Affidabilità e disponibilità: norme tecniche e stato dell arte Angelo Baggini Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Bergamo Franco Bua ECD Engineering Consulting and Design Pavia
* CEI 64-8 Nota art. 351 ** CEI 64-15 Impianti elettrici negli edifici pregevoli per rilevanza storica e/o artistica Servizi di sicurezza (art. 21.5) Quando devono essere installati: La necessità dei servizi di sicurezza e la loro natura sono frequentemente regolati dalle autorità preposte, i cui regolamenti devono in tal caso essere osservati*. Illuminazione di sicurezza Sistemi automatici di rilevazione degli incendi Impianti di estinzione degli incendi Ascensori antincendio Impianti di evacuazione di fumo e di calore Impianti di ventilazione (per prevenzione e/o protezione) Impianti di rivelazione fluidi pericolosi Impianti di allarme antincendio Sistemi di diffusione sonora Segnalazioni luminose di ostacoli Climatizzazione** Allarmi antintrusione a antivandalismo, TVCC**
Servizi di riserva (art. 21.6) Quando devono essere installati: Quando ci pare e piace Illuminazione di riserva Centri di elaborazione dati Disaster recovery center Impianti di condizionamento Impianti di processo
Come devono essere installati Servizi di sicurezza: Tenendo conto delle esigenze del piano di emergenza Servizi di riserva: Tenendo conto delle esigenze tecniche ed economiche
* CEI 64-8 art. 313.2 Servizi di emergenza (sicurezza e riserva) In ogni caso è una questione di: Affidabilità e Disponibilità di Componenti Sistema Ovvero di fidatezza
Fidatezza (CEI CT56) Disponibilità istantanea A(t) (CEI 56-50 191.11.01) Probabilità che un entità sia in grado di eseguire una funzione richiesta nelle condizioni assegnate ad un dato istante, assumendo che siano messi a disposizione i mezzi esterni necessari Affidabilità R(t) (CEI 56-50 191.12.01) Probabilità che un entità possa eseguire la funzione richiesta, in condizioni stabilite, per un dato intervallo di tempo. Tasso di guasto λ(t) (CEI 56-50 191.12.02) Probabilità che un entità, che al tempo t si trovi in stato di buon funzionamento, si guasti in un tempo compreso tra t e t+dt
Fidatezza (CEI CT56) MTTF MTTR MTBF MTTR A 1 MTBF 1 1 ( t) MTBF MTTF R e t M Tempo Guasto Riparazione
Fidatezza (CEI CT56) Disponibilità Downtime 90% (1-nine) 36.5 days/year 99% (2-nines) 3.65 days/year 99.9% (3-nines) 8.76 hours/year 99.99% (4-nines) 52 minutes/year 99.999% (5-nines) 5 minutes/year 99.9999% (6-nines) 31 seconds/year!
Source: M. H. J. Bollen, Literature search for reliability data of components in electric distribution networks, Eindhoven University of Technology Research Report 93-E-276, August 1993. Fidatezza - Statistiche Component type # Outages per 1000 Components per Year MV/LV transformers 1-2 MV and LV circuit breakers 0,2-1 Disconnect switches 1-4 Electronic relays (single) 5-10 Electronic relay systems 30-100 # Outages per Components per Year Standby generators 20-75 Failure Probability failure to start 0,5-2% Continuous generators 0,3-1 UPS inverter 0,5-2 UPS rectifier 30-100 Underground cable (1000 m) 13-25 Cable terminations 0,3-1 Cable joints 0,5-2
(* CEI 56-50 191-15-01) Ridondanza* la presenza, in un entità, di più di un mezzo per svolgere una funzione richiesta Manovra manuale o automatica Attiva o in attesa MA chi deve essere ridondato? 10
(* CEI 56-50 191-15-04) Sicuro al guasto* entità progettata in modo da evitare che i suoi guasti comportino avarie critiche 11
* CEI 64-8 art. 563.1 Indipendenza* Il funzionamento non deve essere compromesso da un guasto, un intervento, una modifica sugli altri circuiti 12
Fidatezza Esempi 1 Rete Rete Rete 1 6 2 2 4 5 7 3 M 3 C è uno schema migliore dell altro? 13
Fidatezza Esempi Component type # Outages per 1000 Components per Year MV/LV transformers 1-2 MV and LV circuit breakers 0,2-1 Disconnect switches 1-4 Electronic relays (single) 5-10 Electronic relay systems 30-100 # Outages per Components per Year Standby generators 20-75 Failure Probability failure to start 0,5-2% Continuous generators 0,3-1 UPS inverter 0,5-2 UPS rectifier 30-100 Underground cable (1000 m) 13-25 Cable terminations 0,3-1 Cable joints 0,5-2 Source: M. H. J. Bollen, Literature search for reliability data of components in electric distribution networks, Eindhoven University of Technology Research Report 93-E-276, August 1993. 14
