La qualità della fornitura di energia elettrica all’utenza industriale

 fornitura di energia elettrica

La nuova frontiera qualitativa dell’alimentazione elettrica è quella della forma d’onda della tensione fornita, in particolare agli utenti industriali che sono sempre più dotati di apparecchiature e dispositivi elettronici di potenza e di sistemi di controllo sensibili ai disturbi emessi dalla rete.

Le microinterruzioni dell’alimentazione elettrica causano disservizi le cui conseguenze economiche nei processi produttivi si rivelano pesantissime. La soluzione dei problemi passa attraverso la messa in opera sia d’interventi a livello del sistema elettrico della distribuzione pubblica sia a livello degli impianti e delle apparecchiature utilizzatrici.

Disturbi tipici della rete e loro origine

I fenomeni elettromagnetici che possono degradare le prestazioni di un’apparecchiatura, individuati dalla Norma CEI EN 50160, sono:

  1. interruzioni transitorie;
  2. buchi di tensione;
  3. variazioni dell’ampiezza della tensione di alimentazione (va riazioni lente);
  4. armoniche;
  5. flicker;
  6. squilibrio della tensione;
  7. variazioni rapide della tensione.

Le forme d’onda dei primi tre fenomeni sono rappresentate in figura 1.

 fornitura di energia elettrica

Per ragioni di spazio esse sono le sole considerate nella presente esposizione, non esauriente quindi per quanto riguarda l’esame delle problematiche della QT resa agli utenti.

Quando per una durata ≤ 1s la tensione d’alimentazione scende sotto il valore del 5% della tensione dichiarata (Un) si parla d’interruzione transitoria. Il buco di tensione è invece convenzionalmente definito come una diminuzione improvvisa della tensione di alimentazione a un valore compreso tra il 90 e il 5% di Un, seguita da un ripristino dopo un breve periodo di tempo compreso tra 10 ms e 1 minuto (figura 1b).

Le interruzioni transitorie e i buchi di tensione sulle applicazioni di utenza producono gli stessi effetti, ossia: arresti e/o anomalie dei processi/macchinari, interventi delle protezioni dell’elettronica di potenza, arresto quasi globale di tutte le utenze.

Per l’utenza MT il maggior numero di buchi di tensione (circa l’80%) ha durata di 100 ÷ 120 ms e profondità che nel 50% dei casi non supera il 30% di Un, mentre la durata delle interruzioni transitorie è mediamente compresa fra 0,45 e 0,55 s. Le variazioni lente dell’ampiezza della tensione devono restare comprese entro il ±10% di Un per il 95% del tempo; è consentito che scendano fino al -15% di Un per il restante 5%.

Alle variazioni ±10% di Un sono sensibili, oltre ai dispositivi e alle apparecchiature già dette, gli impianti d’illuminazione, i motori elettrici che subiscono rallentamenti o arresti. Sono dovute a forti variazioni dei carichi passivi quando non tempestivamente controllate e all’inserzione di generatori di elevata potenza degli utenti attivi. Al pari delle interruzioni lunghe (> 3 min), brevi (>1 s e ≤ 3 min) e transitorie, anche i buchi di tensione sono dovuti a guasti sulla rete o a insufficienze strutturali della rete alimentante.

Determinazione dei costi

La determinazione economica dei costi afferenti alla discontinuità del servizio, compresa la carente qualità della tensione, è assai complessa; essa dipende dalla durata dell’evento e dal tipo d’utenza. Ad esempio, l’energia non assorbita a causa di una interruzione breve è molto variabile, dovendosi quantificare un tempo equivalente (una specie d’inerzia temporale) che tenga conto dell’effettivo andamento della potenza assorbita dai carichi per riprendere il livello preesistente l’interruzione stessa.

L’esperienza mostra che detto tempo di ritardo varia da pochi secondi per l’utenza domestica a qualche minuto per quella industriale di potenza elevata. Per le interruzioni(nota 1) di lunga durata le indagini di ARERA hanno portato all’adozione di 12 €/kWh non fornito per gli utenti domestici e 54 €/kWh per quelli non domestici come media fra i valori medi di disponibilità a pagare per evitare interruzioni (Willingness To Pay – WTP) e la disponibilità ad accettare le interruzioni (Willingness To Accept – WTA), da utilizzare nel calcolo costi/benefici per valutare la convenienza di interventi strutturali volti al potenziamento della resilienza delle linee a MT.

Interventi a livello dei distributori

Naturalmente è fondamentale il ruolo dei distributori nel portare a soluzione il problema della QT. Le linee strategiche seguite sono:

  • introduzione ed estensione del regime di esercizio della rete a MT con neutro collegato a terra mediante impedenza induttiva, telecontrollo e automazione della rete;
  • potenziamento dell’isolamento delle linee aeree in conduttori nudi;
  • adeguamento del sistema di protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica;
  • estensione dell’impiego del cavo, sia interrato sia aereo; riduzione della lunghezza media delle linee di alimentazione agli utenti MT.

