La figura sottostante (Figura 1.29) fornisce una breve panoramica dei problemi più frequenti di PQ secondo uno studio condotto dall’European Copper Institute nel 2001 su 1.400 siti in 8 paesi. Da questo si è constatato che qualsiasi sito analizzato ha dal 5 al 20 % di possibilità di soffrire di uno o più dei problemi riportati. In generale, la metà dei siti industriali ad alta intensità energetica analizzati, nonché nel terziario avanzato, sono interessati da due o più di questi problemi.
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Figura 1.29: Problemi rilevanti di PQ, misurati in 1400 siti di 8 paesi europei
Naturalmente una bassa qualità della tensione non è l’unica causa dei problemi elencati in
Figura 1.29. Ad esempio il blocco dei computer (computer lockups) potrebbe essere
provocato da un problema del software. Inoltre, l’attribuzione dell’origine del problema a cause sia prima del punto di consegna (lato fornitore) che dopo (lato cliente) sono spesso difficili da valutare senza delle misure e analisi dettagliate.
In generale si può affermare comunque che tutti gli apparecchi utilizzatori, in misura differente, risultano sensibili ai disturbi dell’alimentazione. Ed anche i processi industriali, vista l’integrazione più o meno spinta di componenti sensibili, risultano essere fortemente dipendenti dalle irregolarità dell’alimentazione.
In Tabella 1.7 sono riportati gli apparecchi più sensibili ai vari tipi di disturbo precedentemente elencati. Con riferimento alle interruzioni brevi, queste provocano delle conseguenze sulle apparecchiature che possono essere assimilate a quelle prodotte dai buchi di tensione. Infatti, la riduzione della tensione al di sotto dell’1% porta esclusivamente ad un aumento della severità del disturbo.
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Tabella 1.7: Apparecchi sensibili
Per una valutazione più precisa delle conseguenze che un’interruzione breve (o buco di tensione) può provocare su vari componenti occorre riferirsi alle loro curve sperimentali di sensibilità, altrimenti definite curve di suscettibilità ai disturbi. In Figura 1.30 è riportata la curva standard (120/240 Volt, 60 Hz) assunta come riferimento per carichi che possono essere considerati fra i più critici in termini di sensibilità ai disturbi, definita dall’ITIS (Information Technology Industry Council), revisione della curva CBEMA (Computer Business Equipment Manifacture Association). Inoltre, attraverso lo Standard IEEE 1346: “Electric Power System Compatibility with Electronic Process Equipment”, è possibile dedurre le curve di tolleranza al buco o interruzione di tensione per apparecchiature quali personal computers (PC), apparecchiature di controllo (quali i controllori a logica programmabile, PLC, i controllori di processo e tutta l'elettronica con microprocessori
Apparecchio sensibile Fenomeno considerato Conseguenze
Appa recchi elettronici digita li di controllo di processo o ma cchina ri ca lcola tori in genere . Aziona menti a velocità va ria bile (elettronica di potenza )
(a 1) Buchi di tensione: •∆V ≥ 30%;
•∆t ≤ 60 100ms
Arresti e/o a noma lie dei processi/ma cchina ri. Interventi delle p rotezioni dell’elettronica di potenza
In a ggiunta a quanto sopra , ca duta dei dispositiv i elettromecca nici (relè a usilia ri, teleruttori, etc)
(a 2) Buchi di tensione: •∆V ≥ 30%;
•∆t > 60 100ms
Arresto qua si globa le di tutte le utenze
Motori e ma cchine elettriche. Bobine di conta ttori.
La mpa de a d inca ndescenza
(b) Sovra tensioni non impulsive (lunga dura ta )
Riduzione di vita degli isola menti
Impia nti di illumina zione. Gli stessi a ppa recchi di (a 1) e (b)
Va ria zioni lente di tensione:
∆V = 10% Vn In ca so di riduzione, ra llenta mentoo a rresto di motori elettric i. Le stesse conseguenze di (a 1) e (b) Componenti elettronici sia di
controllo che d potenza . Motori ca vi e ma cchina rio elettronico in genere.
Sovra tensioni impulsive Perfora zione isola menti.
Da nneggia menti a i circu iti elettronici
Linee di tra smissione da ti e se gna li a ba sso livello di potenza . Appa recchi elettronici di controllo
Tra nsitori di commuta zione (ponti convertitori, tecniche chopper)
Ma lfunziona mento dei sistemi di controllo e di ela bora zione da ti.
