Dispense Pq

Universit degli Studi di Padova

Facolt di Ingegneria

Progettazione di sistemi elettrici industriali

a.a. 2009-2010

(Roberto Turri)

Appunti

QUALITA DEL SERVIZIO

NELLE RETI DI DISTRIBUZIONE E

INDUSTRIALI

I

Qualit del servizio nelle reti di distribuzione e industriali

Indice

1 QUALITA DELLA TENSIONE 4

1.1 INTRODUZIONE 4

1.2 QUALITA DELLENERGIA 4

1.3 INIZIATIVE PER IL MONITORAGGIO 11

1.4 NORMATIVA NELLAMBITO DELLA POWER QUALITY 12 1.4.1 COORDINAMENTO DEI LIMITI 14

1.5 DEFINIZIONI E ACRONIMI UTILIZZATI 16 1.5.1 Definizioni EMC di base 16 1.5.2 Altre definizioni e acronomi utili 17

2 DISTURBI CONDOTTI: DESCRIZIONE, ORIGINE E PROPAGAZIONE 20

2.1 INTRODUZIONE 20

2.2 ARMONICHE E INTER-ARMONICHE 22 2.2.1 Armoniche 22

2.2.1.1 Descrizione del fenomeno 22 2.2.1.2 Sorgenti di armoniche 23

2.2.1.2.1 Raddrizzatori, convertitori, cicloconvertitori e regolatori 23 2.2.1.2.2 Forni ad arco in AC 24 2.2.1.2.3 Altre sorgenti di armoniche 24

2.2.1.3 Problemi causati dalle armoniche 25 2.2.1.3.1 Problemi entro limpianto 25 2.2.1.3.2 Problemi causati da armoniche di corrente 26 2.2.1.3.3 Problemi causati da armoniche di tensione 27 2.2.1.3.4 Problemi armonici che riguardano lalimentazione 28

2.2.1.4 Propagazione delle armoniche nelle reti 28 2.2.1.5 Leggi di composizione delle armoniche 29

2.2.2 Inter-armoniche 29 2.2.2.1 Descrizione del fenomeno 29 2.2.2.2 Sorgenti di inter-armoniche 30

2.3 VARIAZIONI DI TENSIONE E FLICKER 30 2.3.1 Descrizione del fenomeno 30

2.3.1.1 Variazione di tensione 30 2.3.1.2 Flicker 31

2.3.2 Sorgenti di variazioni di tensione e flicker 32 2.3.3 Propagazione delle variazioni di tensione e del flicker 33

2.4 SQUILIBRIO DI TENSIONE 34 2.4.1 Descrizione del fenomeno 34 2.4.2 Sorgenti di squilibrio di tensione 34 2.4.3 Propagazione dello squilibrio di tensione 34

2.5 BUCHI DI TENSIONE E BREVI INTERRUZIONI 35 2.5.1 Buchi causati da grossi carichi 35 2.5.2 Buchi che hanno origine da guasti in rete 35 2.5.3 Sensibilit dellimpianto 36

2.5.3.1 Caratteristiche di sensibilit delle apparecchiature 36

2.6 SOVRATENSIONI 37

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2.6.1 Generalit 37 2.6.2 Sovratensioni temporanee 38

2.6.2.1 Reti AT e AAT 38 2.6.2.2 Reti MT 38 2.6.2.3 Reti BT 38

2.6.3 Sovratensioni transitorie 39 2.6.3.1 Reti AT e AAT 39 2.6.3.2 Reti MT 39 2.6.3.3 Reti BT 40

2.7 VARIAZIONI DELLA FREQUENZA DI RETE 41

2.8 SEGNALI INTENZIONALMENTE INIETTATI IN RETE 42

3 INTERRUZIONI E BUCHI DI TENSIONE 43

3.1 FENOMENOLOGIA E RIFERIMENTI NORMATIVI 43 3.1.1 Documenti normativi 43

3.1.1.1 Definizioni 43 3.1.1.2 Normativa italiana 45

3.1.2 Buchi di tensione 47 3.1.2.1 Caratteristiche dei buchi di tensione 47 3.1.2.2 Propagazione di buchi di tensione nelle reti di trasmissione e distribuzione 49

3.1.2.2.1 Propagazione in reti di trasmissione AT 49 3.1.2.2.2 Propagazione in reti MT 49 3.1.2.2.3 Propagazione attraverso trasformatori 50

3.1.2.3 Classificazione dei buchi di tensione 50 3.1.3 Fenomeni che danno origine a buchi di tensione 52 3.1.4 Interruzioni di tensione 54 3.1.5 Fenomeni che danno origine a interruzioni di tensione 55

3.2 EFFETTI DI BUCHI ED INTERRUZIONI DI TENSIONE SULLE APPARECCHIATURE 56

4 VARIAZIONI E FLUTTUAZIONI DI TENSIONE 57

5 FLICKER 60

5.1 INTRODUZIONE 60

5.2 PRINCIPALI CAUSE 61

5.3 EFFETTI PRODOTTI 62

5.4 LIMITAZIONI DEL FLICKER 64

5.5 SEVERITA DEL FLICKER 66 5.5.1 SIGNIFICATO 66

5.6 METODI PER LA DETERMINAZIONE DEL FLICKER 70

5.7 FLICKERMETRO 73 5.7.1 DESCRIZIONE 73 5.7.2 PERCEZIONE DELLE VARIE FREQUENZE 78

6 SOLUZIONI PER I DISTURBI DELLA QUALITA DEL SERVIZIO 79

6.1 I GRUPPI STATICI DI CONTINUITA 79

2


3

6.2 I GRUPPI DI CONTINUITA ROTANTI 82

6.3 I GRUPPI ELETTROGENI 83

6.4 DISPOSITIVI DI PARALLELISMO, RIDONDANZA E SINCRONIZZAZIONE 84

6.5 I FILTRI PASSIVI 85

6.6 I FILTRI ATTIVI 86


1 QUALITA DELLA TENSIONE

1.1 INTRODUZIONE

Nella presente dispensa viene trattato laspetto della qualit della tensione (power quality)

fornita agli utenti dal gestoredella rete elettrica di trasmissione e distribuzione.

Nel capitolo 2 vengono presi in esame i principali disturbi condotti con particolare riferimento

a quei disturbi con propensione a sommarsi fra di loro (per esempio: armoniche, flicker, ) e

di conseguenza che presentano un rischio reale di superare soglie non compatibili con le

apparecchiature sensibili ormai largamente diffuse in rete.

Nel capitolo 3 si considerano le interruzioni e i buchi di tensione analizzando le

caratteristiche, la propagazione, i fenomeni che ne danno origine, gli effetti sulle

apparecchiature e le possibili soluzioni per la loro attenuazione.

Nel capitolo 4 vengono prese in esame le soluzioni per i disturbi della qualit del servizio

come gruppi di continuit statici (UPS), gruppi di continuit rotanti, gruppi elettrogeni,

dispositivi di parallelismo, ridondanza e sincronizzazione, filtri passivi e filtri attivi.

Il capitolo 5 contiene gli aspetti del monitoraggio della qualit della tensione nelle reti di

distribuzione di energia elettrica in media tensione.

Nel capitolo 6 si prendono in considerazione le linee guida per la regolamentazione della

qualit del servizio della fornitura dellenergia elettrica mentre nel capitolo 7 si analizza la

valutazione economica dellimpatto della power quality sui processi industriali.

1.2 QUALITA DELLENERGIA

Lenergia elettrica costituisce probabilmente la principale materia prima per i settori del

terziario e dellindustria. E un prodotto insolito perch richiesto con continuit, non lo si

pu immagazzinare in quantit considerevoli e non pu essere sottoposto a controlli che ne

assicurino la qualit prima delluso.

Lenergia elettrica molto diversa da qualsiasi altro prodotto, generata lontano dal punto di

utilizzazione, immessa in una rete alimentata da molti generatori ed arriva al punto di

consegna passando attraverso diversi trasformatori e parecchi chilometri di linee aree ed

eventualmente cavi sotterranei. In alcuni casi, ad esempio dove il settore elettrico stato

privatizzato, la rete elettrica di distribuzione di propriet di un certo numero di

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organizzazioni diverse che si occupano della gestione e del mantenimento della stessa.

Assicurare la qualit dellenergia fornita al punto di consegna non un compito facile.

Dal punto di vista dellutente il problema ancora pi complesso. Sono disponibili alcune

statistiche a proposito della qualit dellenergia fornita, ma il livello qualitativo accettabile

secondo il fornitore pu essere molto diverso da quello richiesto, o forse desiderato

dallutente. I disservizi pi diffusi sono linterruzione completa (che pu durare da alcuni

secondi a diverse ore) e buchi o cadute di tensione, durante i quali la tensione scende per

tempi brevi ad un livello inferiore a quello nominale. Naturalmente le lunghe interruzioni

costituiscono un problema per tutti gli utenti, ma molti processi sono sensibili anche a

brevissime interruzioni:

processi continui, durante i quali brevi interruzioni possono alterare la sincronizzazione del macchinario e portare a grandi quantit di prodotto non

completamente lavorato. Tipico esempio lindustria cartiera, dove le operazioni di ri-

avvio della produzione sono lunghe e costose;

operazioni concatenate a pi livelli di lavorazione, dove uninterruzione durante un processo pu compromettere il risultato di altre operazioni. Tipico esempio

lindustria dei semiconduttori, nella quale la produzione di un wafer richiede alcune

dozzine di operazioni per diversi giorni ed il fallimento di una sola operazione ha

effetti catastrofici;

elaborazione di dati, in cui il valore della transazione alto, pur essendo basso il costo di processo, come ad esempio accade gestendo azioni e cambio valuta.

Limpossibilit di operare pu comportare grosse perdite che superano di gran lunga il

mero costo delloperazione.

Questi sono solo alcuni esempi che riportano i casi relativi alle industrie pi sensibili, ma

sorprendente come anche operazioni quotidiane, apparentemente banali, abbiano fabbisogni

critici per quanto riguarda la fornitura dellenergia.

Una fornitura perfetta di energia elettrica dovrebbe garantire la continuit del servizio, entro

tolleranze di tensione e frequenza, ed avere una tensione con forma donda sinusoidale priva

di distorsioni. Laccettabilit degli scostamenti dalle caratteristiche nominali dellenergia

dipende dal tipo di utilizzazione da parte dellutente, dagli impianti installati e dalle sue

esigenze.

