I costi della power quality nei sistemi di automazione industriale…

Dalla rivista:
Automazione e Strumentazione

Pubblicato il 20 giugno 2002

Nuovi sistemi per il miglioramento della power quality

Negli esempi trattati ai paragrafi precedenti si nota come la soluzione prevista o proposta alla riduzione degli effetti negativi associati ai disturbi sia costituita essenzialmente da dispositivi lato “utente”, e in particolar modo Ups. Un’altra prospettiva è quella invece di cercare di eliminare o ridurre questi disturbi agendo lato “alimentazione”, creando così linee dedicate ad alta qualità in cui ovviamente l’energia fornita ha un costo maggiore a fronte però di livelli più elevati di continuità e di garanzia nella forma d’onda sinusoidale della tensione. Per migliorare la power quality nelle reti di distribuzione è possibile far ricorso a differenti azioni. Tra queste vi sono i dispositivi attivi di compensazione [7] e in particolare i ristabilitori dinamici di tensione (Dynamic Voltage Restorer, da cui la sigla Dvr) dedicati proprio alla attenuazione, o in alcuni casi alla completa eliminazione, dei buchi di tensione, che come detto costituiscono il disturbo a cui l’utente è più sensibile visti i danni di tipo economico che ne conseguono. I Dvr sono principalmente basati su convertitori statici di potenza con valvole elettroniche che commutano ad alta frequenza, ve ne sono in esercizio già alcuni prototipi (in particolare negli Stati Uniti e in Gran Bretagna) che riescono a compensare buchi di tensione fino all’80÷90% della tensione nominale con risultati interessanti anche dal punto di vista economico. Il recente studio [1] prende in esame i problemi e i costi associati alla power quality e dà indicazioni circa le soluzioni attuabili, in particolare riferendo dati circa i Dvr. Il Dvr è costituito principalmente da un inverter basato su componenti Gto (Gate Turn-Off thyristor) o Igbt (Insulated Gate Bipolar Transistor) posto in serie alla linea di distribuzione mediante trasformatore. Attualmente sono stati sviluppati progetti per diversi tipi di Dvr anche di grossa potenza (2-10 MW) per impianti a media tensione per la mitigazione dei buchi di tensione. Alcuni di questi dispositivi sono ora in fase sperimentale e testati in campo da compagnie elettriche su supporto dell’Epri. Il loro impiego è stato posto in confronto con sistemi Ups progettati per sostenere “buchi” di 2- 5 secondi, di cui sono dotati alcuni importanti utenti industriali. I Dvr sembrano offrire una protezione più affidabile degli Ups potendo essi contare su un accumulo di energia con magneti superconduttori o sistemi “fly-wheel”. Sebbene il loro costo continui a rappresentare un problema (circa da 300,00 a 1.000,00 euro/ kVA) il loro funzionamento e l’efficacia della compensazione da essi raggiunta sono stati ampiamente provati con le sperimentazioni in campo. Naturalmente a fronte di queste considerazioni non basta fare solo una valutazione di costo beneficio per l’installazione di un simile dispositivo sulla base del periodo di pay-back, ma bisogna anche valutare se sia più opportuno che l’installazione sia a carico del distributore o dell’utente. Problemi che si ricollegano direttamente alla discussione oggi in atto sul mercato libero dell’energia.

Conclusioni

La sempre maggiore attenzione alla qualità e alla continuità del servizio elettrico da parte degli utenti, in particolare quelli dotati di dispositivi per l’automazione industriale o di processi informatici, insieme con il regime di concorrenza generato dal nuovo mercato elettrico, hanno reso interessante condurre a livello universitario una ricerca sugli oneri economici associati alla power quality. A fronte di una sintesi dei risultati ottenuti in questa indagine nel suo complesso, si è voluto qui riportare un’analisi costi- benefici in tre casi particolari:
– una piccola industria, in cui essendovi danni limitati al solo processo produttivo a fronte di buchi di tensione e microinterruzioni non risulta conveniente installare dispositivi di compensazione;
– una grande industria, in cui danni al prodotto e ai macchinari causati dai disturbi obbligano alla installazione di Ups di notevole potenza con periodo di ritorno dell’investimento pari a tre anni;
– un istituto di credito, in cui addirittura i danni a fronte di un disservizio per disturbi elettrici sarebbero elevatissimi. Nuove soluzioni, non più di “utente” ma di “sistema”, si stanno studiando ora (alcuni prototipi sono già in funzione) per realizzare linee di distribuzione dedicate con garanzia di qualità.

Bibliografia

[1]W.E. Brumsickle, R.S. Schneider, G.A. Luckjiff, D.M. Divan, M.F. McGranaghan, Dynamic Sag correctors: cost-effective industrial power line conditioning, Ieee Transactions on Industry Applications, vol. 37, n. 1, Jan./Febr. 2001, pp. 212-217.
[2]R. Lamedica, F. Muzi, A. Prudenzi, E.Tironi, D. Zaninelli, Power quality costs and upgrading solutions: the energy centre, Proceedings of the 9th Ieee International Conference on Harmonics and Quality of Power, Orlando (Florida), Usa, 1-4 October 2000, pp. 691-696.
[3]R. Lamedica, F. Muzi, A. Prudenzi, E. Tironi, D. Zaninelli, Analysis of power quality costs: proposal for a field investigation on industrial and commercial power systems, Symposium on Power Electronics Electrical Drives Automation and Motion (Speedam) 2000, Ischia (NA), 13-16 giugno 2000, pp. B3- 1÷B3-5.
[4]G. Esposito, R. Lamedica, A. Prudenzi, E. Tironi, D. Zaninelli, A survey on power quality cost in industrial customers, Ieee Pes Winter Meeting, Columbus (OH), Usa, 28 Jan. – 1 Febr. 2001.
[5]R. Caldon, M. Fauri, Metodi di valutazione costo-benefici di provvedimenti di immunizzazione di impianti industriali, convegno “La qualità del prodotto elettricità. Interfacciamento distributoreutente”, Verona, 25-26 novembre 1993.
[6]G. Azzone, U. Bertelé, Valutare l’innovazione – Analisi e controllo degli investimenti, Ed. Etas Libri, Milano 1998.
[7]N.C. Hingorani, Introducing Custom Power, Ieee Spectrum, vol. 32, no. 6, June 1995, pp. 41-48.