INTRODUZIONE. Articolo qe001: versione 4

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Angelo Bonetti
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1 INTRODUZIONE L obiettivo principale del progetto è dimostrare come ridefinire le strategie di gestione dei quadri elettrici disponendo di un network telematico in grado di monitorare e storicizzare tutti i parametri ritenuti importanti ed assunti come indicatori. Il progetto è basato sullo studio e sulla definizione di nuove strategie di gestione non solo di singoli quadri elettrici, ma di un intera centrale e/o dispositivi simili, basate sull impiego di un innovativo apparato telematico installato in loco nelle condizioni più disparate. Si vuole dimostrare con il presente progetto che una collaborazione attiva tra tutti i soggetti coinvolti (istituzioni - utenti - erogatori di servizi - produttori industriali) è possibile ridurre in misura sensibile l'impatto negativo di guasti accidentali che si possono verificare e tali da compromettere vari ed importanti servizi. La problematica della gestione di un quadro elettrico di una centrale viene affrontata attraverso 4 azioni sviluppate in rapporto di stretta collaborazione tra le strutture coinvolte: 1. Definizione degli indicatori (cioè delle grandezze elettriche) da monitorare 2. Raccolta dati da per via telematica 3. Analisi ed elaborazione statistica dei dati 4. Elaborazione delle strategie da adottare per ottimizzare l intervento di manutenzione ordinaria e straordinaria sul quadro elettrico. I risultati attesi e sperimentalmente ottenuti, sono quelli di dimostrare che un servizio di controllo remoto di tipo innovativo basato sulla diffusa disponibilità di dispositivi telematici sui quadri elettrici, oltre a fornire vantaggi per ogni singolo quadro, permette di delineare nuove strategie per la gestione di tutti i quadri elettrici di una intera centrale. In termini di manutenzione è attesa un ottimizzazione sugli interventi con un forte impatto sulla riduzione di quelli di tipo ordinario e dei consumi. Sarà inoltre possibile fornire puntuali informazioni sul funzionamento aggiornate in tempo reale.

Il progetto è basato sullo studio e sulla definizione di nuove strategie di gestione non solo di singoli quadri elettrici, ma di un intera centrale e/o dispositivi simili, basate sull impiego di un

2 ESEMPIO DI APPLICAZIONE Nella tecnica moderna si può notare la sempre crescente diffusione di piccoli e leggeri dispositivi elettronici spesso dotati di alimentatori di tipo switching ( a commutazione ) ad alta frequenza. Questi tipi di alimentatori sono più leggeri ed efficienti di quelli lineari e, pertanto, vengono generalmente impiegati per costruire la migliore attrezzatura elettronica radiotrasmittente. Al fine di stabilire una configurazione tipica, un sistema di produzione TV mobile può essere formato da: uno o più gruppi elettrogeni; apparecchi illuminanti; unità di ripresa; attrezzature per il controllo ed il trattamento del segnale; trasmettitori ed antenne. Questi apparati sono interconnessi tramite una rete elettrica di distribuzione di potenza ed una di segnale. Sostanzialmente questi sistemi sono costituiti della stessa attrezzatura utilizzata nelle installazioni fisse, così che i problemi legati al comportamento non lineare dell alimentatore di un singolo dispositivo nella nostra rete, sono ingranditi dalla bassa disponibilità di potenza di picco ottenibile in una sorgente mobile AC di dimensioni relativamente ridotte, come un gruppo elettrogeno o un piccolo trasformatore di isolamento collegati alla rete di distribuzione elettrica pubblica. I moderni alimentatori di potenza switching assorbono corrente in impulsi brevi e di grande ampiezza vicino al picco della loro tensione di alimentazione, tipicamente della durata di ms per una linea 50 Hz V. Di fatto l alimentatore switching utilizza una sorgente DC non controllata che può essere rappresentata, per una tensione di alimentazione 230 V AC come un raddrizzatore monofase a ponte.

Questi tipi di alimentatori sono più leggeri ed efficienti di quelli lineari e, pertanto, vengono generalmente impiegati per costruire la migliore attrezzatura elettronica radiotrasmittente.