E possibile riassumere in cinque categorie distinte le carenze di qualit dellenergia, intese

come deviazioni dalle condizioni ideali della fornitura:

distorsione armonica;


interruzioni del servizio; abbassamenti di tensione e sovratensioni; buchi di tensione; transitori.

Ognuno dei problemi inerenti la qualit dellenergia causato da fenomeni distinti.

Alcuni problemi derivano dalla condivisione da parte di pi utenze di una porzione della rete

di alimentazione. Per esempio, un guasto sulla rete pu causare un buco di tensione che

potrebbe coinvolgere alcuni utenti, in numero proporzionale al livello gerarchico del guasto

stesso, oppure un transitorio causato da un impianto utilizzatore potrebbe creare inconvenienti

a tutti gli altri clienti alimentati dallo stesso sottosistema. Altri problemi, come la generazione

di armoniche, hanno origine negli impianti degli utenti stessi e possono o meno propagarsi

attraverso la rete con conseguenze nei confronti di altri clienti dellente erogatore. I problemi

legati alla generazione delle armoniche possono essere arginati mediante unaccurata

progettazione dellimpianto ed utilizzando collaudati sistemi di filtraggio.

I fornitori di energia elettrica sostengono che gli utenti che muovono critiche nei confronti

della qualit del servizio dovrebbero affrontare loro stessi i costi per assicurare laffidabilit

della fornitura, anzich pretendere che lazienda elettrocommerciale provveda a garantire un

prodotto di altissimo livello qualitativo ad ogni cliente ovunque si trovi allacciato alla rete.

Una fornitura rispondente a tali requisiti richiederebbe investimenti molto onerosi in termini

di adeguamento della rete, per apportare benefici nei confronti di relativamente pochi clienti

(in termini numerici, non consuntivi) e non sarebbe conveniente. E quindi responsabilit del

consumatore fare i passi necessari per assicurarsi che la qualit dellenergia fornita alla sua

attivit sia sufficientemente buona, con la chiara implicazione che il livello di qualit pu

essere ben pi alto di quello offerto allimpianto dallerogatore.

Esistono varie soluzioni ingegneristiche per eliminare o ridurre gli effetti di problemi inerenti

la qualit della fornitura dellenergia, e costituiscono un settore in continuo sviluppo e

crescita. In questo ambito, i clienti devono conoscere le varie soluzioni disponibili, i loro

vantaggi e i relativi costi.

Il numero di interruzioni brevi e buchi di tensione mette in evidenza la differenza tra la

visione dal punto di vista del fornitore e del cliente. Sono eventi a breve termine per

definizione e per questo, salvo una continua analisi della tensione mediante apposite

apparecchiature, difficile provarne lesistenza. E inoltre ancora pi difficoltoso attribuire ad

un dato evento una precisa perdita economica. Il fornitore dellenergia elettrica tende a

valutare linterruzione in termini di costo dellenergia elettrica che, a causa del disservizio,

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non stata fornita, mentre il consumatore la valuta in termini di mancato guadagno

conseguente allinterruzione della produzione. Lenergia elettrica relativamente a buon

mercato e la discontinuit di fornitura breve, tuttavia la perdita di produzione pu essere

molto costosa ed il tempo di fermo molto lungo per permettere il ri-avvio della produzione.

Le due parti hanno quindi punti di vista completamente diversi per quanto riguarda

limportanza da attribuire alle cadute di tensione ed alle risorse economiche da destinare ad un

eventuale impianto per ridurre i disservizi.

Si pensa solitamente che interruzioni pi lunghe, come ad esempio le sospensioni

dellerogazione, siano causate dal fornitore, ma possono anche essere attribuite a guasti di

componenti locali dellimpianto, come i conduttori, o alle connessioni. Una progettazione

mirata a realizzare impianti in grado di reggere a determinate sollecitazioni pu minimizzare

gli effetti conseguenti a dati eventi.

Mentre la maggior parte dei buchi di tensione ed interruzioni di erogazione ha origine nel

sistema di trasmissione e di distribuzione con conseguente responsabilit a carico del

fornitore, i problemi relativi allimmissione di armoniche sono quasi sempre attribuibili

allutente. La causa dei problemi sugli impianti risiede nella presenza di correnti armoniche

che, per effetto delle cadute di tensione sullimpedenza di rete, generano corrispondenti

tensioni armoniche. Questa distorsione della tensione, o almeno una sua parte, si propaga

negli impianti adiacenti al sistema e si combina con la distorsione di fondo della tensione

presente in qualsiasi sistema di trasmissione (ad esempio a causa della non linearit dei

trasformatori). Limitando lemissione di armoniche di corrente gli utenti possono portare il

livello di distorsione della tensione in rete entro limiti accettabili.

I disturbi transitori sono eventi che accadono con grande frequenza. Tra le cause vi sono

sovracorrenti di manovra sulla rete e linserimento di carichi reattivi presso lutente o presso

utenti alimentati dalla stessa rete di distribuzione. I transitori possono avere notevole

ampiezza e quindi sono in grado di causare seri danni sia alle linee sia ai carichi ad esse

connessi.

Esistono alcuni standard internazionali che fissano i limiti di variazione di ampiezza della

tensione e della sua distorsione, entro i quali i carichi dovrebbero funzionare senza problemi.

Similmente, vi sono limiti per le variazioni di tensione e la distorsione della sua forma donda

che debbono essere rispettati dallazienda fornitrice di energia elettrica.

Per assicurare una buona qualit dellenergia necessario un buon progetto iniziale, un

impianto in grado di sopperire ad alcuni dei problemi di alimentazione, cooperazione con il

fornitore e buona manutenzione.


Nel settore industriale, essendo lentit dei processi produttivi sempre pi ampia, il peso che

questi utenti rivestono nella rete sempre pi oneroso, anche dal punto di vista della qualit

dellalimentazione.

Dallaltro lato i diversi tipi di utenti sono consapevoli di quanto lelettricit sia indispensabile

e sono molto pi attenti ed esigenti alla loro fornitura.

Lanalisi di questi fenomeni si basa quindi sulla valutazione dellaffidabilit del servizio

elettrico dal punto di vista della continuit che dello scostamento dei parametri elettrici dai

valori ideali: questi vengono pi comunemente definiti come disturbi e la valutazione

complessiva denominata Power Quality.

Rivestono la maggiore importanza la frequenza di alimentazione e la tensione; con lavanzare

dello sviluppo economico, la continuit della fornitura, lampiezza e la frequenza sono

ritenute scontate in quanto, come ovvio pensare, lo sviluppo del sistema elettrico ha

consentito un miglioramento sotto questo aspetto. Si pu rivolgere lattenzione verso gli altri

disturbi connessi con la tensione stessa, consentendo di confondere la definizione di Power

Quality con quella di qualit della tensione.

La presenza di questi fenomeni intrinseca nellesercizio delle reti elettriche e quindi non pu

essere eliminata completamente; lo scopo dellanalisi della qualit si basa quindi sul

mantenere, attraverso opportuni accorgimenti, le variazioni allinterno di range prestabiliti al

fine di garantire comunque il funzionamento corretto di tutte le utenze.

Nellosservare il sistema elettrico complessivo, a partire dalla generazione per arrivare agli

utenti finali, si pu notare che i disturbi possono aver origine da diversi fattori, che vengono

cos suddivisi:

Interferenze sulla rete, tra le quali guasti di origine interna o esterna

Operazioni sulla rete di alimentazione

Operazioni a livello di utente finale

Operazioni di utenti adiacenti

importante osservare che, contrariamente a quello che si pu pensare, molte volte proprio

il cliente, che a causa delle apparecchiature usate, crea fastidio agli altri utenti connessi con

il sistema elettrico. Ovviamente lentit del disturbo rilevato dipende dalla posizione nella

rete.

Bisogna distinguere, ad esempio, un utente urbano/suburbano da uno connesso in un centro

commerciale o industriale; questultimo infatti molto spesso alimentato da linee a tensione

elevata e portata superiore, con la conseguenza di essere meno influenzato. Dal punto di vista

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della generazione del disturbo, leffetto prodotto da questo senzaltro pi importante in

quanto rilevato in modo spesso pi intenso in una pi vasta area.

Un utente connesso a zone pi isolate, invece, spesso alimentato da linee aeree di lunghezza

notevole e il problema dei disturbi molto sentito.

Importante risulta quindi poter valutare la responsabilit sulla PQ: lattenzione deve essere

posta sia dal distributore che dallutente che acquista lenergia.

Lutilizzatore, sia esso un cliente domestico o industriale deve porre attenzione al proprio

utilizzo dellenergia elettrica per non creare problemi agli altri utenti connessi con la stessa

parte di rete; in questi casi il distributore di energia deve ovviamente attuare i provvedimenti

opportuni per salvaguardare gli altri utenti, intervenendo sulla rete o imponendo al carico

sorgente un determinato comportamento. Questo caso rientra nella classificazione definita in

materia di compatibilit elettromagnetica di limitazione delle emissioni.

Un esempio pu riguardare grossi impianti industriali, dotati di grossi motori, carichi non

lineari o intermittenti. Per limitare il problema, facile, ad esempio, trovare nella pratica un

funzionamento di particolari carichi industriali in determinate ore notturne, in cui si ha

globalmente un basso carico nella rete.

Altri casi possono essere legati alla connessione in rete delle varie apparecchiature

elettroniche per usi domestici o commerciali, tra cui TV, computer, ed elettrodomestici in

genere, con assorbimento di potenza relativamente basso rispetto alla disponibilit di

alimentazione, ma lelevato grado di contemporaneit durante determinate ore del giorno pu

essere gravoso.

Dallaltro lato i diversi carichi, e ancora tra questi le apparecchiature elettroniche ma non

solo, devono essere in grado di funzionare correttamente se i livelli di disturbo sono

allinterno dei vincoli imposti: questa necessit definita secondo la EMC come immunit ai

disturbi.

Il problema di attribuzione delle varie responsabilit quindi abbastanza complesso. In

particolare, vista la capacit di tutti i soggetti coinvolti nella rete di generare disturbi, appare

evidente che una regolamentazione essenziale nella gestione delle reti di trasmissione,

distribuzione e industriali.

