Continuità della tensione(Prima parte)

Normativa tecnica. Origine e natura dei fenomeni

l’energia elettrica è un prodotto che ricade nella direttiva Cee 85/374, erogato in regime di mercato come bene economico. È, quindi, soggetta a precisi standard di qualità che nel tempo stanno diventando sempre più elevati per soddisfare le crescenti esigenze delle apparecchiature e dei cicli di lavorazione degli utenti.Con il termine di qualità tecnica del servizio di distribuzione dell’energia elettrica s’intende generalmente l’insieme della continuità della tensione e della qualità della tensione.Per entrambe, gli standard sono fissati da provvedimenti dell’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas (AEEG); attualmente, con la Delibera 29 dicembre 2011 - ARG/elt 198/11 - Testo integrato della qualità dei servizi di distribuzione e misura dell’energia elettrica per il periodo di regolazione 2012-2015 (tiQe).la continuità del servizio attiene la misurazione del numero e della durata delle interruzioni senza preavviso, lunghe (> 3 minuti) e brevi (> 1 secondo e ≤ 3 minuti), mentre per qualità della tensione o della forma d’onda, l’AEEG regolamenta e intende ulteriormente regolamentare in futuro i sotto indicati tre “disturbi”, considerato che il semplice rispetto degli standard, spesso solamente qualitativi, inizialmente previsti dalla norma Cei en 50160 non è soddisfacente e che l’attuale situazione della qualità della tensione costituisce una penalizzazione (sotto forma d’interruzioni delle lavorazioni, scarti del prodotto, ecc.) della produzione, tale da compromettere la competitività del nostro sistema produttivo:- le interruzioni transitorie (≤ 1 secondo);- i buchi di tensione;- le variazioni lente della tensione di alimentazione.

le interruzioni transitorie e i buchi di tensione sono generalmente accomunati con il termine di microinterruzioni (vedasi Delibera AEEG n. 128/99, all’articolo 2.1 l).Questi indicatori stanno diventando molto importanti, tanto che l’AEEG, nel fissare gli standard di riferimento nei confronti dei Distributori, si prefigge contestualmente di sensibilizzare gli utenti ad assumere provvedimenti sulle loro installazioni utilizzatrici o eventualmente a sostituirle con altre immunizzate ai predetti disturbi. Ciò anche allo scopo di non trasferire la totalità degli oneri economici necessari a migliorare la qualità della tensione sulle imprese distributrici, che finirebbero poi per essere, a loro volta, spalmati sulla generalità degli utenti di massa meno interessati alla qualità della tensione.del resto, i responsabili della mancata continuità, come della non perfetta forma d’onda sinusoidale della tensione, sono sia il sistema elettrico che produce, trasporta e distribuisce, per effetto del degrado dei suoi componenti, sia l’insieme del sistema utilizzatore del prodotto elettricità.l’esigenza di un’elevata qualità dell’alimentazione è diventata più acuta con il diffondersi di apparecchiature utilizzatrici caratterizzate da dispositivi elettronici di potenza e dei sistemi di controllo sensibili alle interruzioni e, in generale, alla regolarità della forma d’onda. a loro volta, alcuni degli appena detti utilizzatori possono essere fonte disturbante.È diventato, quindi, fondamentale conoscere la situazione attuale del servizio reso dalle reti di distribuzione pubblica, lo studio dei fattori influenzanti la qualità per comprendere il tipo e la competenza degli interventi da effettuare a livello del distributore e dell’utilizzatore.studi a livello autorevole dimostrano che mettere in campo azioni preventive volte a contenere le microinterruzioni comporta costi minori rispetto agli oneri complessivi sofferti, in termini di danni diretti e indiretti, dal sistema industriale

Continuità e Qualità della tensione d’alimentazione nella distribuzione PubbliCa

(Prima parte)

e commerciale.Il Dipartimento di Ingegneria Gestionale del Politecnico di Milano ha condotto un’indagine sui costi delle microinterruzioni per l’economia italiana, da cui emerge che il costo totale è di circa 800 milioni di euro/anno. il costo diretto medio per ogni microinterruzione varia da settore a settore: da 0,5 euro/kW per la chimica a 13,3 euro/kW per le raffinerie. Il danno dipende anche dal livello d’immunità che presentano le apparecchiature utilizzatrici.

