M01 – Qualità dell’energia · elettrica e l’impatto economico delle interruzioni e dei buchi di tensione sugli utenti – NVE Norvegia Investimenti sulla rete Costo delle perdite

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LPQI has been co-financed byFranco Bua

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M01 – Qualità dell’energia

Impianti di produzione e distribuzione dell'energiaINGEGNERIA DEI SISTEMI E DEI SERVIZIPER IL TERRITORIO E PER L’AMBIENTEA.A. 2007/2008UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA - SEDE DI MANTOVA

www.leonardo-energy.org

Sommario

Mappa mentale



Energia elettrica – La prospettiva dell’utente

Fattore produttivo

In quanto tale …– Disponibile– Qualità– Basso costo– …


Energia elettrica – Prodotto …

Risposta:– Direttiva 85/374 CEE (25 luglio 1985)– Corte di Giustizia Europea (27 aprile 1994)

… o servizio pubblico essenziale?

elettricità = prodotto

“è pacifico in diritto comunitario, come d'altronde nei diritti

nazionali, che l'energia elettrica costituisce una merce ai sensi

dell'art. 30 del Trattato”


Energia elettrica – Prodotto, si ma …

mai utilizzato come tale … ma sempre trasformato

qualità del prodotto ≡ qualità attesa dal risultato della trasformazione

… particolare !


Energia elettrica – Prodotto, si ma …

Le parti in gioco non sono solo 2 ma molteplicimolteplici

… particolare !


Energia elettrica – Prodotto, si ma … particolare !

Lambro

Anche il livello naturale può non essere soddisfacente per alcuni utenti

Nasce pura alla sorgente … e l’attesa di chi la preleva (utenza) èche si mantenga pura

Reflui delle utenze inquinano

Livello limite massimo di inquinamento può non soddisfare la totalità dell’utenza


… impresa ardua !

Non esiste una definizione condivisa

Chiarire legame tra qualitàdell’energia e compatibilitàelettromagnetica (EMC)

Non è uguale per tutti

Qualità dell’energia – Definizione …



UNI ISO 8402: "Qualità è l'insieme delle proprietà e delle caratteristiche di un prodotto o di un servizio che conferiscono ad esso la capacitcapacitàà di soddisfaresoddisfare le esigenzeesigenze espresseespresse o impliciteimplicite".

… impresa ardua ?

Mark McGranaghan: “Any power problem manifested in voltage, current, of frequency deviationdeviation that resultsresults in failurefailure or misoperationmisoperation of of customercustomer equipmentequipment".



M. Bollen: “Various sources use the term power quality with differentmeanings. […] What all these termshavehave in commonin common is that they treat the interaction interaction betweenbetween the utilityutility and the customercustomer, or in technical terms, between the power systempower system and the loadload".

… impresa ardua ?

ReteElettrica

Carico


… impresa ardua !






… ne condivide il tratto essenziale dell’interazione tra:– un’apparecchiatura– l’ambiente elettromagnetico

Qualità dell’energia – Legame con EMC

Capacità di una apparecchiatura o sistema di funzionare in modo soddisfacente nel suo ambiente elettromagnetico senza introdurre disturbi elettromagnetici intollerabili a qualsiasi cosa presente in quell’ambiente. [IEV 161-01-07]


Qualità dell’energia – Legame con EMC

… la qualità dell’energia come sottoinsieme dell’EMC con riferimento ai fenomeni condotti e non radiati

… e gli impianti? → Direttiva EMC 2004/108/CE

EMC

PQ


… impresa ardua !






Qualità dell’energia – Non è uguale per tutti

Prospettive differenti… anche all’interno della stessa classe (e.g. utenti)

PQ


Qualità dell’energia – Fenomeni, panoramica

H. De Keulenaer: status on PQ in LV electrical installation in Europe. CIRED 2003

8 nazioni europee, 1400 siti


Qualità dell’energia – Fenomeni, interruzioni

CEER, Third Benchmarking on quality of electricity supply (2005)

… 2-3 interruzioni/anno per un totale di75-100 minuti di interruzione …

Italia@2004


Qualità dell’energia – Fenomeni, buchi di tensione

UNIPEDE, power quality in European electricity supply networks (2003)

… 113 buchi di tensione (tensione inferiore al 50% della tensione nominale e durata compresa tra 100 e 500 ms).


Impatto economico – Generalità

Difficile da valutare in quanto diverso da caso a caso, specifico per ciascun utilizzatore (o classi omogenee di utilizzatori)

…. con quali conseguenze?


costo delle apparecchiature danneggiate - penali per mancata consegna Ancillary losses

costi delle riparazioni - costo del tempo necessario per riavviare il processo Labour-related losses

mancata produzione - perdita di materie prime - perdita di capacità produttiva Product-related losses


… perché diverse possono essere le perdite causate da un fenomeno PQ



… perché diverso può essere il valore delle perditein funzione del tipo di processo

Rottura di film sottili, alterazione della composizione di prodotti, variazioni di qualità

Derivati del petrolio

Perdita di impasti, rottura di ugelliPlastica

Rottura del nastro continuo, variazioni di densità, spessore, colore e patinatura