3 Anche l attrezzatura di illuminazione utilizza un controllo di fase della tensione per regolare l intensità delle luci sul set. I dispositivi di illuminazione parzializzati sono carichi non lineari con la Idis massima quando il livello è intorno al 50%. Progettando una rete di potenza trifase collegata a stella per fornire la corrente di alimentazione di un tale genere di carichi, con un limitato potere di corto circuito, gli ingegneri devono affrontare i seguenti problemi: carichi casuali sbilanciati; fattore di cresta di alto valore (tipicamente intorno a 2.5-3); fattore di potenza di basso valore (tipicamente intorno a 0.7); alte correnti nei conduttori di neutro dovuti allo sbilanciamento ed alla composizione delle armoniche del terzo ordine; rumore irradiato ed elettromagnetico; distorsione della tensione di alimentazione. Il cattivo ambiente elettromagnetico provoca una serie di conseguenze così riassumibili: basso MTBF dell impianto; bassa efficienza e necessità di sovradimensionamento del macchinario elettrico; sovradimensionamento dei dispositivi di commutazione di potenza; sovradimensionamento dei cavi di potenza; necessità della protezione di sovracorrente per il conduttore di neutro; necessità di schermi speciali e filtri per la rete di potenza e di segnale; malfunzionamento degli interruttori di corrente. Sovradimensionamento e bassa efficienza del macchinario elettrico possono essere affrontati dal progettista solo con costruzioni speciali che consentono di ridurre e sopportare le perdite addizionali dei nuclei magnetici. Dobbiamo inoltre prevedere controlli e dispositivi di eccitazione speciali per i gruppi elettrogeni rotanti. Una compensazione più o meno efficiente delle correnti armoniche di carico può essere ottenuta con trasformatori speciali ( quad-wye ), ma l efficienza di tale soluzione dipende dal bilanciamento e dalla qualità dei carichi. La rilevante corrente armonica di carico genera surriscaldamento dei conduttori di neutro ed un campo indotto di alto livello che può interferire con i segnali di controllo.

Progettando una rete di potenza trifase collegata a stella per fornire la corrente di alimentazione di un tale genere di carichi, con un limitato potere di corto circuito, gli ingegneri devono

4 Infine, la distorsione della tensione ed il rumore elettromagnetico provocano azionamenti intempestivi degli interruttori. Infatti, anche con solo un relé magnetico o termico il comportamento degli interruttori è dipendente dalla frequenza. Il problema diviene più complesso quando ci sono componenti in corrente continua, che possono saturare i nuclei magnetici, oppure relé elettronici alimentati da una tensione con un alto livello di distorsione. Questo accade, per esempio, per la maggioranza dei dispositivi di protezione a corrente differenziale di classe A; gli standard internazionali non prevedono una prova specifica per alte distorsioni simultanee di corrente e tensione. Inoltre, l analisi del relé può essere molto difficile per alti livelli di picco della corrente di carico e per una forte distorsione della forma d onda, che può causare un comportamento non lineare del nucleo. INTERVENTO DEL SISTEMA Nel contesto descritto sopra, abbiamo tentato di affrontare il problema di base di una corrente di carico impulsiva per mezzo di una specifica selezione degli interruttori, ma c è una carenza di standard internazionali che sarebbero benvenuti in ambienti ad alto disturbo industriali e di altro genere. Questo problema può essere affrontato e risolto grazie ad un monitoraggio effettuato con il sistema brevettato che opera in qualsiasi situazione ambientale. Il sistema in pratica è integrato in una rete VPN per il controllo e la gestione da remoto di tutta l attività svolta da un dispositivo di misura installato nel quadro elettrico. Tale rete non solo dà l opportunità di offrire servizi di connettività decentrati ai tecnici ma di allargare la gamma dei servizi di sistema, promuovendo le funzionalità implementate da un qualsiasi analizzatore di rete per fornire un elaborazione statistica dei dati raccolti. L idea di fondo esemplifica nella realtà un modello di rete cooperativa, dove l applicazione di avanzate tecnologie diventa strumento per interventi di forte impatto per il controllo e la gestione da remoto di quadri elettrici o di intere centrali. Il sistema è costituito da tre distinti blocchi logici:

Il problema diviene più complesso quando ci sono componenti in corrente continua, che possono saturare i nuclei magnetici, oppure relé elettronici alimentati da una tensione con un alto livello di

5 Server che si interfaccia con l analizzatore di rete ed invia le informazioni raccolte ad un data center Sistema di elaborazione dei dati archiviati nel data center Modulo web realizzato in tecnologia php ed in ambiente Mysql che permette la visualizzazione dei dati ed il controllo da remoto del quadro elettrico Il software sfrutta tutte le potenzialità dei moderni sistemi a 32 bit quali, e sarà in grado di importare ed analizzare dati da un vasto numero di formati diversi: lo scambio dati è facilitato da funzionalità di import/export e comunicazione remota con altri software. Una interfaccia di programmazione disponibile per le proprie estensioni del software dà la massima flessibilità per la gestione dei dati.

dei moderni sistemi a 32 bit quali, e sarà in grado di importare ed analizzare dati da un vasto numero di formati diversi: lo scambio dati è facilitato da funzionalità di

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