Normativa tecnica

Il citato provvedimento (TIQE) dell’AEEG, che fissa i livelli di continuità del servizio e di qualità della tensione, si basa anche sullo “stato dell’arte” raggiunto dalle reti della distribuzione pubblica europee, sintetizzato, per le reti di bassa e media tensione (1 kV < un < 36 kVeff), nella norma Cei en 50160 (nel seguito norma).la prima edizione risale al 1994, mentre dal mese di febbraio del 2011 è in vigore l’ultima stesura (edizione iii). L’edizione precedente, Norma CEI EN 50160:2008-04, rimane applicabile fino al 1° marzo 2015.alla preparazione del testo di questa nuova edizione hanno partecipato, a livello europeo, tutti i principali attori della filiera elettrica: Euroelectric (Associazione europea delle utilities elettriche), Orgalime (Associazione europea dei costruttori di apparecchiature), Ceer (Consiglio europeo delle autorità elettriche), oltre ai Comitati nazionali dei 31 Paesi afferenti al CeneleC.la norma in argomento:- definisce, descrive e specifica le principali caratteristiche della tensione di alimentazione degli utenti delle reti pubbliche di distribuzione di AT, MT e BT in condizioni di esercizio normale;- descrive i limiti o i valori entro i quali ci si aspetta che le caratteristiche di tensione rimangano per qualsiasi terminale di alimentazione nelle reti pubbliche di distribuzione europee e non descrive la situazione media generalmente sperimentata da un singolo utente della rete.

sono possibili ulteriori evoluzioni della norma, anche a breve, in ragione della diffusione sempre crescente degli impianti di generazione che utilizzano le fonti rinnovabili più disparate.della qualità del servizio, come sopra intesa, parlano anche:- all’articolo 5.3, la Norma CEI 0-21: “Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti BT delle imprese distributrici di energia elettrica”;- agli articoli 5.1.3. e 5.2.3, la Norma CEI 0-16: “Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti MT e AT delle imprese distributrici di energia elettrica”.

Queste due norme hanno tra l’altro lo scopo di coinvolgere e vincolare, per le ragioni appena dette, a precisi obblighi gli utenti, sia passivi, sia attivi, che diventano, quindi, collaboratori essenziali per il “modo” con cui l’energia elettrica viene utilizzata e prodotta.Quest’aspetto della qualità della tensione è trattato dalla cosiddetta normativa emC (elettro-magnetic-Compatibility), secondo tre tipi di Norme. In particolare, le Norme d’immunità che definiscono i livelli di disturbo che le apparecchiature devono essere in grado di tollerare senza pregiudicare la loro funzionalità e prestazioni (l’immunità ai buchi di tensione delle apparecchiature è oggetto delle norme en 61000-4-11 e en 61000-4-34, vedasi in tal senso l’allegato b alla norma).

Origine e natura dei fenomeni. Definizioni

Tecnicamente un’interruzione (lunga, breve e transitoria – figura 1a) è la condizione nella quale la tensione sul punto di prelievo o immissione dell’energia elettrica per un utente è inferiore al 5% della tensione dichiarata (un).

Figura 1: Forme d’onda. interruzioni transitorie e buchi di tensione

Le interruzioni accidentali sulla rete pubblica di MT sono, sotto l’aspetto elettrico, essenzialmente di tipo;- monofase a terra (figura 2);- polifase;- doppio monofase a terra.

Figura 2: Guasto monofase a terra su rete a MT a neutro compensato

i primi costituiscono la stragrande maggioranza e derivano dalla riduzione dell’isolamento fra una delle fasi del sistema elettrico e la terra, a causa di rottura e/o collasso di isolatori, contatto permanente con alberature, rottura e caduta a terra di conduttori, ecc. Con una certa probabilità tali guasti possono degenerare in guasti di doppi monofase a terra a seguito delle sollecitazioni che si originano sulle fasi inizialmente sane.i rimanenti sono i guasti polifase con coinvolgimento o meno della terra, detti anche cortocircuiti, che generano sovracorrenti di media o alta entità. Si verificano a seguito della diminuzione dell’impedenza interposta fra parti del sistema elettrico che, nel normale funzionamento, si trovano a potenziale diverso. in tali casi è richiesta l’eliminazione rapida (120÷150 ms) del guasto da parte del sistema di protezione.

la norma distingue:- i fenomeni continui, cioè le deviazioni dal valore nominale che si verificano in modo continuo; tali fenomeni si producono principalmente a causa del tipo di carico, delle variazioni di carico o dei carichi non lineari;- gli eventi di tensione, cioè deviazioni improvvise e significative dalla forma d’onda normale o desiderata. Questi si producono a causa di eventi imprevedibili (per esempio, guasti) o di fattori esterni (per esempio, condizioni climatiche, azioni di terze parti).

