I vuoti di tensione: definizioni, origini e grandezze caratteristiche. G. Carpinelli

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Virginia Martinelli
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1 Bari, 2003 I vuoti di tensione: definizioni, origini e grandezze caratteristiche G. Carpinelli Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università degli Studi di Napoli

2 Definizione di Power Quality introdotta dal CIGRE Study Commitee 36 La Power Quality (Qualità della potenza) è connessa a due diversi aspetti della sola tensione di rete: Continuità della tensione (Voltage Continuity): è legata alla disponibilità dell energia, cioè alla probabilità di poter disporre del servizio elettrico (interruzioni lunghe) Qualità della tensione (Voltage Quality): è legata alla presenza di disturbi a bassa frequenza ( 9 khz) che raggiungono i componenti del sistema attraverso la rete di alimentazione

energia, cioè alla probabilità di poter disporre del servizio elettrico (interruzioni lunghe) Qualità della tensione (Voltage

3 Qualità della tensione: rappresenta la vicinanza delle forme d onda reali a quelle ideali V V 0 t + 0 t Forme d onda ideale Disturbo a bassa frequenza V 0 t Forma d onda reale

4 Classificazione dei disturbi (alta e bassa frequenza) classificazione IEC: fa principalmente riferimento al mezzo di trasmissione dei disturbi e, quindi, parla di disturbi condotti (a bassa ed alta frequenza) e irradiati (a bassa ed alta frequenza) classificazione della IEEE: fa riferimento alla natura del disturbo, e quindi parla di dissimmetrie, armoniche, vuoti di tensione, ecc.

bassa ed alta frequenza) e irradiati (a bassa ed alta frequenza) classificazione della IEEE: fa

5 Statistica di lamentele utenti Vuoti di tensione Interruzioni (32 %) (24 %) * * Armoniche e flicker Dissimmetrie (12 %) (1 %)

6 Vuoti di Tensione e interruzioni brevi: definizioni Si definisce vuoto di tensione una diminuzione della tensione di alimentazione, che assume valori compresi tra il 90% e l 1% della tensione nominale [EN 50160]. Si definisce interruzione breve una diminuzione della tensione di alimentazione, che assume valori compresi tra l 1% e lo 0% della tensione nominale, per una durata fino a 3 minuti [EN 50160]. V V V nom V > 10 % V t [s] V nom V = 100 % V t [s] t t Vuoto di tensione Breve interruzione

Si definisce interruzione breve una diminuzione della tensione di alimentazione, che assume valori compresi tra l 1% e lo 0%

7 Vuoti di Tensione: origini Cortocircuiti Inserzione dei trasformatori Avviamento di motori

8 Vuoti di tensione dovuti a cortocircuiti AT MT x x x L C L B L A Senza Con richiusura I CC I N t [s] V N L A aperto V N chiuso chiuso V N t [s] L B -L C t [s]

9 Vuoti di tensione dovuti a cortocircuiti I buchi di tensione dovuti a cortocircuiti sono caratterizzati da: improvviso abbassamento della tensione repentino ripristino della tensione. Voltage in pu Time in cycles ELECTRIC POWER ENGINEERING Voltage in pu Time in cycles ELECTRIC POWER ENGINEERING Andamento nel tempo del valore istantaneo Andamento nel tempo del valore efficace

4-0.6-0.8-1 0 1 2 3 4 5 6 Time in cycles ELECTRIC POWER ENGINEERING Voltage in pu 1 0.8 0.6 0.4 0.

10 Vuoti di tensione dovuti a cortocircuiti. x C L A Time in cycles ELECTRIC POWER ENGINEERING La durata dipende principalmente dai tempi caratteristici dei sistemi di protezione Voltage in pu durata Tensione residua

11 Cortocircuiti nel sistema ZTh,1 Z ZTh,2 Z Z Th,1 Th,2 Th,0 x C L A ZL,1 Z ZL,2 L Z Z L,2 L, Time in cycles ELECTRIC POWER ENGINEERING La tensione residua (ampiezza) dipende dal tipo di cortocircuito e dal punto in cui esso si verifica Nel Nel Nel caso caso di di di corto corto circuito circuito monofase: trifase: bifase: L,1 Voltage in pu durata Tensione rimanente V P V Pa = Z=... Pa... L = V Pb Z = Pb L + =... Z... Th V Pc = = Pc C A B stellate concatenate

verifica Nel Nel Nel caso caso di di di corto corto circuito circuito monofase: trifase: bifase: L,1 Voltage in pu 1 0.8 0.

