Appunti di Sistemi elettrici per l'industria e i trasporti

SISTEMI ELETTRICI

PER

L'INDUSTRIA

E I

TRASPORTI

Power Quality

Lo studio della Power Quality è l'insieme degli accorgimenti da considerare in fase di progetto/gestione al fine di garantire una adeguata fornitura di energia.

L'analisi della qualità del servizio elettrico è diventata necessaria a fine anni '80, quando si è passati da un sistema monopolistico nazionale ad un sistema privatizzato. L'energia elettrica, diventando merce, ponte appunto all'ottimizzazione della qualità.

In uno stesso PSU l'utente causa di tutto: se l'utente non fa adeguato mantenimento ed ha dei guasti provoca nel PSU buchi di tensione.

L'obiettivo è avere dei rapporti utente-distributore proprio per prevenire questi problemi in rete. Grazie al regolatore oggi vi sono parecchie regole cui utenti e distributori devono sottostare.

Il livello di qualità del servizio sta calando per i seguenti fattori:

1. Utenti più sensibili: sono sempre più diffusi. Gli apparecchi elettronici principali responsabili delle distorsioni armoniche;
2. Utenti più sensibilizzati: ogni CME ve è la possibilità nell'utente di monitorare la propria forma d'onda si trasmette in esso la consapevolezza di poter monitorare la propria forma d'onda;
3. Utenti più esigenti: energia processi produttivi non devono mai fermarsi e ciò, se succede, più potranno o onerosi diventano i danni;
4. Prospettiva generazione distribuita: la diffusione della generazione distribuita tramite impianti di micro-produzione (<10MW) connessi con parte in MT, ha portato la rete a non essere più passiva ed a divenire un fluido di potenza solamente unidirezionale.

Le ent in nt, nate con radiali per poten all'utenze ai carichi a valle partendo dal punto di collega dentro con la rete di trasmissione, stanno diventando piano piano aptive per la connivenza dei grossi carichi di essere allo stesso tempo consumatori e produttori di energia elettrica.

Norma CEI EN 50160 → Definiscono e regolano la fornitura di en.elettrica

Serie normativa IEC 61000 → E i rapporti distributore-utilizzatore

Concetti di Compatibilità Elettromagnetica

1. Si introducono le seguenti definizioni:
2. Ambiente elettromagnetico: insieme dei fenomeni elettromagnetici presenti in un determinato ambiente;
3. Compatibilità elettromagnetica: è la capacità di un dispostitivo/apparecchio/sistema di funzionare correttamente nell'ambiente elettromagnetico senza introdurvi disturbi intollerabili o provocarli ad altri apparecchi;
4. Disturbi condotti: alternazione dell'ampiezza/forma d'onda di una tensione che si propagano lungo una condottura elettrica un condotto o linea;
5. Livello di compatibilità elettromagnetica: valore di un disturbo elettromagnetico su un dispositivo/apparecchio/sistema che ha elevata probabilità di non essere superato.

Compensazione Reattiva

- Se si vuole aumentare la tensione al secondario si può pensare di fornire della potenza reattiva capacitiva attraverso banchi di condensatori di rifasamento.

Idealmente la soluzione migliore sarebbe la compensazione distribuita (ad ogni carico un banco di condensatori) ma ciò non è economicamente fattibile.

Nella mancanza si connettono i condensatori in punti strategici:

• In parallelo a grossi carichi/motori intermittenti
• In parallelo a grossi gruppi di carichi
• Sulle sbarre del ripartitore MT/AT

I benefici della compensazione sono:

1. Una diminuzione della CRT lungo la linea e un aumento della V a cui è connesso il condensatore; infatti compensando Q si limita la circolazione di corrente reattiva I_senϕ

ΔV = R⋅I_cosϕ + X⋅I_senϕ

2. Un aumento dell'armarcity della linea: riducendo la Q trasportata si aumenta il carico di corrente attiva circolabile in rete;

NB Il gestore di rete impone agli utilizzatori delle penali per cosφ basso; cosφ facendo riesce a limitare in rete la potenza reattiva.

