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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
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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°)
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.
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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…..