Negli ultimi anni poi con il verificarsi, con trend crescente e ininterrotto per intensità e frequenza, di eventi meteorologici avversi che colpiscono vaste aree del territorio nazionale, tali da provocare estese e prolungate interruzioni del servizio elettrico a rilevanti bacini d’utenza, sono incentivati da parte di ARERA piani di resilienza per il potenziamento strutturale delle linee che inducono contestualmente consistenti benefici anche rispetto alla QT. A livello normativo, le Norme CEI 0-21 e 0-16 fissano criteri stringenti di progettazione, esercizio e verifica degli impianti utilizzatori/generatori al fine di minimizzare il trasferimento di disturbi nella rete circostante.

Interventi a livello utente

L’utenza industriale rispetto al problema della qualità della tensione deve tenere conto di:

  • numerosità e livello di disturbi resi dalla fornitura, di cui viene a conoscenza periodicamente dal proprio distributore;
  • un costante adeguamento nella progettazione degli impianti soprattutto per quanto riguarda il sistema delle protezioni;
  • l’ammodernamento ricorrente verso l’impiego di apparecchiature con elevati livelli di immunizzazione.

L’utente deve valutare in termini tecnico-economici se sopportare i costi diretti e indiretti delle microinterruzioni (nota 2) oppure accollarsi l’onere di:

  • installare apparecchiature di classe 2 o di classe 3 per far fronte ai buchi di tensione;
  • installare UPS per far fronte ai buchi severi e alle interruzioni transitorie.

Per i buchi di tensione l’attuale versione della Norma CEI EN 50160 fornisce la classificazione in termini di profondità (tensione residua) e di durata, stabilendo anche le modalità per la loro misurazione (tabella).

 fornitura di energia elettrica buchi di tensioneCi si può aspettare che le apparecchiature provate secondo la relativa norma di prodotto sopportino i buchi di tensione come indicato nelle celle:

  • in colore rosso per la classe 2 (le classi 2 e 3 per le apparecchiature utilizzatrici sono definite dalle norme EN 61000-4-11 ed EN 61000-4-34) da utilizzare negli ambiti industriali e terziario;
  • in colore rosso e verde per la classe 3, da utilizzare negli ambiti industriali caratterizzati da utenze disturbanti quali saldatrici, puntatrici, sistemi di conversione CA/CC, etc;
  • le celle in giallo rappresentano i buchi non sopportabili, per i quali l’unica azione possibile, come per le interruzioni transitorie, consiste nell’installazione di UPS.

Le batterie dell’UPS possono essere dimensionate per superare interruzioni di qualche minuto; per interruzioni più lunghe serve anche il gruppo elettrogeno. Sempre nella tabella è riportato porta un esempio di sintesi dei buchi di tensione desunto dal sistema di monitoraggio della qualità della tensione. L’evoluzione regolatoria è orientata nella direzione di limitare i buchi di tensione della zona gialla dal momento che gli apparecchi di classe 3 ne risentono. Quest’ultima classe di apparati elettrici è prevista per ambienti di installazione dove la maggior parte del carico è alimentata tramite convertitori; macchine saldatrici, motori di grossa potenza vengono avviati frequentemente e i carichi variano rapidamente.

In sintesi, l’individuazione di aree di immunità porta alla definizione di una curva di responsabilità (linea nera di tabella) per la quale l’area di immunità è di “competenza” dell’utente (per la scelta delle apparecchiature e delle soluzioni impiantistiche più opportune per garantire l’immunità dei processi), mentre l’area definita dalle celle gialle è di responsabilità dei distributori.

Da studiare caso per caso sono gli interventi a livello utente di desensibilizzazione delle interruzioni transitorie che investono i processi industriali nella loro complessità e non più con la semplice scelta della tenuta immunizzante della singola apparecchiatura.

Conclusioni

In conclusione, in qualche misura, anche in un futuro regime regolatorio definito, è da prevedere che il servizio di alimentazione sarà comunque caratterizzato da una certa presenza di disturbi, se pur minimizzata con i costanti interventi descritti e che, al pari, la rete distributrice accetterà fisiologicamente una certa quantità di disturbi iniettata dagli utenti, specialmente da quelli attivi, caratterizzati da impianti connessi tramite dispositivi distorcenti (per esempio impianti connessi tramite convertitori statici) o a produzione fluttuante (per esempio impianti eolici), come riportato nelle tabelle 2 e 3 della Norma CEI 0-21.

Note: 1 Interruzioni lunghe (> 3 min); brevi (>1 s e 3 min); transitorie (1 s); prolungate ed estese (8 h per utenti BT e 4 h e 8 h per utenti MT rispettivamente per quelle senza preavviso e per quelle con preavviso). 2 Attualmente è in atto a titolo sperimentale solamente la regolazione individuale delle microinterruzioni per gli utenti connessi alla rete di trasmissione nazionale.

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here