Inoltre, da considerare anche la graduale evoluzione del mercato dellenergia con la

progressiva liberalizzazione, tra cui lincremento di utenze autoproduttrici che necessitano di

una connessione attraverso convertitori elettronici, a causa dellirregolarit dellenergia

disponibile; il caso, ad esempio, dei generatori eolici e fotovoltaici.


Lattivit di regolamentazione seguita, da un lato, da interventi sulle varie reti in modo da

renderle pi stabili e affidabili e dallaltro lato dallintroduzione nel mercato di

apparecchiature meno sensibili ed eventualmente equipaggiate di sistemi di protezione (UPS).

Il problema della regolamentazione riguarda quindi entrambe le controparti del sistema

elettrico, imponendo ai distributori di garantire ai propri clienti una certa qualit

dellalimentazione della rete pubblica, i quali ovviamente, impongono loro dei vincoli per la

salvaguardia collettiva.

Nel caso di reti industriali, il coinvolgimento del cliente riguarda anche la fase di

progettazione dellimpianto, in modo da scegliere lo schema e le modalit di allacciamento

pi consone al livello di qualit richiesta dal proprio processo produttivo.

La figura riassume il processo di generazione e diffusione del disturbo, riferendosi ad un

utente connesso con la rete pubblica:

Processo di diffusione dei disturbi condotti

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1.3 INIZIATIVE PER IL MONITORAGGIO

A livello nazionale, vista la crescente attenzione ai problemi relativi alla qualit dellenergia,

lAutorit per lEnergia Elettrica ed il Gas ha introdotto il nuovo concetto di contratti di

qualit da stipulare tra il cliente ed il proprio distributore in modo da fissare dei vincoli

bilaterali sui vari parametri della tensione elettrica.

Il contratto prevede il rispetto del livello concordato di PQ per un determinato parametro, con

un premio annuo a carico del cliente e un rimborso, a favore del cliente stesso, nel caso in cui

il livello non sia rispettato da parte del distributore, previa misurazione per un periodo di

almeno un anno.

Per favorire unanalisi pi attenta sui problemi connessi e sviluppare nuove iniziative di

regolazione, tra cui lattuazione di tali contratti, ha avviato una serie di proposte connesse con

un piano di monitoraggio della qualit dellalimentazione.

In seguito ad un progetto Europeo, denominato Leonardo Power Quality Iniziative, si

visto che i costi relativi ai problemi legati alla PQ sono di entit molto maggiore per

lindustria rispetto alla spesa relativa alla campagna di misure. Inoltre le organizzazioni

rappresentanti le imprese hanno pi volte sostenuto come la PQ abbia una notevole influenza

sulla competitivit.

Lo scopo delliniziativa quello di raccogliere delle informazioni utili circa il livello attuale

di PQ in modo da poter valutare la possibilit di introdurre obblighi di misurazione da parte

dei distributori con la possibilit di una eventuale regolazione economica sui parametri della

tensione.

Una iniziativa simile gi stata presa per quel che riguarda la RTN con obbligo di

misurazione e la facolt di stipulare contratti di qualit da parte degli utenti con il GRTN.

Nel documento dellAprile 2005, lAutorit propone lestensione dellobbligo di misurazione,

con modalit simili per la RTN, anche ai distributori proprietari di reti di distribuzione in alta

tensione e propone la caratteristiche del sistema di monitoraggio per la reti di distribuzione in

MT.

Nulla ancora riguarda le reti BT, in quanto necessaria un a certa gradualit nellaffrontare il

problema ed inoltre, attraverso le misurazioni effettuate sulla MT possibile trarre delle

informazioni a riguardo anche della PQ ai livelli di tensione inferiore.

I clienti allacciati in MT possono prendere parte attivamente al processo attraverso luso di

apparecchi di monitoraggio propri, purch conformi, sia con lacquisizione di strumentazione


a prezzi vantaggiosi. Il cliente, inoltre, ha il vantaggio di poter essere sempre a conoscenza dei

dati per la valutazione della PQ nel punto in cui allacciato.

Si capisce quindi come la conoscenza, la valutazione e i provvedimenti relativi alla PQ stiano

assumendo, con il tempo, un ruolo sempre pi importante.

1.4 NORMATIVA NELLAMBITO DELLA POWER QUALITY

Le problematiche inerenti la Power Quality rientrano allinterno della valutazione a pi vasto

raggio, in cui la normativa, divenuta pi sensibile al problema, ha iniziato a porre attenzione a

tutti quei fenomeni di natura elettromagnetica.

Al lavoro complessivo viene dato il titolo di Compatibilit Elettromagnetica (EMC) in cui le

definizioni gi introdotte di Emissione e Immunit, sono il nodo centrale.

La valutazione dei problemi di qualit della tensione rientrano nella sottocategoria dei disturbi

elettromagnetici condotti a bassa frequenza, a cui vanno aggiunti i fenomeni transitori.

Con lo scopo di definire una strada comune per la quantificazione, oltre che per stabilire dei

vincoli da rispettare, diversi organismi tra loro in collaborazione, hanno lavorato in questo

settore, sia in ambito nazionale che internazionale.

Hanno preso parte:

Enti normativi e regolatori

Distributori di energia elettrica

Gestori delle reti di trasmissione nazionali

Costruttori di apparecchiature

Clienti

Progettisti

Installatori

Si possono citare alcuni degli enti normativi che hanno preso parte alliniziativa:

CEI

CENELEC

CIGRE

IEC

IEEE

UIE (Unione Internazionale di Elettrotermia)

UNIPEDE (Unione dei Produttori e dei Distributori di Energia Elettrica)

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Lo scopo della normativa in ambito di Power Quality riguarda diversi punti:

Descrivere e caratterizzare i fenomeni

Valutare le principali cause dei problemi di PQ

Considerare limpatto sugli altri utenti del sistema

Descrivere in forma matematica il fenomeno attraverso luso di indici e analisi

statistiche, al fine di valutarne limportanza

Specificare le linee guida e tecniche di misura

Imporre dei limiti sulle emissioni a seconda dei diversi tipi di apparecchiatura

Imporre dei livelli di immunit o tolleranza ai fenomeni per le diverse apparecchiature

Specificare i metodi e procedure per il rispetto dei limiti imposti

Attraverso il sotto-comitato tecnico TC77A, la IEC, nella serie normativa 61000, ha affrontato

il problema dei disturbi condotti a bassa frequenza, raccogliendo una serie di informazioni,

pi specifiche, contenute in norme di singoli paesi o organizzazioni.

La serie cos suddivisa: 1. (IEC 61000-1-x) Generale: questa sezione introduce i principi fondamentali sulla EMC e introduce

le varie definizioni e i termini utilizzati nella norma.

2. (IEC 61000-2-x) Contesto: descrive e classifica le caratteristiche del contesto di utilizzo e le

condizioni ambientali dove utilizzare lapparecchiatura.

3. (IEC 61000-3-x) Limiti: vengono definiti i livelli massimi di disturbo generati dalle apparecchiature

affinch siano tollerati dalla rete. Definisce inoltre il limiti di immunit delle apparecchiature

sensibili.

4. (IEC 61000-4-x) Tecniche di misura: questa sezione fornisce le linee guida per le apparecchiature

di misura e monitoraggio della power quality. Descrive anche le procedure di verifica al fine di

assicurare la conformit con le altre parti della norma.

5. (IEC 61000-5-x) Installazione e riduzione disturbi: vengono trattate le tecniche di installazione per

ridurre le emissioni e aumentare limmunit ai disturbi. Descrive inoltre luso di diverse

apparecchiature in grado di risolvere i problemi sulla power quality.

6. (IEC 61000-6-x) Norme generali: raccoglie delle norme specifiche a riguardo di determinate

apparecchiature o condizioni di utilizzo. Sono contenuti dei limiti di emissione ed immunit.

Una descrizione pi specifica di alcune sezioni della norma pu essere trovata nella tabella a

pagina seguente.

In ambito europeo da segnalare la norma EN 50160, che si riferisce alla qualit della

tensione nelle reti di distribuzione, con riferimento alle reti in media e bassa tensione.


Non ci sono riferimenti alle apparecchiature o agli utenti, ma questa norma ha lo scopo di

identificare dei vincoli, che i distributori devono rispettare nei confronti dei clienti, con

riferimento a particolari disturbi di tensione.

I clienti sono, in questo modo, tutelati nella loro alimentazione, avendo garantito, che

determinati parametri rimangono al di sotto dei limiti imposti.

Serie normativa 61000-x-x

1.4.1 COORDINAMENTO DEI LIMITI

Nellambito della Compatibilit Elettromagnetica al fine di garantire la convivenza,

allinterno di una rete, di carichi disturbanti e carichi sensibili, necessario definire dei livelli

massimi di disturbo presenti.

Tali livelli, definiti come livelli di compatibilit, devono essere fissati in stretta relazione

con i valori di immunit ed emissione. In particolare, il livello di disturbo che

unapparecchiatura o un impianto deve essere in grado di sopportare superiore al livello di

compatibilit presente nel punto in cui allacciato. Al contrario il carico, inteso come

sorgente di disturbo, non deve emettere ad un livello superiore di quello di compatibilit.

Nelle reti AT e MT, i livelli fissati sono il frutto di un processo di coordinamento; bisogna

ricordare, infatti, che i limiti imposti, per quel che concerne le emissioni, devono riguardare

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un singolo impianto e non la singola apparecchiatura, in quanto la contemporaneit nella

generazione del disturbo pu creare problemi, anche se ogni singola apparecchiatura rispetta

dei propri limiti di emissione.

Di fondamentale importanza anche il fatto che alcuni dei possibili disturbi generati, tra cui

le variazioni rapide di tensione, il flicker e la distorsione armonica, dipendono dalla potenza

di corto circuito al nodo in cui la sorgente connessa. Dipende quindi dalla posizione nella

rete ed in particolare da come la rete a monte costituita.

A causa di questa variabilit, difficile imporre dei limiti precisi alla generazione di disturbo

di un determinato impianto; nel caso di una rete debole o nel caso che altri carichi, in

contemporanea, generino disturbi, diventa ovvio che il limite di emissione deve essere molto

stringente. Al contrario, un singolo impianto, in una rete con elevata potenza di corto circuito,

potr avere dei limiti superiori.

