Contributo del sistema di monitoraggio della qualità della tensione in MT alla revisione

della norma EN 50160

CESI RICERCA

M. de Nigris, L. Garbero, R. Chiumeo

Giornata di Studio AEEG-CEI: Proposta di revisione della Norma 50160Milano 1 luglio 2008

Lavoro finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo di Programma tra CESI RICERCA ed il

Ministero dello Sviluppo Economico - D.G.E.R.M. stipulato in data 21 giugno 2007 in ottemperanza del DL n.73, 18 giugno 2007.

CESI RICERCA 2

Monitoraggio della tensione nelle reti MT

L’AEEG con il documento di consultazione del 6 aprile 2005 ha promosso una campagna di monitoraggio della qualità della tensione sulle reti di distribuzione MT:– attività finanziata dalla Ricerca di Sistema

– prevista anche una partecipazione volontaria dei clienti, a condizioni agevolate

La campagna di monitoraggio ha inizio ufficialmente nel febbraio 2006

Presentazione del sistema monitoraggio della qualità della tensione delle reti MT

CESI RICERCA 4

Monitoraggio della tensione nelle reti MT

• Caratteristiche della QT rilevate:– ampiezza e squilibri della tensione di alimentazione

– buchi di tensione, interruzioni transitorie e brevi, variazioni rapide

– flicker e armoniche della tensione

– correnti e armoniche di corrente solo nel caso di installazioni presso i clienti MT

CESI RICERCA 5

Caratteristiche del sistema monitoraggio

• 600 unità di misura distribuite sul territorio nazionale

– 400 su semisbarre MT in CP (campione statisticamente rappresentativo, 11% dell’intera rete)

– 200 in CS di clienti MT e distributori (campione statisticamente non rappresentativo, adesione alla campagna su base volontaria)

• sistema centrale raccolta e archiviazione dati

• sistema elaborazione e reporting QUEEN utilizzabile tramite sito web http://queen.ricercadisistema.it

CESI RICERCA 6

Architettura del sistema monitoraggio

Unità di misura

Sistemacentrale

QUEEN - Consultazione erendicontazione

Architettura del sistema di Monitoraggio MT

Unità di misura

Sistemacentrale

QUEEN - Consultazione erendicontazione

Architettura del sistema di Monitoraggio MT

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Sistema di monitoraggio MT – Caratteristiche AdM

• Strumento di monitoraggio AdM: Classe A, così come definita dalla Norma CEI EN IEC 61000-4-30, per quanto riguarda le modalità di rilevazione ed elaborazione degli indicatori della QT

• Errore dello strumento di misura: non superiore allo 0,5% del fondo scala per le tensioni (Classe B) e 5% per le correnti nel caso di utilizzo di pinze amperometriche

• Requisiti d’incertezza sulla misura di tensione adeguati in MT, dove occorre considerare la presenza e il contributo dei TV

CESI RICERCA 8

Sistema di monitoraggio MT – Unità Periferica

CESI RICERCA 9

Unità Periferica – AdM (Apparecchiatura di Misura)

Analizzatoredi

Power Quality

Modem GSM

GPS

• modem GSM per la comunicazione dei dati al server centrale

• GPS per la sincronizzazione temporale

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Il sistema web di consultazione QuEEN

CESI RICERCA 11

Il sistema web di consultazione QuEEN

• I titolari degli strumenti di misura (clienti e distributori) accedono tramite password ai dati di dettaglio e alle statistiche dei disturbi per i propri singoli punti di misura

• Il pubblico accede a QuEEN liberamente e può ottenere elaborazioni di dati aggregati tra gruppi di unità di misura sulla base di diversi criteri (regione, tipo rete, stato neutro, tensione nominale, ecc.)

Sito di consultazione risultati del monitoraggio accessibili via web

http://queen.cesiricerca.it/

CESI RICERCA 12

Sistema di monitoraggio MT – Interrogazione QUEEN

CESI RICERCA 13

Sistema di monitoraggio MT – Elaborazione richiesta

CESI RICERCA 14

Sistema di monitoraggio MT – Esito Aggregazioni

CESI RICERCA 15

Sistema di monitoraggio MT – Esito Richiesta

Contributo del Sistema di monitoraggio MT al progetto di revisione della Norma EN50160

CESI RICERCA 17

Il monitoraggio e il prEN 50160:2008

• Variazione della tensione di alimentazione

• Buchi di tensione

• Sovraelevazione della tensione (swell)