12 I Vuoti di tensione visti dai carichi I carichi elettrici sono frequentemente connessi a livelli di tensione più bassi rispetto a quelli in cui avviene il guasto La tensione ai morsetti delle apparecchiature dipende: I II C dal tipo di cortocircuito; dal tipo di collegamenti degli avvolgimenti del trasformatore (stella o triangolo); dalle connessioni del carico (stella o triangolo)

morsetti delle apparecchiature dipende: I II C dal tipo di cortocircuito; dal tipo di

13 I Vuoti di tensione visti dai carichi Tensioni di alimentazione in I I Tensioni ai capi del carico Corto-circuiti trifase II C Per qualsiasi tipo di trasformatore e tipologia di connessione del carico

Corto-circuiti trifase II C Per qualsiasi tipo di

14 I Vuoti di tensione visti dai carichi Tensioni di alimentazione in I I Cortocircuito monofase Trasformatore del del tipo YgYg DY Tensioni ai capi del carico II C Carico connesso a stella

15 Vuoti di Tensione e brevi interruzioni: origini Cortocircuiti Inserzione dei trasformatori Avviamento di motori

16 Inserzione dei trasformatori I vuoti di tensione dovuti alla inserzione dei trasformatori sono caratterizzati da: improvviso abbassamento della tensione lento ripristino della tensione. Il trasformatore può assorbire, all atto della sua inserzione, tre correnti di fase 11 elevate e con alta distorsione 10 armonica 10.8 Voltage in kv Le utenze sono sottoposte ad un buco Time in cycles di tensione Time in Cycles di tipo dissimmetrico Andamento nel tempo del Andamento nel tempo del valore istantaneo valore efficace RMS voltage in kv

17 Buchi di Tensione e brevi interruzioni: origini Cortocircuiti Inserzione dei trasformatori Avviamento di motori

18 Avviamento di motori I vuoti di tensione dovuti all avviamento dei motori asincroni sono caratterizzati da: improvviso abbassamento della tensione lento ripristino della tensione. Il motore asincrono assorbe, all atto 220dell avviamento, una corrente di valore elevato 215 Le utenze sono sottoposte ad un buco 195 di tensione di tipo Time in Cycles simmetrico Andamento nel tempo del Andamento nel tempo del valore istantaneo valore efficace RMS voltage in V

Il motore asincrono assorbe, all atto 220dell avviamento, una corrente di valore elevato 215 Le utenze sono sottoposte ad

19 Effetti combinati E possibile il verificarsi di due o più fenomeni del tipo precedentemente descritto. In tali circostanze il vuoto di tensione conseguente risente degli effetti combinati dei fenomeni agenti. Esempio: Cortocircuito + Trasitorio di un motore: il motore 0.22 causa un abbassamento ulteriore della tensione ed un lento ritorno 0.9a regime RMS voltage in kv Time in Cycles Cortocircuito simmetrico M voltage magnitude in pu time in cycles Cortocircuito dissimmetrico

Esempio: Cortocircuito + Trasitorio di un motore: 0.225 1.05 1 il motore 0.22 causa un abbassamento ulteriore della tensione 0.95 0.

20 Caratterizzazione dei vuoti di tensione La caratterizzazione dei vuoti di tensione può riguardare: un singolo evento (un vuoto); un nodo del sistema elettrico (più vuoti); un intero sistema elettrico (più vuoti). Essa può avvenire sotto forma di indici; nel caso di più vuoti di tensione si utilizzano anche tabelle o grafici.

elettrico (più vuoti); un intero sistema elettrico (più vuoti).

