Corrosione ed interferenze elettromagnetiche in corrente alternata su tubazioni metalliche: effetto del degrado del rivestimento isolante

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1 Corrosione ed interferenze elettromagnetiche in corrente alternata su tubazioni metalliche: effetto del degrado del rivestimento isolante G.Lucca SIRTI S.p.A - Milano

2 Interferenze elettromagnetiche in corrente alternata a 50Hz prodotte da linee elettriche o linee ferroviarie su tubazioni metalliche interrate

3 Accoppiamento elettromagnetico che produce una interferenza elettromagnetica; ovvero tensioni e correnti indotte sul circuito tubazione-terra

4 INTERFERENZA ELETTROMAGNETICA a 50Hz su tubazioni metalliche interrate: possibili effetti PERICOLO per le persone DANNI agli impianti Tensioni indotte (sicurezza elettrica) Perforazioni del rivestimento isolante Malfunzionamento degli apparati di protezione catodica CORROSIONE in corrente alternata

5 Corrosione in corrispondenza di una falla nel rivestimento isolante della tubazione Parete della tubazione Corrente indotta per interferenza elettromagnetica a 50Hz Rivestimento isolante Corrosione localizzata Falla nel rivestimento isolante suolo

6 QUALI I SONO I LIVELLI DI INTERFERENZA ACCETTABILI PER IL RISCHIO CORROSIONE IN CORRENTE ALTERNATA? Limiti in termini di tensione alternata indotta CEN/TS (2006) 4V se ρ<25ωm 10V se ρ>25ωm NACE SP0177 (2007) 15V

7 VALUTAZIONE DELLA TENSIONE INDOTTA MEDIANTE UN MODELLO ELETTRICO Il circuito tubazione-terra viene studiato mediante una linea di trasmissione equivalente formata da una catena di tante celle elementari. F k I k -1 I k+1 I tubazione k -1 I k I Z k+1 k V k Y k Y k+1 V k+1 s k terra lontana s k+1 cella di calcolo k-esima

8 Parametri elettrici (legati alla resistenza di isolamento del tubo rispetto alla terra). Sono in stretta relazione allo stato del rivestimento isolante il quale subisce un naturale degrado nel tempo V k Y k F k I tubazione k -1 I k I k+1 Z k s k terra lontana Y k+1 s k+1 V k+1 Tensioni e correnti indotte sulla tubazione, a parità di altre condizioni, subiranno anch esse una variazione nel corso della vita dell impianto

9 Nell ambito della protezione catodica si fa uso di due parametri per descrivere lo stato del rivestimento isolante Efficienza del rivestimento superficie del rivestimento priva di falle ξ= superficie totale del rivestimento Resistenza di isolamento Ris Descrive il grado di isolamento elettrico della tubazione rispetto al suolo R is ρs r 1 ξ

10 Come degrada nel tempo l efficienza del rivestimento delle tubazioni interrate? A nostra conoscenza non esistono indicazioni precise COME SUGGERITO DA ALCUNE NORMATIVE INTERNAZIONALI PER LE TUBAZIONI SOTTOMARINE (DNV RP-B401, ISO ) SI POTREBBE ASSUMERE UNA LEGGE EMPIRICA DI TIPO LINEARE DEL TIPO: ξ= at + b

11 Sulla base di dati statistici riguardanti numero e dimensione delle falle e di misure in campo di resistenza di isolamento, è stato possibile fare una stima dei parametri a e b per tubazioni con rivestimento in polietilene (PE) o in bitume Polietilene Bitume a [10-7 anni -1, 10-6 anni -1 ] [10-6 anni -1, 10-5 anni -1 ] b

12 ESEMPIO DI DEGRADO DELL EFFICIENZA DEL RIVESTIMENTO NEL TEMPO ξ % PE %PE( t) %bit ( t) bitume t anni

13 ESEMPIO DI DEGRADO DELLA RESISTENZA DI ISOLAMENTO NEL TEMPO Resistenza di isolamento [Ωm 2 ] Ris_PE( t) bitume polietilene Ris_bit( t) ρ=100ωm s r =3mm t anni

14 ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 1 elettrodotto metanodotto Elettrodotto 150kV-50Hz (fase 1: 142A 180 0, fase 2: 142A 0 0, fase 3: 0A, fune di guardia: 2.8A 37 0 ) Metanodotto 24km

15 Tensione indotta [V] ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA rivestimento ideale anni anno V kp 1 V kp 2 V kp 3 V kp 4 V kp 5 V kp anni anni anni s kp Progressiva 1000[km]

16 ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 2 elettrodotto metanodotto Elettrodotto 380kV-50Hz (fase 1: 630A 0 0, fase 2: 630A 120 0, fase 3: 630A 240 0, fune di guardia 1: 5A 70 0, fune di guardia 2: 5A ). Metanodotto 28.5km

17 Tensione indotta [V] ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA rivestimento ideale anni anno V kp 1 V kp 2 V kp 3 V kp 4 V kp 5 V kp anni anni anni s kp Progressiva [km] 1000

18 ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 3 TUBAZIONE SOGGETTA AD UNA INDUZIONE UNIFORME 5V/km 1Ω lunghezza 5km

19 Tensione indotta [V] ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA riv. ideale anni anno anni anni anni Progressiva [km]

20 CONCLUSIONI Il degrado, nel tempo, del rivestimento isolante di una tubazione interrata è senza dubbio un fattore di cui occorre tener conto per le valutazione delle interferenze elettromagnetiche indotte lunga la tubazione stessa e quindi anche del rischio di corrosione in corrente alternata. In linea di massima e con le dovute eccezioni, si può affermare che, a parità di altre condizioni, al progressivo degrado del rivestimento corrisponde generalmente una diminuzione della tensione indotta. Ai fini della valutazione delle interferenze elettromagnetiche indotte sulla tubazione occorrerebbe conoscere, da misure in campo, il valore il più possibile aggiornato della resistenza di isolamento. Qualora tale informazione non fosse disponibile, si potrebbe adottare come valore di resistenza di isolamento quello al momento della posa della tubazione in campo e, considerando poi una sua progressiva diminuzione nel tempo, valutare le corrispondenti tensioni indotte

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