Nelle reti sono quindi fissati dei limiti di pianificazione, che i carichi complessivamente

devono rispettare. La suddivisione in quote, da attribuire ad ogni singolo utente, come proprio

limite di emissione, in genere in proporzione alla potenza assorbita.

Esiste, ad ogni modo, un certa flessibilit, per consentire eventualmente al carico di adeguarsi

ai limiti imposti e al distributore di valutare le diverse soluzioni di allacciamento.

Molto spesso, limposizione dei limiti sulle emissioni diventa una sorta di compromesso tra il

cliente ed il distributore. Questultimo, avendo dei vincoli da rispettare dal punto di vista della

qualit dellenergia venduta, dovr regolamentare lallacciamento degli utenti disturbanti, per

la tutela degli altri clienti.

Nel caso delle utenza in bassa tensione o media tensione, di piccola potenza, questo tipo di

coordinamento non risulta facilmente ottenibile. Vengono in aiuto le cosiddette norme di

prodotto, per specifiche categorie di carichi, che fissano dei limiti di immunit ed emissione,

senza lulteriore necessit di verifiche di congruenza con i livelli di compatibilit.


1.5 DEFINIZIONI E ACRONIMI UTILIZZATI

Di seguito vengono riportate alcune definizioni di base comunemente adottate nella

compatibilit elettromagnetica (EMC) e alcuni acronimi utilizzati nel testo.

1.5.1 Definizioni EMC di base

Disturbo elettromagnetico: fenomeno elettromagnetico che pu degradare la prestazione di

un dispositivo, di unapparecchiatura o di un sistema.

Livello di disturbo: valore di un disturbo elettromagnetico misurato in modo specificato.

Ambiente elettromagnetico: insieme dei fenomeni elettromagnetici presenti in un

determinato ambiente.

Compatibilit elettromagnetica: capacit di un dispositivo o di unapparecchiatura o di un

sistema di funzionare correttamente nel relativo ambiente elettromagnetico, senza introdurre

disturbi intollerabili nellambiente stesso o provocarli agli altri apparecchi ivi presenti.

Livello di compatibilit elettromagnetica: valore specificato di un disturbo

elettromagnetico, che ha alta probabilit di non essere superato (95%, salvo diversa

indicazione) applicato ad un dispositivo, apparecchiatura o sistema.

Tale livello costituisce un valore di riferimento che consente di determinare sia i requisiti di

immunit di dispositivi, apparecchi e sistemi nell'impianto utilizzatore che le loro emissioni.

Sorgente: singolo dispositivo o apparecchiatura o sistema nel suo complesso.

Emissione: processo attraverso il quale viene emesso un determinato disturbo da una

sorgente.

Livello di emissione: livello di un determinato disturbo elettromagnetico emesso da una

sorgente, misurato in modo specificato.

Limite di emissione: livello massimo tollerabile di emissione di un disturbo elettromagnetico

da una sorgente.

Immunit: capacit di un dispositivo, apparecchiatura o sistema di funzionare senza degrado

delle prestazioni in presenza di un determinato disturbo elettromagnetico.

Livello di immunit: valore specificato di un disturbo elettromagnetico per il quale un

dispositivo, apparecchiatura o sistema capace di operare, con alta probabilit, al grado di

prestazione richiesta.

Il livello di immunit rappresenta il valore di prova al disturbo per ogni tipo di

apparecchiatura.

16


17

Suscettibilit: degradazione delle prestazioni di un dispositivo, apparecchiatura o sistema

causata da un determinato disturbo elettromagnetico. D

ensi

t d

i pro

babi

lit

Livello di disturbo

(1) (2) (3)

(A)

(B)(C)

Den

sit

di p

roba

bilit

Livello di disturbo

(A)

(B)(C)

(1) (2) (3)

(A) emissione singola apparecchiatura (B) distribuzione totale in rete (C) suscettibilit dellapparecchiatura 1) limite di emissione 2) livello di compatibilit 3) livello di immunit

1.5.2 Altre definizioni e acronomi utili Punto di accoppiamento comune (PAC e PAI o dallinglese PCC e IPC)

Nellambito della problematica EMC nelle reti di trasporto e distribuzione dellenergia

elettrica utile la definizione di punto di accoppiamento comune, nel quale generalmente

necessario rispettare i livelli di disturbo attesi (compatibilit, emissione, ecc.); sono definiti

due differenti punti e precisamente:


Punto di Accoppiamento Comune con la rete pubblica, PAC (o dallinglese Point of Common Coupling, PCC): definito come il punto della rete di alimentazione pubblica

elettricamente pi prossimo allutente considerato, in cui sono o potranno essere

collegati altri utenti;

Punto di Accoppiamento comune Interno alla rete di distribuzione dellimpianto utilizzatore, PAI (o dallinglese In-plant Point of Coupling IPC): definito come una

sbarra di particolare importanza, da cui sono derivati i carichi significativi.

18


19

Nellambiente elettromagnetico industriale distinguiamo 3 classi:

Classe 1: si applica alle alimentazioni protette e quindi i livelli di compatibilit sono pi bassi

di quelli previsti per la rete pubblica

Classe 2: si applica al PAC e possibili PAI allinterno della rete industriale; i livelli di

compatibilit sono gli stessi di quelli previsti per la rete pubblica

Classe 3: si applica solo ad alcuni PAI allinterno della rete industriale; i livelli di

compatibilit sono, in genere, pi alti di quelli previsti per la rete pubblica


2 DISTURBI CONDOTTI: DESCRIZIONE, ORIGINE E PROPAGAZIONE

2.1 INTRODUZIONE I disturbi condotti nelle reti di trasporto e distribuzione dellenergia elettrica AAT, AT, MT e

BT sono alterazioni dellampiezza o della forma donda della tensione che, prodotti da una

sorgente, si propagano lungo una rete di alimentazione, viaggiando sui conduttori di linea e in

molti casi anche attraverso i trasformatori, per cui possono spesso trasferirsi tra reti a

differente livello di tensione.

VVVV VVVV

Forma donda reale

t0

V

+Disturbo a bassa

frequenza

t0

Forme donda ideale

t0

Forma donda reale

t0

V

t0

V

t0

V

+Disturbo a bassa

frequenza

t0+Disturbo a bassa

frequenza

t0 t0t0 t0 t0

Forme donda ideale

Forme donda ideale

I disturbi considerati sono:

armoniche e inter-armoniche; variazioni di tensione e flicker; squilibrio di tensione; buchi di tensione e brevi interruzioni; sovratensioni; variazioni della frequenza di rete; componenti di corrente continua; segnali intenzionalmente iniettati in rete.

20


21

Disturbi di tensione

Buchi di tensione

Interruzioni

Armoniche e flicker

Dissimmetrie

(32 %)

(23 %)

(11 %)

(1 %)

Statistica di lamentele utentiStatistica di lamentele utenti

Tensioni fuori limite (20 %)

Sovratensioni (12 %)

Buchi di tensione

Interruzioni

Armoniche e flicker

Dissimmetrie

(32 %)

(23 %)

(11 %)

(1 %)

Tensioni fuori limite (20 %)

Sovratensioni (12 %)


2.2 ARMONICHE E INTER-ARMONICHE 2.2.1 Armoniche

2.2.1.1 Descrizione del fenomeno Le armoniche sono tensioni o correnti sinusoidali con frequenza pari ad un multiplo intero

(ordine) della frequenza fondamentale di funzionamento del sistema elettrico, la cui presenza

determina una distorsione della forma donda della tensione di alimentazione.

U

t

Un

1

Le armoniche in un sistema di distribuzione sono generate in piccola parte dal sistema stesso e

per la maggior parte da apparecchi utilizzatori e possono risultare costanti o variare nel tempo

(quasi stazionarie, fortemente variabili e transitorie) in base alle condizioni di funzionamento

dei singoli apparecchi che le generano e del numero di apparecchi disturbanti attivi in ogni

istante.

In un sistema di potenza ideale privo di carichi inquinanti, le forme donda di corrente e di

tensione sono sinusoidi. In pratica, le correnti non sinusoidali sono presenti quando la

corrente di carico non linearmente dipendente rispetto alla tensione applicata.

Qualsiasi forma donda periodica pu essere scomposta in una sinusoide alla frequenza

fondamentale pi un certo numero di componenti armoniche.

Le armoniche di corrente iniettate in rete dalle varie sorgenti, nel percorrere le impedenze

della rete, danno luogo a delle cadute che praticamente rappresentano le armoniche di

tensione; esse sorgono in relazione allimpedenza di rete e sono presenti in tutto limpianto.

Le armoniche sono valutate (con riferimento alla tensione):

individualmente mediante la loro ampiezza relativa (Uh) espressa in volt o in % / p.u. della fondamentale (U1), dove h lordine dellarmonica;

22


23

globalmente attraverso il fattore di distorsione totale, calcolato mediante la seguente espressione:

2

40

22

VV

THDV h h == . La stessa valutazione vale per le correnti espresse in Arms o in % / p.u. riferite ad una

corrente di riferimento.

La valutazione globale della corrente vale:

2

40

22

II

THDI h h == .

2.2.1.2 Sorgenti di armoniche Le principali sorgenti di correnti armoniche nelle reti sono:

carichi commutati elettronicamente: raddrizzatori, convertitori, regolatori in AC, cicloconvertitori, ecc.;

carichi con caratteristiche non lineari: apparecchiature a saturazione magnetica, lampade a scarica, forni ad arco, saldatrici ad arco, trasformatori, ecc.;

carichi inseriti e disinseriti da organi di manovra: condensatori, filtri e motori a induzione.

Esiste nelle reti anche una modestissima generazione di tensione armonica dovuta a:

generatori, motori e trasformatori.

2.2.1.2.1 Raddrizzatori, convertitori, cicloconvertitori e regolatori Queste apparecchiature sono le maggiori responsabili dell'inquinamento armonico nelle reti.