Carta

Rottura ed attorcigliamento dei fili, variazioni di diametro e colori

Tessile

Microesplosioni, perdite di controllo del processo, variazioni del prodotto

Chimica

Variazioni dei colori, delle dimensioni, dei pensionamenti interni

Ceramica

EffettiIndustria



… perché diverso può essere il valore delle perdite in funzione dell’ampiezza del fenomeno (e.g. il costo specifico (€/kWh) di un’interruzione può essere variabile in funzione della durata dell’interruzione)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

1 minuto 1 ora 4 ore 8 ore€ -

€ 10.000,00

€ 20.000,00

€ 30.000,00

€ 40.000,00

€ 50.000,00

€ 60.000,00

1 minuto 1 ora 4 ore 8 ore


Impatto economico – Stima

In termini generali la stima dell’impatto economico di un fenomeno PQ può essere fatta utilizzando la formula seguente:

IE = n p δ

n = frequenza di accadimento dell’evento causa del danno

p = probabilità di accadimento del dannoδ = entità del danno

A. Baggini, F. Bua,LPQI meeting 2003, Amsterdam


Impatto economico – StimaLa valutazione della convenienza dell’investimento in misure di mitigazione può essere fatta mediante un’analisi costi-benefici

È importante sottolineare che la valutazione del danno economico conseguente deve essere svolta dall’azienda (o con il contributo dell’azienda)


Impatto economico – NVE

Confronto tra i costi delle aziende distributrici di energia elettrica e l’impatto economico delle interruzioni e dei buchi di tensione sugli utenti – NVE Norvegia

Investimentisulla rete Costo delle

perdite Costo delleinterruzioni edei buchi di

tensione

0

50

100

150

200

250

300

350

M€/

anno

AA.VV: Quality of supply regulation in Norway going beyond EN50160. CIRED 2005


Impatto economico – Interruzioni

$10.598

$61.828

$49.328

$0

$10.000

$20.000

$30.000

$40.000

$50.000

$60.000

$70.000

Digital Economy Ind. Processo continuo Ind. Manifatturiera & ServiziEssenziali

Costo medio annuale imputabile alle interruzioni della fornitura di energia elettrica per sito, per settore industriale

Rep

ort

EPRI

(Ele

ctric

Pow

er R

esea

rch I

nst

itute

):The

cost

of

pow

er d

istu

rban

ces

to indust

rial

and

dig

ital

eco

nom

y co

mpan

ies.

June

2001


Impatto economico – Interruzioni

$6.915

$24.792

$165.547

$31.734

$0

$20.000

$40.000

$60.000

$80.000

$100.000

$120.000

$140.000

$160.000

$180.000

< 50 MWh 50 - 499 MWh 500 MWh - 4,9 GWh 5+ GWh

Costo medio annuale imputabile alle interruzioni della fornitura di energia elettrica per sito, in rapporto ai consumi annui di energia elettrica (media globale tra settori

Rep

ort

EPRI

(Ele

ctric

Pow

er R

esea

rch I

nst

itute

):The

cost

of

pow

er d

istu

rban

ces

to indust

rial

and

dig

ital

eco

nom

y co

mpan

ies.

June

2001


Impatto economico – Armoniche

$599

$2.859

$9.643

$0

$2.000

$4.000

$6.000

$8.000

$10.000

$12.000

Digital Economy Ind. Processo continuo Ind. Manifatturiera & ServiziEssenziali

Costo medio annuale imputabile alle armoniche per sito, per settore industriale

Rep

ort

EPRI

(Ele

ctric

Pow

er R

esea

rch I

nst

itute

):The

cost

of

pow

er d

istu

rban

ces

to indust

rial

and

dig

ital

eco

nom

y co

mpan

ies.

June

2001


Impatto economico – Armoniche

$174$2.698 $2.768

$59.601

$0

$10.000

$20.000

$30.000

$40.000

$50.000

$60.000

$70.000

< 50 MWh 50 - 499 MWh 500 MWh - 4,9 GWh 5+ GWh

Costo medio annuale imputabile alle armoniche per sito, in rapporto ai consumi annui di energia elettrica (media globale tra settori

Rep

ort

EPRI

(Ele

ctric

Pow

er R

esea

rch I

nst

itute

):The

cost

of

pow

er d

istu

rban

ces

to indust

rial

and

dig

ital

eco

nom

y co

mpan

ies.

June

2001


Bibliografia

www.lpqi.org


Power quality – direttiva EMC 2004/108/CE


Power quality – direttiva EMC 2004/108/CE(gli impianti) sono progettati […] in modo tale che:

– le perturbazioni elettromagnetiche prodotte non raggiungano un'intensità tale da impedire il normale funzionamento delle apparecchiature radio e di telecomunicazione;

– presentino un livello d'immunitàalle perturbazioni elettromagnetiche prevedibili nelle condizioni d'uso cui sono destinate tale da preservarne il normale funzionamento da un deterioramento inaccettabile.