• Interruzioni

• Variazioni rapide

CESI RICERCA 18

Variazione della tensione di alimentazione

• Primo approccio: riduzione del limite di variazione

V 10% : tutti conformi per il 95% t

V 7,5% : qualcuno non conforme

V 5% : molti non conformi

CESI RICERCA 19

• Approccio proposto nel prEN 50160:2008

– il 100% di tutti i valori efficaci della tensione mediati sugli intervalli di 10 min presenti in almeno una settimana deve essere inferiore al limite superiore + 10%

– almeno il 99% dei valori efficaci della tensione mediati sugli intervalli di 10 min presenti in almeno una settimana deve essere deve essere superiore al limite inferiore – 10% e con non più di due successivi valori efficaci mediati sui 10 min al di sotto del limite inferiore – 10%

Questo approccio è in corso di implementazione nei criteri di elaborazione ed aggregazione dati del Sistema di monitoraggio in MT (QuEEN)

Variazione della tensione di alimentazione

CESI RICERCA 20

Buchi di tensione

Obiettivi superare la “limitazione” dell’attuale norma EN 50160 nella definizione della numerosità annua dell’evento (valori indicativi sull’ordine di grandezza atteso: il numero annuo di buchi di tensione può variare “da qualche decina fino a un migliaio”, senza peraltro fornire un'adeguata classificazione dell'evento in termini di durata e di tensione residua)

correlare la classificazione dei buchi di tensione le caratteristiche di immunità delle apparecchiature. In tal modo la nuova classificazione permette l’individuazione di aree in cui è atteso che il disturbo non provochi o provochi il malfunzionamento dell'apparecchiatura.

CESI RICERCA 21

La classificazione UNIPEDE

Nella classe di durata tra 20 e 100 ms vengono considerati i buchi di tensione relativi alle sole reti NC; per le classi di durata >100 ms sono stati aggregati tutti i punti di misura sulle cabine primarie. L'83% di eventi cade nella zona evidenziata in giallo

Numero medio nazionale dei buchi di tensione per punto di misura(dati 2006)

Tensione residua [%]

20-100 [ms]

100-500 [ms]

0.5-1 [s]

1-3 [s]

3-60 [s]

Totale

90>u85 20.4 6.4 0.5 0.3 0.1 27.7

85>u70 16.7 19.2 0.9 0.4 0 37.2

70>u40 13.5 32.5 0.6 0.1 0.1 46.8

40>u10 2.4 15.2 0.3 0.1 0 18

10>u1 0.3 1.3 0.1 0 0 1.7

Totale 53.3 74.6 2.4 0.9 0.2 131.4

CESI RICERCA 22

La classificazione UNIPEDE

Nella classe di durata tra 20 e 100 ms vengono considerati i buchi di tensione relativi alle sole reti NC; per le classi di durata >100 ms sono stati aggregati tutti i punti di misura sulle cabine primarie. L'85% di eventi cade nella zona evidenziata in giallo

Numero medio nazionale dei buchi di tensione per punto di misura(dati 2007)

Tensione residua [%]

20-100 [ms]

100-500 [ms]

0.5-1 [s]

1-3 [s]

3-60 [s]

Totale

90 > u 85 19,3 5,9 0,6 0,3 0,3 26,4

85> u 70 22,7 19,1 1,1 0,4 0,1 43,4

70 > u 40 14,4 31,8 0,6 0,2 0,0 47,

40> u 10 2,0 12,1 0,3 0,1 0,0 14,5

10 > u 1 0,1 1,0 0,0 0,0 0,0 1,1

Totale 58,5 69,9 2,6 1,0 0,4 132,4

CESI RICERCA 23

Influenza attività temporalesca

Numero medio settimanale - Reti a neutro compensato

(20 marzo - 17 settembre 2006)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 15 20 25 30 35 40

Numero della settimana nell 'anno

nu

mer

o m

edi

o d

i bu

chi d

i te

nsi

on

e

CESI RICERCA 24

Influenza attività temporalescaCorrelazione tra numero medio di buchi di tensione per settimana e

densità dei colpi di fulmini al suolo(20 marzo - 17 settembre 2006)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0.05 0.1 0.15

Sd: densità media settimanale dei colpi di fulmine al suolo in Italia (1/km2)

Nb

: n

um

ero

med

io d

i bu

ch

i pe

r se

ttim

an

a

CESI RICERCA 25

Influenza struttura di rete

Essendo molto diversi il numero di punti di misura per ciascuna tipologia di rete, i risultati hanno diversi livelli di confidenza statistica. Ciononostante, il risultato riportato in tabella è coerente con quanto si poteva ragionevolmente attendere (un maggior numero totale di buchi di tensione per reti aeree).