Le frequenze armoniche caratteristiche e la relativa ampiezza sono funzione di molti

parametri quali:

realizzazione monofase o trifase; numero di impulsi lato rete di alimentazione; tipo di spianamento sul lato DC (quando esiste lo stadio DC): induttivo alto, induttivo

medio, induttivo basso, induttivo-capacitivo, capacitivo;

angolo di accensione (in presenza di controllo); rapporto di corto circuito (rapporto fra la potenza di corto circuito lato alimentazione e

la potenza nominale lato DC).

Queste apparecchiature possono essere suddivise in due grandi famiglie:


apparecchiatura di larga diffusione, piccola potenza (con corrente nominale fino a 16 A), generalmente di tipo monofase: queste apparecchiature rappresentano oggi una

delle maggiori cause di inquinamento armonico delle reti di distribuzione pubblica,

infatti, pur risultando quasi sempre di modesta potenza, il loro numero alquanto

elevato e pure alto il grado di contemporaneit;

apparecchiatura di limitata diffusione (usata da utenti MT e mediamente non pi da circa un 5 % degli utenti BT), di potenza superiore alla decina di kW, generalmente di

tipo trifase: si riscontrano soprattutto in ambito industriale.

2.2.1.2.2 Forni ad arco in AC

Fig.1: Caratteristica tensione-corrente tipica di forni ad arco c.a.

A causa della caratteristica tensione-corrente dell'arco,

questo carico rappresenta anche una considerevole

sorgente di emissione armonica.

Dalla caratteristica tensione-corrente risultano evidenti la

saturazione, l'isteresi e l'assimmetria che giustificano la

presenza di tutti gli ordini armonici (va inoltre sottolineato

che il verificarsi di fenomeni stocastici all'interno del

forno comporta pure l'emissione di inter-armoniche). Per

il forno ad arco gli ordini armonici superiori a 14 sono

praticamente trascurabili.

2.2.1.2.3 Altre sorgenti di armoniche Altre sorgenti di armoniche sono rappresentate da:

lampade a fluorescenza lineari: comunemente denominate anche a scarica tradizionale, distorcono a causa della non linearit dellarco. Lemissione armonica alquanto

contenuta e generalmente presentano un THDI 10%, con riferimento alla fondamentale della corrente nominale;

lampade fluorescenti compatte: funzionano ad alta frequenza e pertanto presentano un piccolo alimentatore a diodi con spianamento capacitivo; lemissione armonica

decisamente elevata. Limpatto armonico sulla rete in certi casi risulta rilevante,

dipendendo dalla marcata penetrazione in certe aree di questo tipo di illuminazione.

Attualmente si nota una tendenza a corredare questo tipo di lampade, data la loro

potenza modesta, di power factor corrector;

saldatrici ad arco:

24


25

di tipologia con alimentazione diretta dalla rete senza uno stadio in DC: presentano una modesta emissione armonica; possono essere di tipo monofase

e trifase;

di tipologia con alimentazione attraverso uno stadio in DC: in relazione alle caratteristiche costruttive presentano una emissione fortemente variabile; la

THDI pu variare da qualche % a circa l80 %, con riferimento alla

fondamentale della corrente nominale; possono essere di tipo monofase e

trifase;

manovre di trasformatori o altri elementi saturabili: possono presentare forti correnti di inserzione con presenza di tutti gli ordini armonici compresa la componente continua;

ovviamente sono fenomeni transitori con durata della decina di secondi o qualche

minuto;

manovre di banchi di condensatori/filtri: sono transitori che possono essere interpretati come armoniche transitorie; la loro durata generalmente inferiore al secondo.

2.2.1.3 Problemi causati dalle armoniche Le armoniche di corrente causano problemi sia sul sistema di alimentazione sia allinterno

dellimpianto. Gli effetti e le soluzioni sono molto diversi e devono essere valutati

separatamente; le misure appropriate per limitare gli effetti delle armoniche entro limpianto

non necessariamente riducono la distorsione causata sulla rete e viceversa.

2.2.1.3.1 Problemi entro limpianto Vi sono diversi ambiti causati dalle armoniche:

problemi causati da armoniche di corrente: sovraccarico del neutro; aumento delle perdite nei trasformatori; interventi intempestivi degli interruttori automatici; aumento delleffetto pelle;

problemi causati da armoniche di tensione: deformazione della tensione; disturbi nella coppia dei motori ad induzione; rumore al passaggio per lo zero;

problemi causati quando le armoniche di corrente raggiungono lalimentazione.


2.2.1.3.2 Problemi causati da armoniche di corrente Conduttore di neutro

In un sistema trifase a stella con neutro, la forma donda di ogni fase sfasata di 120

cosicch, quando le fasi sono ugualmente caricate, la corrente nel neutro nulla. Quando il

carico non equilibrato, nel neutro scorre solo la corrente di bilanciamento. Sebbene le

correnti fondamentali si elidano, le armoniche non lo fanno, infatti le multiple dispari della

terza armonica, ovvero le armoniche omeopolari, si sommano nel conduttore di neutro.

Effetti sui trasformatori

I trasformatori sono coinvolti in due modi dalle armoniche. Il primo effetto riguarda le perdite

per correnti parassite, che rappresentano normalmente circa il 10% della perdita totale a pieno

carico, aumentano col quadrato dellordine armonico. Questo porta ad una temperatura molto

pi alta e ad una vita molto pi breve.

Il secondo effetto riguarda le armoniche omopolari. Quando si richiudono su di un triangolo

sono tutte in fase, cos le terze armoniche circolano negli avvolgimenti. In effetti le armoniche

omopolari vengono assorbite dagli avvolgimenti a triangolo e non si propagano verso la rete,

cos i trasformatori dotati di un lato collegato in questo modo sono utili come trasformatori di

sbarramento.

Problemi generati da interventi di interruttori automatici

Gli interruttori differenziali agiscono sommando la corrente che scorre nelle fasi e nel neutro

e, se il risultato non entro un certo limite stabilito, interrompono lalimentazione al carico.

Possono insorgere problemi relativi alla presenza di armoniche. Innanzitutto i differenziali

elettromeccanici possono sommare non correttamente le componenti di frequenza pi elevata

e quindi comportarsi in modo errato. In secondo luogo un tipico carico distorcente viene

filtrato. I filtri normalmente usati a questo scopo hanno un condensatore connesso tra la linea

e neutro a terra, e cos viene deviata a terra una piccola corrente. Questa corrente limitata

dalle norme a meno di 3,5 mA ed di solito molto inferiore a questo limite, ma, quando

lapparecchiatura connessa allimpianto, tale corrente pu essere sufficiente a far scattare il

differenziale.

Lintervento intempestivo degli interruttori magnetotermici modulari (MCB) generalmente

dovuto ad una corrente maggiore di quella prevista dal calcolo o dalla semplice misurazione, a

causa della presenza di armoniche di corrente.

Sovraccarico dei condensatori di rifasamento

I condensatori di rifasamento sono utilizzati allo scopo di correggere langolo di fase della

corrente, ridotto a causa della presenza di carichi indutivi. Limpedenza del condensatore si

26


27

riduce man mano che la frequenza aumenta, mentre limpedenza della sorgente

generalmente induttiva ed aumenta con la frequenza. Il condensatore pu dunque essere

interessato da armoniche di corrente abbastanza elevate e, a meno che non sia stato progettato

specificatamente, pu risultarne danneggiato.

Un problema potenzialmente pi serio costituito dal fatto che il condensatore e linduttanza

del sistema possano entrare in risonanza in prossimit di una delle frequenze armoniche.

Quando ci accade si possono generare tensioni e correnti molto grandi, che spesso

conducono a guasti catastrofici nella batteria di condensatori.

La risonanza pu essere evitata aggiungendo uninduttanza in serie al condensatore in modo

tale che limpedenza totale sia di poco induttiva alla frequenza dellarmonica significativa pi

bassa. Questa soluzione limita anche la corrente armonica che pu fluire nel condensatore.

Effetto pelle

La corrente alternata tende a distribuirsi sulla superficie pi esterna di un conduttore. Leffetto

pelle normalmente ignorato perch ha scarso effetto a frequenza industriale, ma oltre i 350

Hz, cio la settima armonica, diventa significativo, causando perdite addizionali e

riscaldamento.

2.2.1.3.3 Problemi causati da armoniche di tensione Poich la rete ha unimpedenza caratteristica, le armoniche di corrente del carico danno luogo

ad una distorsione armonica.

La corrente distorta prodotta dal carico non lineare causa una caduta di tensione parimenti

distorta sullimpedenza del cavo. La forma donda della tensione che ne risulta applicata a

tutti gli altri carichi connessi allo stesso circuito, facendovi transitare le correnti armoniche,

anche se sono carichi lineari.

Quando si considera lampiezza della distorsione della tensione armonica, si dovrebbe

ricordare che nel momento in cui interviene un UPS (Uninterruptible Power Supply) o un

gruppo elettrogeno, durante un guasto sullalimentazione, limpedenza di rete e la

conseguente distorsione della tensione saranno pi alte.

Motori ad induzione

La distorsione armonica della tensione causa maggiori perdite nei motori, allo stesso modo

visto per i trasformatori. Le perdite addizionali avvengono a causa della generazione di campi

armonici nello statore, ognuno dei quali cerca di far ruotare il motore ad una velocit

differente, sia in avanti sia indietro. Le correnti ad alta frequenza indotte nel rotore aumentano

ulteriormente le perdite.


Rumore di zero crossing (passaggio per lo zero)

Molti convertitori elettronici individuano il punto in cui la tensione di alimentazione

attraversa lasse dei tempi per determinare listante di conduzione. Quando sono presenti

armoniche o transitori sullalimentazione, il passaggio per lo zero diventa pi difficile da

identificare, conducendo ad un'operazione errata. Infatti, in questi particolari casi, possono

esserci passaggi per lo zero per ogni semiperiodo.

2.2.1.3.4 Problemi armonici che riguardano lalimentazione Quando lutenza interessata da una corrente armonica proveniente dallalimentazione ha

luogo una caduta di tensione armonica proporzionale allimpedenza di rete al punto di

consegna e alla corrente. Dal momento che la rete di alimentazione generalmente induttiva,

la sua impedenza caratteristica pi alta a frequenze elevate. Naturalmente la tensione al

punto di consegna gi distorta dalle armoniche di corrente iniettate da altri utenti e dalla

distorsione introdotta dai trasformatori ed ogni consumatore fornisce il proprio contributo

addizionale.

