Qualit£  della tensione elettrica: problematiche derivanti da Buchi Qualit£  della tensione elettrica:

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  • Qualità della tensione elettrica:

    problematiche derivanti da

    Buchi di Tensione e

    Correnti Armoniche

    Maurizio Fauri

    Origine e propagazione dei disturbi

    elettrici nei sistemi di potenza

    www.poloenergia.com

    Venerdì 27 maggio 2016

    Dipartimento di Ingegneria

    via Mesiano - Trento

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

    www.poloenergia.com

    Disturbo elettromagnetico

    Fenomeno elettromagnetico che può degradare la prestazione di

    un dispositivo, di un'apparecchiatura o di una rete elettrica

    F(t)

    + +

    +

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

    www.poloenergia.com

    Tipologie di eventi (in funzione del tempo)

    Durata Fenomeni Cause tipiche Tipi di disturbo

    Fino a 10 ms Transitori

    • Fulminazioni

    • Manovre su carichi capacitivi

    • Intervento di interruttori o fusibili

    Impulsi :

    - in aumento (surge)

    - in diminuz. (notch)

    Fino a (2 ÷ 3) s

    Sovra e

    sottotensioni

    momentanee

    • Avviamento motori

    • Guasti nelle linee di alimentazione

    • Inserzione grossi carichi

    • Buchi di tensione

    • Microinterruzioni

    • Fluttuazioni in aumento

    della tensione

    Maggiori

    di alcuni s

    Interruzioni o

    alterazioni

    permanenti

    • Carichi regolati a semiconduttori

    • Guasti al sistema elettrico fornitore

    • Inserzione intermittente di carichi

    • Distorsione armonica

    • Flicker

    • Squilibri di tensione

    • Variazioni di frequenza

    La maggior parte dei disturbi responsabili di danni e malfunzionamenti sono

    riconducibili a microinterruzioni, buchi di tensione, armoniche o sovratensioni

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

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    Tipologie di eventi (in funzione della grandezza)

    Caratteristiche di

    riferimento Tipo di irregolarità

    Parametri

    descrittivi Tipo di evento

    Forma d'onda Armoniche

    Interamoniche THD ; THD , Sistematico

    Frequenza Variazioni Sistematico / Casuale

    Simmetria delle tensioni Dissimmetria ; Sistematico

    Ampiezza della tensione

    Buchi di tensione ; Dt Casuale / Continuo

    Fluttuazione

    (flicker) Sistematico

    Sovratensioni non

    impulsive Sistematico / Casuale

    Interruzioni e

    microinterruzioni Durata Casuale

    Variazioni

    impulsive Casuale

    Transitori di

    commutazione ; THD Sistematico

    V %

    d

    Vi

    V %

    d

    V0

    DV V

    % n

    Df f

    % n

    DV V

    % n

    DV V

    % n

    DV V

    % n

    DV V

    % n

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

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    Disturbi "importati" e "autogenerati"

    L'anomalo funzionamento dell'utenza può essere determinato,

    oltre che dai disturbi "importati" dalla rete anche da quelli

    "autogenerati" dallo stesso impianto utilizzatore

    Rete

    elettrica

    Disturbi "importati " dalla rete

    Utenza

    elettricaDisturbi immessi in rete

    Disturbi

    "autogenerati"

    dall’utente

    Disturbi immessi

    nell’impianto

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

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    Armoniche - Cause

    Le principali cause di distorsione della corrente sono:

    • carichi commutati elettronicamente (raddrizzatori, convertitori, ecc.)

    • carichi con caratteristiche non lineari (app. a saturazione magnetica,

    lampade a scarica, forni ad arco, saldatrici, trasformatori, ecc.)

    • carichi inseriti e disinseriti da organi da manovra (condensatori, filtri,

    motori a induzione, ecc.)

    Rv(t)

    i(t)

    +

    t

    i(t)

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

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    Armoniche di tensione e di corrente

    La distorsione della forma d'onda della tensione in un punto qualsiasi

    della rete è l'effetto dell'azione combinata dei carichi distorcenti

    distribuiti sulla rete stessa.