Il buco di tensione è definito come una diminuzione improvvisa della tensione di alimentazione a un valore compreso, per le reti bt, tra il 90 e il 5% e, per reti a mt (norma Cei 0-16), tra il 90 e l’1% della tensione dichiarata, seguita da un ripristino dopo un breve periodo di tempo.Convenzionalmente la durata di un buco di tensione è compresa tra 10 ms e 1 minuto, come rappresentato in figura 1b. i buchi di tensione sono originati da interruzioni dell’alimentazione causate da guasti polifase (cortocircuiti). ad esempio, a seguito di un cortocircuito, indipendente dal tipo d’interruzione che può determinare (lunga, breve o transitoria), su una linea sottesa metallicamente ad altre a una sbarra mt alimentata da una cabina primaria at/mt, si determina l’apertura dell’interruttore in testa alla linea in guasto. tutti gli utenti connessi alle altre linee sane non subiscono l’interruzione (selettività delle protezioni), ma sono soggetti a un “abbassamento di tensione” a causa della caduta di tensione sul sistema elettrico a monte della sbarra, provocato dalla corrente di cortocircuito, di durata corrispondente al tempo di apertura dell’interruttore.Tale “abbassamento di tensione” costituisce un buco di tensione, che arreca un danno agli utenti paragonabile, come perdita economica, a quello di un’interruzione transitoria. la durata del buco dipende dal tempo di ritardo impostato per l’apertura del dispositivo di protezione della linea in guasto, mentre la profondità (riduzione dell’ampiezza della tensione) dall’impedenza di rete posta a monte degli utenti sani.L’AEEG, per utenti con potenza disponibile pari ad almeno 5 MW, con esigenze di selettività oppure con estensione di rete superiore a 3 km, che abbiano necessità di attuare una selettività logica su due livelli di tensione (per cui si apre solamente la parte dell’impianto d’utenza più prossima al guasto, senza interessare la rimanente parte d’impianto), prevede che il Distributore sia tenuto a ritardare l’apertura (ad esempio, fino a 250 ms) dell’interruttore. In tal modo, il guasto presso l’utente viene eliminato senza interruzioni transitorie sulla linea, ma il buco di tensione in questo caso (come in tutti gli altri casi di guasti polifase sulla rete) viene significativamente prolungato. In queste condizioni, dovranno essere conseguentemente considerati i limiti di immunità ai buchi di tensione (durata e profondità) ai quali deve far fronte l’apparecchiature di tutta l’utenza alimentata dal medesimo trasformatore at/mt.Per le variazioni di tensioni (variazioni lente), la norma prevede che la tensione di esercizio di ogni nodo della rete deve essere mantenuta entro un intervallo pari al ±10% del valore nominale (230/400 V – l. 24 marzo 2012, n. 27) per il 95% del tempo. È poi ammesso che essa scenda fino al -15% per il restante 5% del tempo (figura 3).

Figura 3: Variazioni lente di tensione sulla rete di bt

la connessione di un generatore lungo una linea determina l’incremento della tensione in quel punto e, più in generale, la variazione del profilo di tensione lungo la linea. Al contrario, si può verificare un abbassamento di tensione per la connessione di utenti passivi. Nel caso vi siano elevate quantità di generazione distribuita (GD) connessa alla rete, sussiste il rischio di sopraelevazione del profilo di tensione nei tratti interessati dai contro-flussi della GD. L’incremento di tensione è tanto più marcato quanto maggiori sono le iniezioni di potenza da parte della GD (rispetto al carico) e quanto più quest’ultima è situata verso il fondo della linea.la misura della tensione deve essere effettuata nel punto di connessione nell’arco di una settimana, ogni 10 minuti per un totale di 1.008 (7x24x60/10) misure (media dei valori efficaci misurati nei 10 minuti) in accordo con la Norma Cei en 61000-4-30.Ai fini della pianificazione della rete occorre poi considerare anche le variazioni rapide di tensione. Esse sono in genere dovute all’improvvisa disconnessione (o, con minor probabilità, alla repentina connessione) di un generatore dal nodo di una linea. nelle reti completamente passive, la frequenza e l’ampiezza delle variazioni rapide della tensione sono correlate alla variazione del carico da parte degli utenti e al livello di potenza di cortocircuito della rete.La Norma indica un valore massimo orientativo pari al 5% di Un. Ammettendo che “una variazione fino al 10% di Un, con una durata breve, può aver luogo alcune volte al giorno in talune circostanze”. Il limite relativo alle variazioni rapide di tensione risulta essere il più restrittivo sia per numerosità di nodi su cui esso interviene, sia in termini di quantità massima di GD connettibile.

Andrea Gulinelli