Condensa tori Relè di protezione
Collega menti a ba sso livello di potenza
Motori e ma cchine rota nti Tra sforma tori
Ca vi elettrici
Armoniche Sovra risca ldamento e
danneggia mento condensa tori. Interventi intempestivi relè di protezione. Ma lfunzionamento sistemi di controllo e di tra smissione da ti. Incremento delle perdite di motori, tra sforma tori,
ca vi e conseguente
sovra risca lda mento. Motori elettric i e ma cchine rota nti
in genere
68 dedicata alla gestione di fasi lavorative nell'ambito di processi industriali, Figura 1.31,
Figura 1.32, Figura 1.33) azionamenti a velocità variabile (dispositivi basati
sull'elettronica di potenza per la regolazione della velocità sia di motori in corrente continua che in alternata, ASD) e sensori di misura e processo (tra cui possono essere considerati i relé, i teleruttori ed in generale i trasduttori).
Tali curve individuano, nel piano definito dal valore percentuale della tensione residua di alimentazione V% (o dell'ampiezza percentuale ∆V% del buco di tensione) e dalla durata ∆t dell'abbassamento di tensione, coppie di valori V% (∆V%) e ∆t per le quali è garantito o meno il funzionamento dell'apparecchiatura.
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Figura 1.31: Range di tolleranza al buco e/o interruzione di tensione per PLC
Figura 1.32: Range di tolleranza al buco e/o interruzione di tensione per ASD (Adjustable speed drive)
70 Dall'analisi delle figure si evidenzia come le apparecchiature non abbiano, in generale, un comportamento uniforme a fronte dei disturbi. Tali diversità dipendono da vari fattori legati ai componenti che costituiscono l'apparecchiatura stessa e, per quanto riguarda le apparecchiature di controllo ed i PC, principalmente all'alimentatore su cui si ha l'impatto delle perturbazioni. Nel caso degli azionamenti, il disturbo influenza sia la parte di controllo sia quella di potenza, che però sono caratterizzate da livelli di suscettibilità nettamente diversi, con una minore sensibilità, in generale, dell'apparecchiatura di potenza. [49], [49], [55].
Alla luce di quanto appena esposto e con riferimento al caso di guasto su reti MT e BT e conseguente ciclo di richiusura automatica di tipo rapido dell’interruttore di protezione, l’innalzamento del tempo di prima apertura non produce un incremento degli effetti negativi sui componenti, in quanto questi risultano essere già sensibili e, in alcuni casi, fortemente a rischio di danneggiamento irreversibile per tempi dell’ordine di qualche decina di millisecondi.
Per avere un’idea ancora più chiara degli effetti che un’interruzione della tensione produce su carichi domestici e del terziario avanzato, si riportano come esempio la Tabella 1.8 e
Tabella 1.9 tratte da uno studio condotto dalla Leonardo Energy nel Settembre 2009 dal
titolo “Effects Voltage Sag on Single-Phase Domestic and Office Loads”. In questo vengono analizzate e confrontate le conseguenze di buchi o interruzioni di tensione su vari modelli di PC, stampanti o altri dispositivi monofase presenti normalmente in case e uffici. [51]
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Tabella 1.9: Effetto di un buco di tensione su una televisione
La durata delle interruzioni è definita in cicli, quindi per ottenere la durata in secondi e avere un confronto più immediato con i valori precedentemente evidenziati occorre applicare le formule di seguito riportate.
T = 1 / f [Hz]
Assumendo una frequenza di 50 Hz si ha:
T = 1 / 50 = 0.02 [s] = 20 [ms].
Quest’ultimo valore rappresenta la durata in millisecondi di un ciclo. Perciò, considerando per esempio la Tabella 1.8, l’effetto negativo su una stampante si manifesta per interruzioni di durata intorno ai 200 millisecondi, così come per scanner o monitor LCD. Questo a riprova di quanto detto precedentemente sul tempo di prima apertura degli interruttori in caso di guasto su linee MT e BT. Infatti, essendo questo tempo maggiore (300 ms) rispetto a quello appena evidenziato, il componente sensibile risulterà esposto a possibili danneggiamenti più o meno gravi. Quindi un aumento del tempo di prima apertura dei dispositivi automatici di protezione non accresce la possibilità di danni ai componenti, in quanto questi risultano essere già possibili ed evidenti per tempi inferiori.