[cosφ ≥ 0,9 ⇒ no penali;0,8 < cosφ < 0,9 ⇒ costo kVarh = 65% costo kWhcosφ < 0,8 ⇒ costo kVarh = 85% costo kWh

- I condensatori di rifasamento hanno un altro vantaggio: la loro capacità può essere adattata in più unità e utilizzata in filtri passivi per eliminare le armoniche di corrente indesiderate:

NT

Filtro: serie L + C + R

• Alla f induttive = i filtri non hanno effetto
• Alla f di risonanza = se coincide con l'ordine dell'armonoca da filtrare, la risonanza tende a 0 e quindi l'armonica indesiderata viene scaricata a terra.

Per ogni armonica serve un filtro; per questo si suddivide la capacità di rifasamento in tante parti quante sono i filtri necessari.

A questo punto si scelgono le induttanze corrispondenti perché entrino in risonanza con l'armonica voluta (5°, 7°, 11°, ...).

Posizione Critiche: per installare i filtri è la sbarrra NT

NB Attenzione a non fare entrare in risonanza la capacità maggiore con l'induttanza longitudinale delle linee per f basse (f < 400Hz) in tal caso Z_L → 0 e quindi forti distorsioni di V.

Innesione dei trasformatori

L'innesione nei trasformatori ha luogo ad un assorbimento di componenti non equilibrato e quindi a buchi di tensione poichè l'andamento di tensione sulle 3 fasi si diventa si risolve il tutto nel tempo in decine di cicli.

Avviamento dei motori

• Un motore asincrono all'avviamento assorbe una corrente pari a S:Zin e con cos φ bassissimo.
• Evitare un avvio in tensione simmetrico (perchè assorbe equamente nelle 3 fasi) che può essere estremamente gravoso, per evitare tutto ciò si usano gli avviamenti:
  • stella-triangolo (avviamento a stella con V più piccole e I più piccole)
  • col resistore
  • soft start con elettronica di potenza

Squilibri di tensione, 'sovratensioni' e variazioni di frequenza

Gli squilibri di tensione si hanno quando il sistema trifase non risulta più simmetrico e quindi mente esiste una diversità tra le ampiezze delle tensioni di fase.

Le cause sono due:

• La ripartizione squilibrata dei carichi monofase in BT e MT (a causa della variabilità durante il funzionamento degli impianti)
• Il carico ferroviario ad alta velocità perchè il treno di volta in volta impegna tratti diversi di linea lungo la sua corsa facendo risultare la rete squilibrata istante per istante

Grado squilibrio = seq. inversa / seq. diretta (correnti da carichi squilibrati sulle impedenze)

↑ Pcc, ↓ Zcc = meno la rete risente dello squilibrio

Le sovratensioni (ΔV>10% Vn) sono di origine interna, dovute ai transitori di manovra, e di origine esterna dovute alle fulminazioni dirette/indirette.

Le variazioni di frequenza sono generalmente davvero minime e riguardano il sistema di generazio-ne o di trasmissione.

Vengono compensate dalla regolazione primaria delle centrali e secondaria.max Δf = ±1%

Anche se le forme d'onda sono differenti, le correnti a monte e a valle del trasformatore stellatriangolo hanno le stesse componenti armoniche di ordine:

Ponti con p=6 → armoniche ordine 5, 7, 11, 13, 17, 19...

Ponti con p=12 → armoniche ordine 11, 13, 23, 25...

Perciò le armoniche sono tutte dispari e l'ampiezza _In,_I di ordine n=a

-1

• Quando le correnti armoniche dei diversi convertitori si uniscono alle obtente comuni, queste si combinano vettorialmente.

(E5) Forni ad arco

• Caso AC = genera uno spettro che comprende armoniche di ordine pari e dispari e che viene definito come "continuo".
• Caso DC = in tal caso l'arco è composto da un raddrizzatore ed è più stabile rispetto ai forni ad arco in AC. In ha uno spettro suddivisibile in uno simile a quello del raddrizzatore e ad uno spettro continuo inferiore a quello AC.