    +

    Carico 2

    (non lineare)

    Carico 1

    (lineare)

    I1 I2

    VG VG

    DV1 DV2

    DV1

    VG+DV1

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

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    Armoniche – Forma d’onda

    -200

    -150

    -100

    -50

    0

    50

    100

    150

    200

    0 45 90 135 180 225 270 315 360

    Fondamentale

    3a armonica (Modulo = 35%; Fase = 180°)

    5a armonica (Modulo = 10%; Fase = 0°)

    7a armonica (Modulo = 5%; Fase = 90°)

    Forma d'onda risultante

    Quelle significative per le reti

    elettriche si limitano a ordini tra 2 a 50

    Lo sviluppo in serie di Fourier della forma d'onda conduce

    solitamente a un numero illimitato di componenti armoniche.

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

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    Armoniche - Fattori di distorsione

    Un criterio di valutazione del contenuto armonico è il fattore di

    distorsione armonica totale di tensione (THDV) e di corrente (THDI),

    (Total Harmonic Distortion)

    THDV%= Vd V1 =෍

    𝑛=2

    ℎ Vn 2

    V1 2 ∙100 THDI%=

    Id I1 =෍

    𝑛=2

    ℎ In 2

    I1 2 ∙100

    Per ogni componente armonica si può ricavare il valore percentuale

    relativo alla fondamentale definito come distorsione armonica

    individuale IHD, (Individual Harmonic Distortion):

    IHDV%= Vn

    V1 ∙100 IHDI%=

    In

    I1 ∙100

    per n = 2, 3, 4, …. , h per n = 2, 3, 4, …. , h

  • prof. ing. Maurizio Fauri

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    Armoniche - Effetti

    I principali effetti sulla rete di alimentazione delle armoniche

    di tensione e di corrente sono:

    • l'esaltazione del contenuto armonico per effetto di risonanze serie e

    parallelo eventualmente presenti nel sistema

    • la riduzione complessiva del rendimento del sistema stesso

    • il danneggiamento dell'isolamento dei componenti con conseguente

    riduzione della durata di vita

    E

    +

    .

    srI .

    Z .

    sI .

    0

    0I .

    sR sr R XsX

    sE .

    +

    sr

    sr R (1- s)

    s

    • l’incremento della corrente assorbita dai

    condensatori di rifasamento per la riduzione

    dell’impedenza al crescere della frequenza

    • l’aumento delle

    correnti assorbite

    dai motori asincroni

    per effetto della

    bassa impedenza

    inversa

    cX = -j 1

    w C

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

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    Le correnti armoniche di ordine 3 (omopolari ed i rispettivi

    multipli si sommano nel neutro. La corrente nel neutro non è più nulla,

    ma corrisponde alla somma delle armoniche omopolari.

    ++ +

    = = 0SS

    Armoniche - Effetti

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

    Polo Tecnologico per l’Energia srl – Trento

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    Buchi di tensione - Definizione

    I buchi di tensione sono definiti come una riduzione improvvisa della

    tensione ad un valore al di sotto del 90% e non inferiore all'1% della

    tensione nominale.

    La profondità del buco di tensione è definita come la differenza tra il

    minimo valore efficace della tensione durante la riduzione e la tensione

    nominale

    Dt

    DV

    Vn

  • prof. ing. Maurizio Fauri

    Università degli Studi di Trento

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    Buchi di tensione - Cause

    Forti variazioni improvvise di

    corrente provocano sbalzi di

    tensione nel resto della rete

    I buchi di tensione sono di

    solito associabili ad eventi

    accidentali di guasto che si

    presentano sulla linea di

    alimentazione oppure come

    conseguenza dell'inserzione

    di carichi particolari di

    potenza elevata (trasform.,

    condensatori, ecc.),

    relativamente alla capacità di

    trasporto della linea

    LA LB

    LC AT/MT

    t [s]

    Vn

    0,1 s

    0,3 s 30 s

    t [s]

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