Fidatezza Esempi 1 Rete Rete 1 Rete 6 2 2 4 5 7 3 M 3 Rif. Componente (h-1/y) MTTR (h/y) MTTF (h/y) Disponibilità Affidabilità 1,6 Rete pubblica MT 1,142E-04 0,2 8,760E+03 99,997717% 36,787944% 2,7 Trasf. MT-BT 9,094E-07 52 1,100E+06 99,995271% 99,206573% 3,4,5 Circuito 1,575E-06 8 6,348E+05 99,998740% 98,629478% -- Radiale semplice 1,166E-04 -- 8,573E+03 99,99% 35,99% -- Radiale doppio 1,588E-06 -- 6,296E+05 99,999% 98,62% 15
Fidatezza Esempi 1 Rete 2 3 M 4 SISTEMA 1 Tasso di guasto λ (h -1 ) MTTF (h) MTTF (yr) 1 Rete pubblica MT 1,14E-04 8,76E+03 1,00E+00 2 Trasformatore MT-BT 9,09E-07 1,10E+06 1,26E+02 3 Sbarre PC 1,00E-06 1,00E+06 1,14E+02 4 Cavo 1,00E-06 1,00E+06 1,14E+02 Sistema 1 (serie) 1,17E-04 8,54E+03 9,75E-01 Affidabilità (1 anno) 35,86% Affidabilità (2 anni) 12,86% 16
Fidatezza Esempi 17
(* Sez. 56 CEI 64-8 561) Generalità* Servizi di sicurezza (e di riserva) Alimentazione di durata adeguata Indipendenza Resistenza al fuoco Condutture Altri componenti Interruzione al primo guasto IT TT, TN selettività Facilità di verifica EXIT
Sorgenti di alimentazione Rete Gruppi di continuità assoluta Gruppi elettrogeni (Gruppo elettrogeno e UPS) Soccorritori 19
Rete Sorgenti di alimentazione Linea distributore indipendente da quella ordinaria 1 Modi di guasto comune improbabili linee MT da cabine primarie indipendenti 1 CEI 64-8 art.351 2 UNI 10779 punto A.1.4 Aree di livello 1 e 2: indisponibilità 60 ore/anno 2 20
* EN 62040-3 (CEI 22-24) Gruppi statici di continuità Sorgenti di alimentazione Tipo Schema Out h (%) Comm. Costo Note Passive standby (VFD) NO disaccopp. NO freq. out 98-99 10 ms Semplice Line Interactive (VI) NO disaccopp. NO freq. out 96 98 4-5 ms Semplice Double Conversion (VFI) Disaccoppiato 90 96 0 ms LI 21
Sorgenti di alimentazione - Gruppi statici di continuità Dimensionamento - Corrente inserzione S UPS S RL Î Î load UPS Assenza rete o bypass: IUPS = 150% IUPSR per 1 min IUPS = 200% IUPSR per 100ms Presenza di rete: Funzionamento in bypass 22
P/Pn [%] Dimensionamento Corrente di inserzione Sorgenti di alimentazione Apparecchi di illuminazione Fluorescenti lineari compatte alogenuri metallici ai vapori di sodio A.P. mercurio A.P. 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 m P P P P P 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Tempo [s] 23
Sorgenti di alimentazione - Gruppi statici di continuità Dimensionamento - Fattore di potenza Potenza Attiva Tensione cosfi=0,9 100% potenza attiva cosfi=0,8 100% potenza apparente Potenza Reattiva 24
Sorgenti di alimentazione ** DM 13.07.2011 Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per l installazione di motori a combustione interna accoppiati a macchina generatrice elettrica o Gruppi elettrogeni Motore M G Utenze Tempo di presa del carico Gasolio: 10-15 s Turbina gas: 3-5 s Volano: 0,5 s Prevenzione incendi** Manutenzione 25
Correnti di inserzione: Sorgenti di alimentazione - Gruppi elettrogeni e UPS dinamici Dimensionamento S R S RL Î load Î CC I CC < I R < 3 I CC Deformazione: Reattanza subtransitoria Regolazione V e f 8% (EN 50160) 26
* Sez. 56 CEI 64-8 561,562,565,566 Escluse sorgenti incorporate Sorgenti in generale* Sicurezza - Sorgenti di alimentazione Luogo appropriato, solo pers. addestrate Durata adeguata Altri scopi: Sicurezza non compromessa Selettività NO parallelo Interblocchi Protetto sempre Parallelo Protetto sempre Corrente neutro 27
Sicurezza * CEI 64-8 Sez. 56 563 Circuiti* Luoghi con pericolo di: Incendio: Meglio di NO Esplosione: MAI Indipendenti 28
Sicurezza - Circuiti Essere indipendenti Separazione fisica Cavi resistenti al fuoco SICUREZZA ORDINARIO 29
Cavi Ad isolamento estruso Ad isolamento minerale Condutture (Giunzioni) Condutture resistenti al fuoco Sicurezza - Circuiti Per i servizi di sicurezza che devono funzionare in caso di incendio, tutti i componenti elettrici devono presentare, sia per costruzione sia per installazione, una resistenza al fuoco di durata adeguata 5 1 Prove: CEI 20-36/4-0 EN 50200 < 20 mm, CEI 20-36/5-0 EN 50200 > 20 mm 2 Prodotto: CEI 20-45 Cavi isolati on mescola elastomerica resistenti al fuoco.. 3 Marcatura: CEI UNEL 35012 e CEI UNEL 35011 V1 (2002) 4 CEI 20-39 Cavi ad isolamento minerale 5 CEI 64-8 art. 561.1.2 30
Sicurezza * CEI 64-8 Sez. 56 563 Protezioni* Garanzie continuità: Omissione sovraccarichi Selettività Protezioni separate Comando e sezionamento Comando di emergenza 31
Grazie per l attenzione angelo.baggini@unibg.it franco.bua@ecd.it 32