Chiaramente non si pu permettere agli utenti di aggiungere disturbi al sistema a discapito di

altri clienti, cos nella maggior parte degli stati lindustria elettrica ha stabilito delle regole che

limitano lampiezza della corrente armonica che si pu introdurre in rete.

2.2.1.4 Propagazione delle armoniche nelle reti La distorsione armonica della tensione in un punto della rete elettrica principalmente la

conseguenza delle cadute di tensione prodotte dalle armoniche di corrente nel percorrere le

impedenze della rete.

Va evidenziato che le armoniche si propagano dai livelli di tensione superiori verso quelli

inferiori e viceversa.

I meccanismi di diffusione delle armoniche di corrente, nell'ambito di un medesimo livello di

tensione e fra livelli diversi, dipende dalle caratteristiche elettriche e strutturali del sistema in

esame. In alcuni casi necessario tenere in debito conto le componenti di sequenza delle

armoniche (diretta/inversa e omopolare).

Alcune armoniche possono subire un processo di amplificazione in determinati punti della

rete elettrica, dove si manifesta una condizione di risonanza dovuta alla presenza di banchi di

condensatori o cavi. Ci pu comportare amplificazioni della distorsione relativa ad

unarmonica, di un fattore pari a circa 3-4 volte per le reti pubbliche e circa 5-10 volte per le

reti industriali con basso carico ohmico.

La propagazione delle armoniche di tensione in qualsiasi rete governata dal rapporto fra

limpedenza di trasferimento del nodo monitorato rispetto al nodo iniettore e limpedenza

28


29

vista nel nodo iniettore; ovviamente le impedenze sono riferite allordine armonico

considerato.

2.2.1.5 Leggi di composizione delle armoniche Il livello globale di disturbo armonico nelle reti fortemente influenzato dalla modalit di

composizione dei contributi provenienti dalle diverse sorgenti di disturbo esistenti in una rete.

Infatti va considerato che la singola iniezione armonica in rete sovente variabile nel tempo

sia in ampiezza che in fase, con la conseguenza che si presentano notevoli differenze di

ampiezza e fase fra le differenti iniezioni della rete appartenenti allo stesso ordine armonico.

Va inoltre osservato che agli sfasamenti di iniezione si aggiungono quelli originati dalle

impedenze che le correnti armoniche trovano lungo il loro percorso e che ovviamente

risultano differenti in relazione allubicazione dei singoli iniettori rispetto al nodo di rete in

cui si osservano gli effetti.

La differenza di fase fra le iniezioni armoniche dipende dalla tipologia delle apparecchiature

(per esempio trifasi o monofasi) e nellambito della stessa tipologia dalle caratteristiche

costruttive. In molti casi le iniezioni armoniche presentano fasi alquanto diverse che tendono

addirittura a cancellarsi (sfasamenti di circa 180 gradi), in altri casi praticamente tendono a

sommarsi aritmeticamente.

In ogni caso, nonostante la diversa natura delle armoniche, la distorsione armonica di tensione

(o corrente) in un qualsiasi punto del sistema di distribuzione il risultato della combinazione

vettoriale delle tensioni armoniche (o correnti) dovute alle sorgenti individuali.

2.2.2 Inter-armoniche 2.2.2.1 Descrizione del fenomeno Le inter-armoniche sono tensioni o correnti sinusoidali con frequenza diversa da un multiplo

intero della fondamentale la cui presenza determina una distorsione (modulazione) della

forma d'onda della tensione di alimentazione.

Nella stragrande maggioranza dei casi esse sono generate dai carichi come correnti inter-

armoniche; le tensioni inter-armoniche si manifestano con lo stesso processo descritto per le

armoniche.

Concettualmente le inter-armoniche di corrente sono originate da due differenti processi e

precisamente:

variazione ciclica di carico che origina correnti inter-armoniche vicine alla fondamentale e alle armoniche caratteristiche; queste inter-armoniche sono


generalmente chiamate bande laterali e generalmente la loro misura si effettua

assieme alla fondamentale o alle armoniche caratteristiche;

commutazione non sincrona di ponti convertitori di potenza; queste inter-armoniche possono essere spalmate in corrispondenza di tutte le frequenze esistenti fra due

armoniche caratteristiche e pertanto possono essere misurate separatamente dalle

grandezze fondamentali o di ordine armonico caratteristico.

2.2.2.2 Sorgenti di inter-armoniche Le principali sorgenti di inter-armoniche nelle reti sono:

carichi commutati elettronicamente: convertitori, cascata subsincrona, cicloconvertitori, regolatori con controllo a pacchetti di cicli, ecc.;

carichi con caratteristiche non lineari e/o non stazionarie: forni ad arco, saldatrici ad arco, ecc..

2.3 VARIAZIONI DI TENSIONE E FLICKER 2.3.1 Descrizione del fenomeno 2.3.1.1 Variazione di tensione Le variazioni di tensione possono essere classificate in due gruppi: lente e rapide.

t

UU n

1

UU n

UU n

< 0,10

Variazioni di tensioneUU n

1

t

Fluttuazioni di tensione

tt

30


31

Le variazioni lente sono deviazioni medie dal valore nominale dellampiezza della

tensione di consegna entro una fascia predefinita (per esempio del 10%) rispetto alla

tensione dichiarata; esse sono determinate dalla variazione lenta dei carichi e dalla

corrispondente azione di regolazione effettuata dai variatori sotto carico dei trasformatori.

Il tempo in cui si verifica la variazione , come minimo, dellordine della decina di secondi.

Le variazioni rapide sono abbassamenti (o aumenti) bruschi di qualche percento della

tensione preesistente, generalmente seguiti, se abbassamenti, da un ritorno (a rampa o di altra

forma) ad un valore intermedio tra quello preesistente e tra il minimo raggiunto.

Tali variazioni sono generalmente causate dalla commutazione dei carichi (partenza motori in

particolare), dal funzionamento di carichi con ciclo operativo particolarmente variabile e in

qualche caso da manovre in rete (linee, trasformatori, condensatori, ecc.).

La variazione rapida quasi sempre raggiunge il suo massimo in qualche ciclo della frequenza

fondamentale.

Lentit della variazione rapida di tensione funzione dellimpedenza della rete di

alimentazione e della variazione di carico (impedenze valutate in regime subtransitorio).

2.3.1.2 Flicker Il flicker originato dalla fluttuazione della tensione. Si definisce fluttuazione di tensione una

serie di variazioni rapide (uguali o diverse) della tensione.

Fluttuazioni di tensione che presentano frequenze di modulazione del 50 Hz, comprese tra 0.5

e 40 Hz, danno origine al fenomeno del flicker (sfarfallio), ovvero della sensazione visiva

provocata dalle fluttuazioni dellintensit di illuminazione delle lampade.

Il livello di sensazione istantanea di flicker una funzione quadratica dellampiezza della

variazione luminosa e quindi della fluttuazione di tensione che la genera.

Oltre una certa soglia il flicker diventa molesto e il fastidio cresce molto rapidamente con

lampiezza della fluttuazione.

In sede internazionale si posto il problema di misurare il flicker in modo oggettivo,

attraverso uno strumento che, collegato ad una rete soggetta a fluttuazioni di tensione, indichi

il livello della sensazione visiva che il soggetto umano avvertirebbe, se una lampada di

riferimento (230 V, 60 W) fosse alimentata dalla rete in questione; questo strumento detto

"flickermetro".

La definizione di flicker data dal vocabolario elettrotecnico internazionale (International

Electrotechnical Vocabulary: IEV 161-08-13) la seguente: impressione di instabilit della


sensazione visiva indotta da stimoli di luce la cui luminosit o distribuzione spettrale fluttua

con il tempo.

Le due grandezze dordine pratico, che di fatto sono le sole utilizzate nellesprimere i livelli di

flicker nelle reti, fornite dal flickermetro attraverso lelaborazione on line della sensazione

istantanea del flicker sono le seguenti:

indicatore della severit di flicker a breve termine, riferita ad un tempo di 10 minuti, denominato Pst;

indicatore della severit di flicker a lungo termine, riferita ad un tempo di 2 ore, denominato Plt.

Le quantit di base fornite dal flickermetro sono espresse nelle unit seguenti:

sensazione istantanea del flicker: in per unit (p.u.) della soglia di percettibilit del flicker;

indici della severit del flicker: in per unit (p.u.) della soglia di irritabilit del flicker. Sulla base del background fisiologico acquisito prima e durante la fase di sviluppo del

flickermetro, le soglie di percettibilit e irritabilit del flicker sono cos definite:

soglia di percettibilit: livello di flicker considerato percettibile da solo il 50 % delle persone sottoposte ai tests;

soglia di irritabilit: livello di flicker considerato irritabile da una parte sostanziale delle persone sottoposte ai tests.

2.3.2 Sorgenti di variazioni di tensione e flicker

Le fluttuazioni di tensione e il flicker sono prodotte dalla variazione dei carichi e in

particolare i carichi industriali sono la causa pi importante.

Il flicker pu essere originato anche dalleffetto combinato di una popolazione di carichi

connessi allo stesso sistema di distribuzione, anche se ogni singolo carico preso

individualmente non origina flicker.

E importante evidenziare che i carichi industriali con propensione a generare flicker

generalmente influenzano un numero alto di consumatori, mentre quelli domestici/terziari

influenzano un numero limitato di consumatori.

I principali carichi con propensione a originare flicker sono i seguenti:

reti AAT di trasmissione: forni ad arco AC e DC e laminatoi; reti AT di trasmissione e distribuzione: forni ad arco AC e DC, laminatoi, grossi

cicloconvertitori, grossi impianti di saldatrici, manovra di: grossi carichi, banchi di

condensatori shunt, linee, trasformatori, ecc.;

32


33

reti MT di distribuzione: saldatrici, grossi motori con partenza a piena tensione di linea (AC), grossi motori di azionamenti con partenza soft o a piena tensione di linea,

attrezzature per trattamento rottame, attrezzature di miniera, forni a resistenza,

manovra di: carichi relativamente grossi, banchi di condensatori shunt, ecc.;

reti BT di distribuzione: carichi domestici e assimilabili con controllo automatico del ciclo di carico, motori con partenza a piena tensione di linea (AC), motori di

azionamenti con partenza soft o a piena tensione di linea, piccole saldatrici, piccoli

forni a resistenza, generiche piccole apparecchiature con controllo a treni di cicli,

manovra di: carichi relativamente grossi, banchi di condensatori shunt, ecc..