Effetto della tipologia delle reti sul numero medio per punto di misura di buchi di tensione registrati nel 2007

CESI RICERCA 26

Influenza estensione di rete

L’esame dei risultati conferma l'attesa dipendenza del numero di buchi di tensione dall'estensione della rete (ad un aumento dell'estensione della rete corrisponde un aumento del numero totale di buchi di tensione),

anche se occorre tenere presente che la significatività statistica dipende dal numero di punti di misura

aggregati per ciascuna classe di estensione delle reti.

Reti a neutro compensato: effetto dell’estensione delle reti sul numero medio per punto di misura di buchi di tensione registrati nel 2007

CESI RICERCA 27

Influenza livello di tensione

Reti NC+NI (durate > 100 ms) Reti NC

Tensione nominale della

rete (kV)

N° di punti di misura aggregati

Numero totale di buchi di tensione

per punto di misura

N° di punti di misura aggregati

Numero totale di buchi di tensione

per punto di misura

10 14,3 28,2 ( 4 ) (*)

15 155,1 39,5 68,5 67,8

20 169,7 115,0 108,3 198,2

(*) Il dato non è disponibile perché il numero di punti aggregati è 4.

Numero totale di buchi di tensione per punto di misura in reti a neutro compensato (NC) e in tutte le reti monitorate (NC+NI), per diverse tensioni nominali delle reti

Il numero dei buchi di tensione nelle reti cresce al crescere della tensione nominale, con un salto ragguardevole passando da 15 kV a 20 kV

CESI RICERCA 28

Curva di immunità di riferimento definita in base ai livelli prova classe 2 (a) e 3 (b) secondo

CEI EN 61000-4-11 (apparecchiature con correnti di fase inferiori a 16 A)

IEC 61000-4-34 (apparecchiature con correnti di fase superiori a 16 A)

0

0.01 0.

1 1 5

0.02 0.5

0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.7

duration (s)

resid

ua

l vo

ltag

e (

% o

f U

n)

10

0.9

0

0.0

1

0.1 1 5

0.0

2

0.50.2

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.7

dura tion (s)

resi

du

al v

olta

ge

(% o

f U

n)

10

EN 61000-4-11 C LASS 3

0.9

(a)

(b)

Una nuova classificazione dei buchi di tensione

CESI RICERCA 29

Le celle gialle corrispondono all'immunità definita per la classe 2 (51% di eventi); le celle gialle+verdi all'immunità per la classe 3 (82% di eventi)

Numero medio nazionale dei buchi di tensione per punto di misura

Tensione residua

[%]

20 < 200 [ms]

200 < 500 [ms]

500 < 5000 [ms]

5000< 60000 [ms]

Totale

90 > u 80 37,7 5,5 2 0,1 45,3

80 > u 70 19,9 4,1 0,7 0 24,7

70 > u 40 38,8 6,6 0,8 0,1 46,3

40 > u 5 12,5 2,6 0,4 0 15,5

5 > u 1 0,3 0 0 0 0,3

Totale 109,2 18,8 3,9 0,2 132,1

Risultati 2007 secondo la nuova classificazione dei buchi di tensione

CESI RICERCA 30

Analisi su base regionale (reti NC - dati 2007)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Abruzz

o

Calabria

Campania

Emilia

Romagn

aFVG

Lazio

Liguria

Lombar

dia

Mar

che

Moli

se

Piemon

te

Puglia

Sardeg

na

Sicilia

Tosca

naTAA

Venet

o

Med

ia na

ziona

le

Nu

mer

o m

edio

an

nu

o

Numero medio annuo di buchi di tensione per regione (semisbarre MT in reti a neutro compensato). (FVG = Friuli Venezia Giulia; TAA = Trentino Alto Adige)

CESI RICERCA 31

53,1

52,1

42,9 55

,3

42,9

32,9

37,3 45

,2 57,9

33,3

25,8

56,6

44,3 60

,2

49,4

41,9 55

,7

49,4

46,9

47,9

57,1 44

,7

57,1

67,1

62,7 54

,8 42,1

66,7

74,2

43,4

55,7 39

,8

50,6

58,1 44

,3

50,6

0

20

40

60

80

100

120

Abruzz

o

Calabria

Campania

Emilia

Romagn

aFVG

Lazio

Liguria

Lombar

dia

Mar

che

Moli

se

Piemon

te

Puglia

Sardeg

na

Sicilia

Tosca

naTAA

Venet

o

Med

ia na

ziona

le

[ %

] Area "immunità Classe 2"

Area non "immune"

