IL SISTEMA SPERIMENTALE DI MONITORAGGIO PER LE RETI DI DISTRIBUZIONE IN MEDIA TENSIONE R. Chiumeo, L. Garbero, I. Mastandrea, O. Ornago, A. Porrino CESI RICERCA SpA, via Rubattino 54 Milano E. De Berardinis, S. Malgarotti, A. Furnari, E. Rizzi CESI SpA, via Rubattino 54 Milano riccardo.chiumeo@cesiricerca.it Premessa L attività descritta in questa memoria è stata effettuata a supporto delle iniziative dell Autorità per l energia elettrica ed il gas e riporta le principali caratteristiche del sistema di monitoraggio della qualità della tensione nelle reti di distribuzione in Media Tensione. La realizzazione del sistema è stata promossa al fine di disporre di una base di conoscenza adeguata della situazione reale esistente che permetta di definire nuove iniziative regolatorie, inclusa l introduzione di obblighi di misurazione della qualità della tensione in capo alle imprese distributrici, nonché di sviluppare i contratti per la qualità, favorendo la misurazione individuale attraverso un'adesione volontaria dei Clienti alla campagna di monitoraggio. Introduzione La conoscenza dell effettivo livello di qualità della tensione nelle reti di distribuzione presuppone la disponibilità di un sistema di monitoraggio adeguato dei diversi parametri di qualità. Tale conoscenza, oltre a dare una reale visione dello stato attuale della rete evidenziandone le prestazioni in termini di qualità, potrebbe permettere di raccogliere ulteriori elementi conoscitivi che consentano di definire nuove iniziative regolatorie che includono anche l introduzione di obblighi di misurazione in capo alle imprese distributrici. In tale contesto, si è inserita l'attività di realizzazione di un sistema di monitoraggio della qualità della tensione sulle reti di distribuzione in Media Tensione, attività promossa dall'aeeg con specifico documento di consultazione, datato Aprile 2005 e condotta da CESI nell'ambito delle risorse assegnate alla Ricerca di Sistema. Il sistema di monitoraggio ha previsto l installazione di 400 Unità di Misura (UM) su altrettante semisbarre MT di cabina primaria ed un numero ulteriore di UM (fino a 200) lungo le linee MT e nei punti di consegna ai clienti finali. I dati acquisiti dalle singole UM, elaborati da un sistema centrale in modo da consentire una facile interpretazione degli indicatori della qualità della tensione in termini sia di dati semplificati (associati ad ogni singola UM), sia di dati aggregati (risultato di elaborazione, secondo differenti criteri, dei dati di singole UM), sono consultabili dal portale della Ricerca di Sistema denominato QUEEN (Qualità dell'energia Elettrica) appositamente sviluppato. L articolo illustra le principali caratteristiche del sistema di monitoraggio, le attività condotte per la sua realizzazione ed i primi risultati. 1. Scelta dei parametri della qualità della tensione da monitorare I parametri scelti per caratterizzare la qualità della tensione sono:
ampiezza della tensione di alimentazione; buchi di tensione; sovraelevazioni di tensione; interruzioni; armoniche di tensione; flicker; squilibrio della tensione; variazioni di tensione rapide. Oltre ai parametri di tensione sopra riportati, nelle cabine secondarie (MT/BT) si è proceduto anche al monitoraggio dell ampiezza delle correnti, armoniche incluse. Altri parametri della tensione, quali frequenza, interarmoniche e tensioni transitorie, non sono stati monitorati perché non dipendenti dalla rete MT (frequenza) e perché ritenuti poco significativi per giustificare l'enorme immagazzinamento ed elaborazione di notevoli quantità di dati con implicazioni in termini sia di capacità di memoria dello strumento sia di tempo di trasmissione dei dati al sistema centrale. 