Fra tutti i carichi sopra elencati quelli pi critici sono sicuramente i forni ad arco e le grosse

saldatrici a resistenza in quanto possono influenzare estese aree di rete. La partenza di motori,

pur non risultando generalmente fra le sorgenti di flicker pi severe, merita particolare

attenzione in quanto si tratta di casi molto frequenti.

Lemissione di flicker di un generico carico fluttuante funzione della variazione di tensione

provocata e della sua frequenza di ripetizione.

2.3.3 Propagazione delle variazioni di tensione e del flicker

Le variazioni di tensione e il flicker si propagano nelle reti allo stesso modo, governati dalle

impedenze alla frequenza fondamentale della matrice di corto circuito.

Con riferimento al flicker, da un punto di vista concettuale, la propagazione in qualsiasi rete

determinata dal rapporto fra limpedenza di trasferimento del nodo monitorato rispetto al

nodo di emissione e limpedenza vista nel nodo di emissione; ovviamente le impedenze sono

riferite alla frequenza fondamentale.

Da un punto di vista pratico si pu affermare che le variazioni di tensione e il flicker si

propagano da punti della rete con potenza di corto circuito elevata a punti con potenza di

corto circuito bassa.

Fra differenti livelli di tensione il trasferimento avviene sempre dal livello di tensione

superiore a quello inferiore; trasferimenti in senso contrario sono praticamente trascurabili. Il

trasferimento influenzato dal carico dei motori e dalla eventuale generazione diffusa

collegata alla rete senza stadio in DC.


2.4 SQUILIBRIO DI TENSIONE 2.4.1 Descrizione del fenomeno Lo squilibrio di tensione (o corrente) si verifica quando esiste una diversit delle ampiezze

delle tensioni di fase e/o del normale sfasamento di 120 gradi tra le fasi, per cui il sistema

trifase non risulta pi simmetrico.

Generalmente il grado di squilibrio definito usando il metodo delle componenti

simmetriche, attraverso il rapporto fra la componente di sequenza inversa (o omopolare) e

quella diretta.

Nelle reti in condizione di normale funzionamento laspetto della componente inversa di

maggior interesse, di conseguenza con squilibrio si intende quello di sequenza inversa a meno

che non sia diversamente specificato.

Le componenti di tensione inversa sono dovute alle cadute di tensione sulle impedenze

longitudinali delle reti quando sono percorse dalle componenti di corrente di sequenza inversa

iniettate dai carichi squilibrati; solo in misura marginale da asimmetrie delle impedenze di

rete.

2.4.2 Sorgenti di squilibrio di tensione Le principali sorgenti di squilibrio sono la ripartizione non equilibrata dei carichi monofasi

sulla BT e i carichi monofasi alimentati fase-fase sulla MT e BT.

In un prossimo futuro anche il carico ferroviario dellalta velocit sar fonte non trascurabile

di squilibrio di tensione sulla rete di trasmissione AAT e AT.

Nel caso di carico monofase collegato fase-fase lo squilibrio di tensione dato con buona

approssimazione dal rapporto fra potenza del carico e potenza di corto circuito trifase della

rete nel punto di alimentazione.

2.4.3 Propagazione dello squilibrio di tensione La propagazione dello squilibrio di tensione nelle reti praticamente uguale a quella del

flicker; lo squilibrio si trasferisce dai livelli di tensione superiori a quelli di tensione inferiori e

non viceversa.

34


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2.5 BUCHI DI TENSIONE E BREVI INTERRUZIONI Un buco di tensione una riduzione momentanea, o un crollo completo, del valore efficace

della tensione. E definito in termini di durata e di ampiezza, solitamente espressa come

percentuale della tensione nominale misurata nel punto di minimo durante un buco.

Buco di tensione significa che non viene fornita al carico lenergia richiesta e ci pu avere

serie conseguenze che dipendono dal tipo di carico coinvolto.

Le cause principali dei buchi di tensione sono due e precisamente: lavviamento di grossi

carichi sia sullutenza interessata sia da parte di un impianto sullo stesso circuito e guasti su

altri rami della rete.

2.5.1 Buchi causati da grossi carichi Quando si avviano grossi carichi, la corrente di avviamento pu essere molto maggiore della

corrente assorbita a regime. Dal momento che la linea di alimentazione ed il cablaggio

dellimpianto sono dimensionati per una corrente di funzionamento a regime, lelevata

corrente iniziale causa una caduta di tensione sia sulla rete sia sullimpianto. Il contraccolpo

delleffetto dipende da quanto forte la rete, cio quanto bassa limpedenza al punto di

consegna e dallimpedenza equivalente dellinstallazione. I buchi causati dalle correnti di

spunto sono caratterizzati dal fatto di essere meno profondi e pi lunghi di quelli causati da

guasti di rete, normalmente da uno a diversi secondi o decine di secondi, anzich meno di un

secondo.

2.5.2 Buchi che hanno origine da guasti in rete La rete di alimentazione molto complessa. Il coinvolgimento da parte di un buco di tensione

nei confronti di un impianto dovuto ad un difetto insorto in unaltra parte della rete dipende

dalla tipologia della rete stessa e dalle relative impedenze di guasto, del carico e dei

generatori.

La durata del buco dipende dal tempo necessario alle protezioni per rilevare ed isolare il

guasto ed di solito dellordine di poche centinaia di millisecondi. Dal momento che i guasti

possono essere transitori, per esempio quando sono causati da un ramo dalbero che cade su

una linea, possono estinguersi molto velocemente. Se il circuito dovesse essere privo di

organismi di protezione, allora gli utenti alimentati dalla stessa linea subirebbero un black-out

fino allintervento tecnico sulla linea. Gli interruttori a richiusura automatica possono aiutare

a migliorare la situazione, ma causano anche un aumento del numero di buchi. Un dispositivo

del genere tenta la richiusura del circuito in breve tempo (meno di un secondo) dopo


lintervento delle protezioni. Se il guasto si estinto, si ha la richiusura automatica del

circuito e il ripristino dellalimentazione. I carichi su quel circuito vedono un buco del 100%

tra lapertura e la richiusura mentre altri carichi vedono un buco meno profondo e di durata

inferiore tra il momento in cui si verificato il guasto e quello in cui stato eliminato. Se il

guasto non si estinto quando linterruttore automatico richiude, il dispositivo di protezione

scatter di nuovo, il ciclo pu ripetersi per il numero di volte programmate. Ogni volta che

linterruttore automatico richiude una linea guasta si genera un buco, cosicch altri utenti

possono subire leffetto di diversi buchi in successione.

2.5.3 Sensibilit dellimpianto Il problema dei buchi di tensione stato messo in evidenza per la prima volta con

lintroduzione dei computer, i primi centri IT subivano guasti apparentemente aleatori che

comportavano un considerevole sforzo allassistenza. Il processo di apprendimento ha dato

origine allo sviluppo della curva del Computer and Business Equipment Manufacturers

Association (CBEMA).

Zona di suscettibilit

Zona di compatibilit

Zona di suscettibilit

Curva CBEMA

2.5.3.1 Caratteristiche di sensibilit delle apparecchiature Gli alimentatori delle apparecchiature elettroniche, come quelli usati nei personal computer

(PC) e nei controllori logici programmabili (PLC), impiegano un condensatore di livellamento

per smorzare i picchi dei raddrizzatori a ponte, cos da essere relativamente insensibili ai

buchi di breve durata. Maggiore la capacit del condensatore maggiore la differenza tra la

tensione immagazzinata dal condensatore e quella minima richiesta affinch i convertitori

possano operare, migliore sar linsensibilit ai buchi.

Gli azionamenti a velocit variabile possono essere danneggiati di buchi di tensione e sono

solitamente provvisti di sensori di minima tensione che intervengono per riduzioni dal 15 al

30% rispetto alla tensione nominale.

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I motori ad induzione hanno uninerzia tale da poter sostenere il carico durante un breve buco,

generando energia mentre rallentano. Questa energia deve essere ripristinata quando il motore

accelera di nuovo e, se la velocit si ridotta a meno del 95%, verr richiesta quasi lintera

corrente di spunto. Dal momento che tutti i motori si avviano contemporaneamente, ci pu

essere causa di ulteriori problemi.

Anche i rel ed i contattori sono sensibili ai buchi di tensione e spesso possono essere lanello

pi debole del sistema. Estato verificato che un dispositivo pu sganciarsi durante un buco

anche quando la tensione che permane pi alta della tensione minima di ritenuta in

condizioni di regime. Linsensibilit ai buchi di tensione di un contattore dipende non solo

dalla tensione misurata e dalla durata, ma anche dallistante in cui avviene il buco, rendendo

leffetto minore in prossimit del picco.

Le lampade a scarica in sodio necessitano di una tensione di accensione molto pi alta quando

sono calde che quando sono fredde, cos una lampada calda pu non riaccendersi dopo un

buco. La profondit di un buco in grado di causare lo spegnimento di una lampada pu essere

pari a solo il 2% al termine della sua vita o pari a ben il 45% quando la lampada nuova.

La maggior parte delle applicazioni e dei sistemi comprende uno o pi degli elementi descritti

sopra e quindi sar soggetta a problemi se sottoposta a buchi.

E pi conveniente e pi affidabile progettare un sistema insensibile ai buchi, piuttosto che

cercare di rendere tale tutto il processo, tutto limpianto o tutto il sistema di distribuzione

dellelettricit.

2.6 SOVRATENSIONI 2.6.1 Generalit Le sovratensioni sono sopraelevazioni della tensione conseguenti a modificazioni dello stato

elettrico della rete elettrica. Sono generalmente classificate in relazione alla loro durata, ma

anche in relazione ad altri parametri quali: tempo di fronte (tempo necessario per raggiungere

circa il valore massimo), loro origine, contenuto energetico, modalit di impatto sul

componente di rete o apparecchiatura dellutente, ecc..

Le sovratensioni sono originate sia da eventi esterni al sistema elettrico, quali fulminazioni e

altre cause, che da eventi interni , come manovre e guasti intrinseci ai componenti. Nelle reti

AAT hanno pi peso le sovratensioni di origine interna, mentre il contrario si verifica per le

reti BT.