21 Caratterizzazione di un singolo evento IEC (IEEE 1564) - Individua due indici congiunti: Tensione residua (ampiezza): minimo rms di tensione durante il vuoto di tensione Durata: tempo nel quale la tensione si mantiene al di sotto dei valori di soglia 1 Voltage in pu Time 3 in cycles ELECTRIC POWER ENGINEERING durata Tensione residua

22 Caratterizzazione di un singolo evento In letteratura sono stati proposti indici singoli, ad esempio: Perdita di tensione (Loss of Voltage) L V V = 1 dt Vnom 1 V( Indice di severità Se = (Event Severity Index) 1 V ( d ) Riferito ad uno specifico componente ref d )

23 Indici caratterizzanti l evento Indice di severità S e 1 V( d ) = 1 V ( d ) ref V/Vn 1.0 Se=0 Se=0 Se=0 Componente immune Vref(d) Se=0.25 Se=0.5 Se=1.0 Se=0.5 Se=1.0 Se=2.0 Se=0.75 Se=1.5 Se=3.0 Componente non immune Se=1.0 Se=2.0 d Se=4.0 Curva limite Durata evento

24 Caratterizzazione di un nodo x x x L C L B L A Al fine di caratterizzare completamente un nodo del sistema elettrico nei riguardi dei vuoti di tensione è necessario conoscere: ampiezze; durate; Tabelle o grafici frequenze.

25 70% x 40% <1% 90% Y 85% 70% 40% 10% Tabelle cumulative di nodo Le frequenze dei vuoti di tensione possono essere aggregate in opportune tabelle di ampiezza e durata IEC ms 20 ms 200 ms 0.5 sec >5 sec Unipede disdip 20 ms 100 ms 500 ms 1 sec 3 sec 20 sec 60 sec 180 sec

26 Tabelle di densità di nodo IEC ms 100 ms 250 ms 500 ms 1 sec 3 sec 20 sec 60 sec 180 sec 80% Z 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% <10% Unipede Disdip di densità: disponibile IEEE 1564: in fase di definizione CIGRE 36.07: in fase di definizione

27 Grafici caratterizzanti il nodo circa 15 vuoti di tensione hanno durata superiore a 200 ms ed ampiezza inferiore al 90% x x x L C L B L A 90% 80% 70% 60% 50% Un esempio tipico di sono i grafici che riportano il 5 30% numero di vuoti di tensione che sono caratterizzati 20% da ampiezza inferiore e durata superiore ad 10% 0s 0.2s 0.4s 0.6s 0.8s assegnati valori. Tali grafici permettono Sag duration facilmente di verificare gli effetti dei vuoti di tensione sugli utilizzatori. circa 5 vuoti tensione hanno durata superiore a 100 ms ed ampiezza inferiore al 40% 40%

28 Caratterizzazione di un sistema Vengono impiegati indici che si ottengono a partire dagli indici di sito; essi si riferiscono a: media degli indici sui siti monitorati media pesata degli indici sui siti monitorati percentile al 95% degli indici dei siti monitorati..

29 Caratterizzazione di un sistema: il SARFI SARFI System Average RMS variation Frequency Index <60s <0.5s 0.5-3s 3-60s SARFI N = X <90% SARFI SIARFI SMARFI 90 N 90 STARFI <80% SARFI SIARFI SMARFI STARFI N i numero di utenti che subiscono un vuoto di tensione di ampiezza inferiore ad X% in occasione dell i-mo evento <70% SARFI SIARFI SMARFI STARFI <50% SARFI SIARFI SMARFI STARFI N T numero totale di utenti <10% SARFI SMARFI STARFI T i Istantaneous Momentary Temporary

30 Caratterizzazione di un sistema La scelta degli standards più appropriati è tuttora in corso. Gli orientamenti che sembrano emergere sono i seguenti: UNIPEDE: tabella già menzionata come indice di sito tenendo in conto il 95-mo percentile IEC : tabella già menzionata come indice di sito tenendo in conto il 95-mo percentile IEEE 1564: discussione in corso, SARFI? CIGRE 36.07: discussione in corso

31 Grazie per la vostra attenzione!!

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