2. Scelta dei nodi della rete MT da monitorare Il progetto è mirato a monitorare l intera rete italiana in Media Tensione, tenendo in considerazione le sue caratteristiche principali. A tal fine, considerando la struttura della rete di distribuzione in MT ed i vincoli di budget e di tempo disponibile per il completamento del progetto, si è deciso di realizzare un sistema di monitoraggio costituito da 600 strumenti per la misura della qualità della tensione da installare in nodi della rete scelti considerando i seguenti criteri: 400 semisbarre MT (corrispondenti all 11% del numero complessivo di semisbarre) individuate in modo da rappresentare, per quanto possibile, le caratteristiche del sistema di distribuzione in MT; 200 Cabine Secondarie individuate tra i clienti alimentati in MT, la cui adesione alla campagna di monitoraggio è stata su base volontaria, ed i distributori (con priorità nella scelte ai clienti rispetto ai distributori). Questo criterio ha portato ad individuare 73 clienti MT( 1 ) e 127 Cabine Secondarie della rete di distribuzione. Le 400 semisbarre MT sono state suddivise proporzionalmente al numero delle reti MT presenti in ogni regione italiana, in modo che fossero rappresentative sia delle varie strutture, sia delle diverse condizioni ambientali delle reti MT italiane. In Figura 1 si riporta una mappa delle installazioni effettuate in cabina primaria (CP). In particolare, per ogni regione italiana, le semisbarre MT da monitorare sono state scelte in modo da rappresentare il più possibile la distribuzione statistica dei seguenti parametri delle reti MT ritenuti particolarmente significativi dal punto di vista della qualità della tensione: lunghezza totale delle linee derivate dalla semisbarra MT; tipo di linea MT (aerea con conduttori nudi, aerea in cavo, in cavo interrato, mista); numero dei clienti MT; gestione del neutro della rete MT (neutro isolato, neutro compensato); densità per km 2 dei clienti BT alimentati dalla rete MT (alta, media e bassa densità). 1 L adesione dei clienti MT alla campagna di monitoraggio è stata incentivata da condizioni economiche vantaggiose nell approvvigionamento degli strumenti di registrazione e favorita anche dall opportunità di conoscere i livelli effettivi di qualità nel proprio nodo di alimentazione al fine di poter stipulare dei contratti per la qualità su base di accordi volontari tra clienti e Enti di distribuzione, già previsti dall'aeeg.
3. Principali Caratteristiche del sistema di monitoraggio Il sistema di monitoraggio, la cui architettura è raffigurata in Figura 2, è essenzialmente costituito da: Le Unità di Misura (UM), dotate di dispositivo GSM per l invio quotidiano al Sistema Centrale di tutti i dati grezzi (non ancora elaborati) immagazzinati in memoria e di un GPS per la sincronizzazione temporale. Le UM sono predisposte per la memorizzazione della forma d onda di tensione in corrispondenza del verificarsi di eventi quali buchi ed interruzioni di tensione e variazioni rapide della tensione. Al fine di individuare l origine dei buchi di tensione è prevista la registrazione dell avviamento delle protezioni distanziometriche delle linee di AT da parte delle 400 UM localizzate nelle CP e del superamento di una soglia di corrente da parte delle UM presso cliente MT. Le UM sono connesse ai secondari dei trasduttori di tensione (TV) e corrente (TA) in modo tale da misurare le tensioni concatenate e le correnti di linea. Nel rispetto del vincolo di budget, sono stati utilizzati i TV ed i TA esistenti in impianto per scopi di rilievi di misura. Il sistema centrale per la raccolta dati (SCP), destinato principalmente alla gestione della comunicazione giornaliera con gli strumenti di misura ( import dei dati memorizzati dagli strumenti, gestione dei setup degli strumenti e installazione delle nuove versioni del firmware ). Sono previsti un database server (Microsoft SQL server) per la registrazione dei dati grezzi e un ulteriore database server di back up. Un sistema per l elaborazione e la visualizzazione dei parametri caratteristici della qualità della tensione (QUEEN - Qualità dell Energia Elettrica). Figura 1 - Mappa dei punti di misura situati sulle semisbarre MT di CP Figura 2. Architettura del sistema di monitoraggio. L acronimo AdM indica l'unità di Misura (UM) 3.1 QUEEN - Sistema Web per l elaborazione finale e la visualizzazione dei parametri della qualità della tensione: caratteristiche e presentazione dei risultati L elaborazione e la rappresentazione finale dei risultati è eseguita da un sistema chiamato QUEEN (Qualità dell Energia Elettrica) disponibile su un sito web aperto al pubblico. L'accesso a QUEEN (http://queen.ricercadisistema.it) può essere effettuato da due categorie diverse di utenti:
I proprietari dell'unità di Misura, che hanno accesso ai risultati di dettaglio (definiti dal sistema semplificati ) della campagna di monitoraggio (istante di accadimento e caratteristiche principali dei singoli disturbi) ed a risultati statistici relativi ai disturbi registrati dalle loro UM e ad un intervallo di tempo selezionabile. Per tutelare la riservatezza delle informazioni, l'accesso dei proprietari avviene tramite una password. In particolare, i risultati di dettaglio accessibili dai proprietari di UM sono organizzati in tabelle che riportano l andamento temporale delle caratteristiche dei vari parametri della Qualità della Tensione (nel caso di parametri registrati con continuità, come l ampiezza della tensione di alimentazione, flicker, ecc.) o la sequenza degli eventi (in caso di buchi di tensione, interruzioni, variazioni di tensione rapide ecc.). Per quanto riguarda i parametri registrati con continuità, l'utente può richiedere dei grafici che ne riportano l andamento nel tempo. Per quanto riguarda gli eventi, l'utente può scaricare le corrispondenti forme d onda registrate dall UM, durante un intervallo di tempo definito da un pre-trigger e un post-trigger. Il pubblico può accedere al sito per richiedere i risultati aggregati delle registrazioni fatte durante la campagna di monitoraggio dalle varie UM, sulla base di diversi criteri (regione di appartenenza, tipo di rete, stato del neutro, tensione nominale, ecc.). Tali risultati aggregati sono organizzati in tabelle che riportano i risultati statistici relativi ai vari parametri della Qualità di Tensione. Per entrambe le due tipologie di risultati (di dettagli o aggregati), i parametri di qualità della tensione che superano i limiti indicati dalla norma CEI EN 50160 [1] sono evidenziati tramite la colorazione della corrispondente cella. Nel seguito si riportano alcune pagine web del sito QUEEN, riguardanti i risultati di dettaglio (Figura 3 Figura 5) e quelli aggregati (Figura 6). 4. Conclusioni Questo articolo illustra le caratteristiche principali del sistema sperimentale di monitoraggio per le reti di distribuzione in Media Tensione, che costituisce, per dimensioni e complessità (quasi 600 punti di misura sulle semisbarre delle Cabine Primarie, presso Clienti MT e lungo le linee MT), un record assoluto a livello mondiale. I dati raccolti sono messi a disposizione via web in forma dettagliata ai titolari degli strumenti (Clienti MT e Distributori) e sono disponibili a tutti in forma di dati aggregati. Sia la base dei dati di dettaglio, sia quella dei dati aggregati, costituiranno una fonte di informazione derivata direttamente dall esercizio e potranno essere utilizzate, oltre che per le finalità regolatorie dell'autorità per l energia elettrica e il gas, anche da una pluralità di operatori e di centri di ricerca per lo sviluppo di soluzioni che potranno concorrere con la regolazione al miglioramento del servizio elettrico. Inoltre i dati raccolti potranno costituire, ad esempio, una fonte di riferimento di cui si potrà avvantaggiare lo sviluppo di apparati elettrici meglio dimensionati dal punto di vista della immunità e con la quale si potranno meglio orientare gli investimenti e le attività di esercizio e manutenzione utili al miglioramento della performance delle reti di distribuzione. Bibliografia [ 1 ] Norma CEI EN 50160 Caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione dell energia elettrica, Edizione seconda, 2000-03
Figura 3 - Dati semplificati: selezione dell UM, del periodo di osservazione e dei parametri della qualità della tensione Figura 4 - Risultati relativi all ampiezza della tensione monitorata su un periodo di 4 settimane Figura 5 - Buchi di tensione: sequenza temporale degli eventi e classificazione secondo classi di durata (colonne) e classi di tensioni residue (righe) Figura 6 - Risultati dell'aggregazione dei buchi di tensione che si sono verificati in Italia su tutte le semisbarre a 20 kv delle cabine primarie AT/MT