presenza rete, cc all uscita, I picco 45 ka = 18 In Diesel, cc all uscita, I picco 25 ka = 10,2 In

19 Stato del neutro Il problema non si pone nel caso di impianti in bassa tensione: il centro stella del generatore è collegato francamente a terra, il conduttore di neutro proveniente dal trasformatore MT/BT è passante e non è interessato dal quadro di potenza del sistema, che non modifica lo stato del neutro dell impianto.

20 Stato del neutro Sistema TNC

21 Stato del neutro Sistema TNS

22 Stato del neutro In caso di impianto con distribuzione MT si pone il problema dello stato del neutro della rete MT. Lo stato del neutro MT può essere gestito a piacere solo se ciò non altera lo stato del neutro della rete di pubblica distribuzione. Ciò implica che il neutro, in impianti non galvanicamente separati dalla rete, non debba essere collegato a terra

23 Stato del neutro Sistema in media tensione

24 Stato del neutro Sistema in media tensione Attenzione, modifica stato neutro rete MT!! In Italia ammesso solo con separazione galvanica a monte rete AT (fornitura a un diverso livello di tensione, AT o MT)

25 Stato del neutro Attenzione, lo stato del neutro MT desiderato deve essere segnalato al costruttore del sistema poiché ha impatto sul dimensionamento dell isolamento del reattore MT. Per gruppi con neutro MT isolato da terra, in caso di guasto monofase a terra, la sollecitazione dielettrica tra avvolgimenti e nucleo magnetico del reattore assume valori che possono arrivare molto vicino a isola. V n ( 1 1 ) 3 durante il funzionamento in

26 Funzionamento di breve durata in parallelo Norma tecnica CEI 0-16 par La NT recepisce l esigenza di fare le prove a carico dei Gruppi di soccorso ed emergenza e regolamenta la possibilità del funzionamento in parallelo con la Rete permettendo di caricare i Gruppi con la potenza necessaria e variabile al fine di una più puntuale verifica e messa a punto degli stessi Le prescrizioni tecnico autorizzative per il parallelo fino a 30 minuti sono semplificate e non richiedono autorizzazione, ma solo notifica. Per durate maggiori, è da concordare con il Distributore l applicazione integrale della Norma, ma con le semplificazioni praticabili a giudizio del Distributore stesso.

27 Funzionamento di breve durata in parallelo Norma tecnica CEI 0-16 par È richiesto l inserimento di un Sistema di Protezione di Interfaccia (SPI) che comprende una protezione di controllo dello stato della Rete al fine di fornire un consenso o una inibizione (in caso di cadute Rete) all Interruttore di Interfaccia (DDI), ossia all interruttore che realizza la condizione di parallelo tra la Rete Pubblica e il Generatore in prova. Nell esempio specifico (vedere Schema Unifilare semplificato,) la condizione di erogazione di potenza tra il Generatore in prova e la Rete BT interna dell Utenza (collegata alla Rete Pubblica), si realizza nella condizione di interruttore Q2 aperto, e con la chiusura dell interruttore Q1, previa sincronizzazione, effettuando così il parallelo.

28 Esempio schema di inserzione PPR

29 Predisposizioni e procedura autorizzativa A) Predisposizione della funzione settaggio dei parametri di gestione del gruppo per adattarli alla configurazione di impianto e alle normative italiane; installazione di selettore di comando nel quadro UCP prove e test in bianco; collaudo finale; B) Procedura autorizzativa Espletamento delle pratiche di notifica, come previsto dalla Norma CEI presso le autorità preposte. Installazione del pannello Protezione Rete.

30 PPR: funzioni di protezione secondo CEI 016 Codice ANSI/IEEE Descrizione 27 Minima tensione 59 Massima tensione 59N 81O 81U 81R Massima tensione residua Massima frequenza Minima frequenza Derivata di frequenza

31 Norma tecnica CEI 0-16 par Funzionamento di breve durata < 30 s in parallelo Qualsiasi impianto di produzione trifase, statico o rotante, anche privo di SPI può funzionare in parallelo rete purché la durata non ecceda, tramite relè temporizzatore, 30 s. Trascorso tale tempo, la condizione di parallelo deve essere interrotta. Il suddetto relè deve quindi: avviarsi al momento di inizio del funzionamento breve in parallelo separare l impianto di produzione dalla rete alla fine del tempo di ritardo.

32 Cogenerazione e DRUPS Un DRUPS e un cogeneratore nello stesso unifilare? SI, come: 1. Il cogeneratore deve lavorare in parallelo rete a monte del DRUPS. 2. In caso di mancanza rete è opportuno aprire l interruttore a monte del DRUPS lasciando a quest ultimo il compito di alimentare i carichi critici.

33 Cogenerazione e DRUPS: rete presente

34 Cogenerazione e DRUPS: rete non presente