La loro propagazione soprattutto funzione delle frequenze presenti nella sovratensione, della

struttura di rete e delle caratteristiche dei componenti.


La loro limitazione funzione della natura della sovratensione: per esempio le sovratensioni

temporanee sono generalmente controllate agendo sulla struttura e/o operazione della rete

(reattori in parallelo, interblocchi fra organi di manovra, restrizioni operative, ecc.), mentre le

sovratensioni transitorie sono limitate ai livelli protettivi assicurati da scaricatori e

spinterometri. In certi casi, quelle transitorie sono limitate dalla tenuta degli isolamenti

autoripristinanti, per esempio distanze in aria di linea aerea, ecc..

Gli effetti delle sovratensioni consistono principalmente nelle sollecitazioni degli isolamenti:

cedimento dielettrico con guasto permanente, invecchiamento accelerato del dielettrico, guasti

ripetuti in presenza di isolamenti autoripristinanti. Non secondario, soprattutto per la BT,

leffetto di interferenza su apparecchiature sensibili causandone il degrado delle prestazioni

(trasferimento induttivo/capacitivo dovuto a fronti ripidi, alte frequenze, ecc.).

2.6.2 Sovratensioni temporanee 2.6.2.1 Reti AT e AAT Sono sovratensioni di durata sempre superiore ai 5 - 10 cicli con ampiezza fino a 1.5 - 1.6

p.u.; talvolta in reti molto critiche sono accompagnate da fenomeni di ferrorisonanza.

Si manifestano soprattutto in presenza di perdita di carico, energizzazione di trasformatori e

guasti monofasi a terra; interessano prevalentemente le reti poco magliate, con lunghe linee e

bassa potenza di corto circuito.

Queste sovratensioni hanno una forte influenza sui livelli protettivi assicurati dagli scaricatori.

2.6.2.2 Reti MT In reti a neutro isolato o a terra tramite resistenza/reattanza, possono durare tempi molto

lunghi (anche qualche ora) in relazione alla filosofia di protezione/operazione adottata. La

loro ampiezza raggiunge valori di circa 1.8 p.u. se originate da guasto monofase a terra e

valori fino a 2.5 - 3.5 p.u. se in presenza di ferrorisonanza (ferrorisonanza dovuta a conduttore

aperto o a trasformatori di tensione induttivi collegati fase terra lato MT).

2.6.2.3 Reti BT Generalmente le reti BT presentano il neutro direttamente a terra e questo contribuisce a

contenere il rischio che si verifichino sovratensioni di questo tipo con ampiezza superiore a

1.2 p.u..

Per guasti a terra lato MT del trasformatore di alimentazione MT/BT, si possono verificare

sovratensioni dell'ordine di 1 - 1.5 kV per la durata di permanenza del guasto; ci a causa

della non separazione fra le reti di terra MT e BT.

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2.6.3 Sovratensioni transitorie 2.6.3.1 Reti AT e AAT Il transitorio connesso a queste sovratensioni presenta una durata inferiore a qualche ciclo con

tempi di fronte (Tf) della sovratensione variabili in relazione alla causa del fenomeno e alle

caratteristiche della rete interessata (fronti lenti: 20 s Tf 5000 s; fronti veloci: 0,1 s Tf 20 s; fronti molto veloci: 0,003 s Tf 0,1 s). Lampiezza delle sovratensioni pu raggiungere valori dellordine di 2-5 p.u. in relazione al livello di tensione, caratteristiche del

sistema, livelli protettivi assicurati da scaricatori e spinterometri, ecc..

Le maggiori ampiezze si presentano alla richiusura rapida trifase di linee e all'apertura di

piccole correnti induttive (strappamento di corrente). I fronti pi lenti si hanno per manovra di

interruttori tradizionali, quelli veloci in presenza di fulminazioni e quelli molto veloci per

applicazione di guasto e manovre di sezionatori.

2.6.3.2 Reti MT Transitori di lunga durata (> 100 s) Queste sovratensioni sono principalmente originate da: operazioni di fusibili, manovre

(aperture di carico induttivo con e senza strappamento virtuale, apertura e chiusura di banchi

di condensatori con e senza riadescamenti, ecc.), applicazione di guasto con e senza arco a

terra, trasferimenti da AT a MT attraverso l'accoppiamento magnetico dei trasformatori.

Nei punti pi importanti del sistema le sovratensioni sono generalmente limitate dai livelli

protettivi di scaricatori e spinterometri richiesti dal co-ordinamento dell'isolamento; la loro

ampiezza pu raggiungere 3 - 5 p.u. mentre la loro forma risulta di tipo oscillatorio con

frequenze comprese fra centinaia di Hz e centinaia di kHz.

Transitori di media durata (da > 1s a 100 s) La loro origine principalmente dovuta a:

induzione elettromagnetica di fulminazioni che cadono nelle vicinanze delle linee (la maggior parte) e fulminazioni dirette (piuttosto rare). Lungo le linee la loro ampiezza

limitata dalle distanze in aria mentre nelle cabine primarie e ai trasformatori MT/BT

sono limitate da scaricatori o spinterometri. La loro forma generalmente

unidirezionale, qualche volta oscillatoria con tempi di fronte nel campo 1 - 50 s e tempi allemivalore di circa 100 s; presentano un alto contenuto energetico;

operazioni di interruttori con propensione allapertura per lo zero di corrente anche in presenza di forte pendenza della corrente (dI/dt), per esempio interruttori nel vuoto che

operano in un contesto di rete che origina il virtual chopping. Lampiezza delle

sovratensioni generalmente limitata dai livelli protettivi di scaricatori e spinterometri


e in loro assenza pu raggiungere valori di 8 - 10 p.u.; la loro forma di tipo

oscillatorio con frequenze di alcuni MHz.

Transitori di breve durata (< 1s) Hanno ampiezza di alcuni p.u. e forma oscillatoria con frequenze superiori ad alcuni MHz.

2.6.3.3 Reti BT Transitori di lunga durata (> 100 s) Sono originati principalmente da:

operazioni di fusibili limitatori (generalmente: ampiezza fino a 1 - 2 kV, forma donda unidirezionale e alto contenuto energetico);

manovre di banchi di condensatori (generalmente presentano: ampiezze fino a 2 -3 p.u., forma oscillatoria con frequenze comprese fra la frazione e alcune decine di kHz

e alto contenuto energetico);

trasferimenti da MT a BT attraverso l'accoppiamento magnetico dei trasformatori (generalmente presentano: ampiezze fino a 1 kV, forma oscillatoria con frequenze

comprese fra la frazione e alcune decine di kHz).

Transitori di media durata (da > 1s a 100 s) La loro origine principalmente dovuta a:

induzione elettromagnetica di fulminazioni che cadono nelle vicinanze delle linee BT (generalmente presentano: ampiezze fino a 20 kV, forma unidirezionale in qualche

caso unidirezionale/oscillatoria, alto contenuto energetico);

fulminazioni dirette sui conduttori ovviamente fuori da ogni controllo (comunque molto rare);

accoppiamento resistivo che in presenza di correnti di fulminazioni in percorsi con resistenza di terra comune origina sovratensioni (generalmente presentano: ampiezze

fino a 6 - 10 kV, forma unidirezionale in qualche caso unidirezionale/oscillatoria, alto

contenuto energetico);

trasferimento di transitori (dovuti a: fulminazioni dirette che interessano la MT, operazioni di spinterometri o scaricatori a gap su MT, applicazioni di guasto su MT)

da MT a BT attraverso l'accoppiamento capacitivo dei trasformatori (generalmente

presentano: ampiezze fino a 4 - 6 kV, forma unidirezionale alcune volte oscillatoria);

manovre in BT con e senza riaccensioni e/o riadescamenti che generalmente eccitano la frequenza naturale della porzione di rete coinvolta (generalmente presentano:

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e di interruttori con tempi darco molto brevi < 2 s (generalmente presentano: mpiezze di alcuni p.u., forma oscillatoria con frequenze da alcune decine di kHz a 1

Tra

ampiezze di alcuni p.u., forma oscillatoria con frequenze da alcune decine di kHz a 1

MHz e a volte di forma molto complessa se in presenza di voltage escalations);

manovr

a

MHz).

nsitori di breve durata (< 1 s)

origine principalmente:

apertura di piccole correnti induttive o di modeste

La loro

lunghezze di conduttori nella rete

re e riaccensioni (le sovratensioni si manifestano in treni di

impulsi molto rapidi, per esempio il singolo impulso pu presentare un fronte di 5 ns e

tamenti della frequenza di alimentazione da quella

golazione frequenza-potenza provvede

trasferita tra reti

inte

Variazi

BT (generalmente presentano: ampiezze fino a 1 - 2 kV, forma oscillatoria con

frequenze da alcuni MHz ad alcune decine MHz );

apertura e chiusura in BT di contatti con gap in aria (rel, contattori) che danno delle

successioni di apertu

una durata di 50 ns).

2.7 VARIAZIONI DELLA FREQUENZA DI RETE

Le variazioni di frequenza sono scos

nominale della rete e dipendono quasi sempre da eventi che riguardano essenzialmente il

sistema di generazione e trasmissione.

Per la rete nazionale interconnessa alla rete europea, le variazioni di frequenza transitorie

sono dovute principalmente a: distacco di grossi gruppi generatori, applicazione di guasti in

AAT e AT, apertura di interconnessioni importanti e commutazione di grossi carichi. Queste

variazioni transitorie sono compensate in tempi relativamente rapidi (qualche secondo) dalla

regolazione dei motori primi dei gruppi generatori. Successivamente le potenze di scambio tra

reti interconnesse vengono riequilibrate in tempi dell'ordine del minuto dalle centrali preposte

alla regolazione secondaria frequenza-potenza. La re

generalmente ad annullare il valor medio degli scarti di potenza

rconnesse a seguito delle variazioni di frequenza.

oni di frequenza generalmente accettate nelle reti sono le seguenti:

reti in operazione con connessione sincrona con sistemi interconnessi: 1% il valore nominale, per il 99.5 % dellanno e +4 % /-6 % per il 100 % del tempo;

Qualit del servizio nelle reti di dist

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