13,

7

19,

8

15,2

17,3

18,8

11

,8

12

,7

12,

4

25,

8

11,3

9,7

16

,3

9,5 2

6,9

15,

8

18,

2

15,5 18

86,

3

80,

2

84,8

82,7

81,2

88

,2

87

,3

87,

6 74,

2

88,7

90,3 83

,7

90

,5 73,

1

84,

2

81,

8

84,5 82

0

20

40

60

80

100

120

Abruzz

o

Calabr

ia

Campan

ia

Emilia

Rom

agna

FVGLa

zio

Ligu

ria

Lom

bardia

Mar

che

Mol

ise

Piem

onte

Puglia

Sardeg

na

Sicilia

Tosca

naTAA

Venet

o

Med

ia na

ziona

le

[ %

] Area "immunità Classe 3"

Area non "immune"

Analisi su base regionale con riferimento alle classi di immunità (reti NC – dati 2007)

CESI RICERCA 32

Swells (sovraelevazioni di tensione)

• Cosa dice la norma

La misura e i criteri di elaborazione e di aggregazione delle sovraelevazioni di tensione sono in corso di implementazione nel Sistema di Monitoraggio in MT (QuEEN)

CESI RICERCA 33

Interruzioni della tensione di alimentazione

Cosa dice la norma

• Interruzioni lunghe (> 3 min): CEER Benchmarking Report on Quality Supply

• Interruzioni brevi ( 3 min):introduzione delle interruzioni transitorie (VSI) o

microinterruzioni nei criteri di aggregazione degli eventi

CESI RICERCA 34

Interruzioni della tensione di alimentazione

Il Sistema di monitoraggio in MT (QuEEN) già prevede la suddivisione tra interruzioni brevi e transitorie

CESI RICERCA 35

Variazioni rapide di tensione

Cosa dice la norma

viene fornita la definizione delle variazioni rapide di tensione e si rimanda alla EN 61000-3-3 per maggiori informazioni

sia la EN 61000-3-3 che la EN 61000-4-30 non forniscono un criterio univoco e definito per la misura delle variazioni rapide

l’ampiezza delle variazioni di tensione nei sistemi in MT , in condizioni di normale esercizio, generalmente non supera 4% di Uc, ma variazioni di breve durata fino a 6% di Uc possono verificarsi alcune volte durante la giornata

CESI RICERCA 36

Variazione rapida : CEI EN 61000-4-30

ΔU

t1 t2

Δt

U rms 1-1/2

t 1/2

U1

U2

t1 t2

“Brusca transizione nella tensione efficace tra due condizioni stazionarie"

CESI RICERCA 37

Variazioni rapide di tensione

Criterio implementato nel Sistema di monitoraggio MT

Oltre alla variazione U si individuano i valori di tensione Ue1 e Ue2, i rispettivi istanti di accadimento (te1, te2) e la durata complessiva della variazione (t2-t1)

CESI RICERCA 38

Caratterizzazione dei carichi che producono variazioni rapide della tensione in termini di parametro Kt

La variazione di potenza Sutente richiesta nel funzionamento ordinario è in generale funzione della tipologia specifica dell’utenza e causa variazioni rapide di tensione nel nodo di consegna

utentetutente SKS

cc

utenterete S

Su

Variazioni rapide di tensione

È possibile confermare o rivedere le ipotesi sui Kt a partire da rilievi sperimentali e statisticamente significativi?

CESI RICERCA 39

Marzo Ottobre Siti caratterizzati da variazioni rapide [%]

40 33,5

Siti senza misura della corrente [%]

11 6

Siti caratterizzati da variazioni rapide "utili" [%] (prodotte da variazioni del carico nel nodo in esame)

4 6,5

La scelta dei nodi del sistema di monitoraggio è adeguata ai fini della conferma sperimentale di Kt?

Analisi dei punti di misura “lungo linea”

Per la conferma sperimentale dei valori di Kt occorrerebbe ridefinire l’installazione delle unità di misura cercando una rappresentazione statisticamente significativa delle diverse taglie e tipologie di utenza MT

CESI RICERCA 40

Conclusioni

Il Sistema di monitoraggio italiano in MT è in esercizio da 2 anni già secondo le linee guida sulle campagne di misura del prEN 50160

È previsto un prolungamento della campagna di misura per altri 2 anni al fine di verificare l’effetto dell’azione regolatoria sulla qualità della tensione È in corso di implementazione nei criteri di elaborazione ed aggregazione dati del Sistema di monitoraggio l’integrazione delle indicazioni contenute nel prEN 50160Si stanno sperimentando nuove tecniche per incrementare ulteriormente l’affidabilità dei dati e le metodologie di misura della qualità della tensione nei sistemi in MT Si stanno mettendo a punto nuove metodologie di elaborazione statistica dei dati per approfondire ulteriormente l’influenza dei parametri di rete sulla qualità della tensione Si sta valutando la fattibilità dell’estensione del monitoraggio in alcuni punti della rete di bassa tensione al fine di correlare i parametri della qualità con quelli in media tensione