Power quality – direttiva EMC 2004/108/CEGli impianti fissi sono installati secondo le regole dell'ingegneria industriale e le indicazioni sull'uso cui i loro componenti sono destinati, al fine di soddisfare i requisiti in materia di protezione di cui al punto 1.Dette regole di ingegneria industriale sono documentate e la(le) persona(e) responsabile(i) le tengono a disposizione delle competenti autoritànazionali a fini ispettivi fintantochégli impianti fissi sono in funzione.


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M01 – Qualità dell’energia – Fenomeni

Master Universitario di I livelloINGEGNERIA DEI SISTEMI E DEI SERVIZIPER IL TERRITORIO E PER L’AMBIENTEA.A. 2006/2007UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PAVIA - SEDE DI MANTOVA

20-21 Aprile 2007


Qualità dell’energia – fenomeni – disturbi (?)– Interruzioni dell'alimentazione– Variazioni della tensione– Dissimmetrie– Flicker– Tensioni e correnti distorte


Interruzioni dell'alimentazione

Guasti sulla rete pubblica (rif. MT)Lunga durata: aerea: 2 ÷ 4 1/y

in cavo: 5 1/y (100 km)μ Interruzioni (<1s) aerea: 30 ÷ 40 1/y

in cavo: --Guasti interni all'impianto

Disturbi

99,0VV≥

Δ


Variazioni della tensioneDisturbi


Dissimmetrie

Presenza di carichi fortemente squilibratiImpedenze non simmetriche della linea di alimentazione

Grado di dissimmetria

(%)UU 100 S

1

2⋅=

Disturbi


Flicker

Variazioni rapide e ripetitive della tensione

Forni ad arcoSaldatrici a puntiCarichi intermittenti in genere

Livelli di severitàPST: short termPLT: long term

Disturbi


Tensioni e correnti distorte (1)Carico Lineare

Disturbi


Tensioni e correnti distorte (2)

Carico NON Lineare

Disturbi


Tensioni e correnti distorte (3)Carico NON Lineare

Disturbi



Tasso individuale di armonica

Tasso globale di distorsione (THD)

(%) a100 D1

nn a=

(%) )(2

2

12

2 ∑∑∞

=

∞

=

==n

n

nnt a

aDD

Disturbi



2

1

Grado di disturbo

**3,5444,557810

*1,51,5233,5568

>2523-251917131175

Dispari(non multiple di 3)

THD

3

2

2

Pari

2

1

Grado di disturbo

111,511,722,5610

0,20,510,20,20,31,558

>106-104>21211593

Dispari(non multiple di 3)

THD

* = 0,2 + 12,5/n (detto n l'ordine di armonicità)

** = 3,5 - 1,0 (decrescente con la frequenza)

Disturbi


Effetti sui componenti dell'impianto

Trasformatori di potenza ReattoriMotori asincroniBatterie di condensatoriCavi per energiaImpianti di illuminazioneSistemi elettronici di elaborazioneImpianti di terra


Trasformatori di potenza

Interruzioni → corrente di inserzioneVariazioni tensione → perdite a vuotoDissimmetrie → dissimmetria secondarieFlickerTensioni distorte → perdite a vuotoCorrenti distorte → perdite dovute al carico

→ risonanza

Effetti


Reattori

InterruzioniVariazioni tensione → perdite (derivazione)Dissimmetrie → saturazioneFlickerTensioni distorte → perdite (derivazione)Correnti distorte → perdite (serie)

→ risonanza

Effetti


Interruzioni → sollecitazioni termiche→ sollecitazioni dielettriche (μ)

Variazioni tensione → poco sensibileDissimmetrie → sollecitazioni termiche FlickerTensioni distorte →Correnti distorte

Motori asincroniEffetti


Batterie di condensatori

InterruzioniVariazioni tensione → entro 10%Dissimmetrie → entro 10%FlickerTensioni distorte → In = n ω C Un

→ sollecitazioni dielettriche (L)Correnti distorte → sollecitazioni termiche

Effetti


Cavi per energia (1)

InterruzioniVariazioni tensione DissimmetrieFlickerTensioni distorteCorrenti distorte → sollecitazioni termiche (L e N)

→ effetto pelle cdt R X

Effetti

Rca/Rcc

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 r/δ



Carico lineare equilibrato

Effetti



Carico lineare NON equilibrato

Effetti


Carico NON lineare “equilibrato”

Cavi per energia (4)Effetti



Armoniche omopolari

Effetti


Impianto di terra (0)

InterruzioniVariazioni tensioneDissimmetrieFlickerTensioni distorte + filtri passivi → correnti disperse

→ sicurezza→ riferimento per strumenti

Correnti distorte

Effetti


Impianto di illuminazioneEffetti

Interruzioni → durata di vitaVariazioni tensione → flusso luminosoDissimmetrieFlicker → fastidio nell'uomoTensioni distorteCorrenti distorte


Impianti elettroniciEffetti

Interruzioni → perdita dati→ blocco processo

Variazioni tensione → perdita dati→ blocco processo

DissimmetrieFlickerTensioni distorte → funzionamento non correttoCorrenti distorte

Documents

M01 – Qualità dell’energia · elettrica e l’impatto economico delle interruzioni e dei buchi di tensione sugli utenti – NVE Norvegia Investimenti sulla rete Costo delle perdite