Download pdf - Qualità della tensione elettrica: problematiche derivanti da Buchi … · Qualità della tensione elettrica: problematiche derivanti da Buchi di Tensione e Correnti Armoniche Maurizio

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

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Disturbo elettromagnetico

Fenomeno elettromagnetico che può degradare la prestazione di

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

F(t)

+ +

+




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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




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Tipologie di eventi (in funzione della grandezza)

Caratteristiche di

riferimentoTipo di irregolarità

Parametri

descrittiviTipo di evento

Forma d'ondaArmoniche

InteramonicheTHD ; 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

impulsiveSistematico / Casuale

Interruzioni e

microinterruzioniDurata Casuale

Variazioni

impulsiveCasuale

Transitori di

commutazione ; THD Sistematico

V%

d

Vi

V%

d

V0

DVV

%n

Dff

%n

DVV

%n

DVV

%n

DVV

%n

DVV

%n




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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




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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)




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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




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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°)



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.




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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%=VdV1=

𝑛=2

ℎVn2

V12∙100 THDI%=

IdI1=

𝑛=2

ℎIn2

I12∙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




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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 srR XsX

sE.

+

sr

srR(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 = -j1

w C




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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




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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




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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

LCAT/MT

t [s]

Vn

0,1 s

0,3 s30 s

t [s]

IguastoIn

LB, LC

LA

180 s

t [s]

Vn




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Buchi di tensione - Effetti

L’effetto dei buchi di tensione dipende dalla sensibilità delle diverse

apparecchiature che può essere espressa in termini di profondità e

durata dell’abbassamento della tensione

t [ms]

Teleruttori ritardati

Personal computer

PLC

100 200 300 400 500 600 700 800

ASD

Vn [%]

100

60

40

20

0




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Flicker (sfarfallio)

Il flicker è provocato dalle fluttuazioni di tensione che presentano

frequenze di modulazione dei 50 Hz comprese tra 0,5 e 35 Hz e che

provocano fluttuazioni dell'intensità luminosa delle lampade

Il fenomeno del flicker viene avvertito dalle persone in maniera

soggettiva e corrisponde ad una sensazione visiva fastidiosa dovuta alla

fluttuazione della intensità luminosa. Il fastidio provocato dal flicker

cresce molto rapidamente con l'ampiezza della fluttuazione

Dt

DVVn




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Sovratensioni

Le sovratensioni sono innalzamenti della tensione, più o meno rapidi e

transitori, conseguenti sia a fenomeni di origine esterna al sistema

elettrico, come per esempio fulminazioni e guasti non imputabili ai

componenti di rete, sia a manovre e guasti intrinseci ai componenti della

rete. La propagazione delle sovratensioni è funzione delle caratteristiche

della struttura e dei componenti della rete, nonché delle frequenze

proprie del disturbo stesso

Sovratensione non impulsive Sovratensione impulsiva




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Conclusioni

Quando salta la corrente…..