INDICE GENERALE 1. INTRODUZIONE... 2

Transcript

1

2 INDICE GENERALE 1. INTRODUZIONE NORMATIVA DI RIFERIMENTO TERMINI EDEFINIZIONI CARATTERIZZAZIONE DELLE SORGENTI EMISSIVE Aerogeneratore Cavidotto interrato MODELLISTICA PREVISIONALE Modellizzazione di linee elettriche (caso generale) Legge di Biot- Savart per un filo conduttore Rototraslazione del campo CALCOLI CONFORMITA ELETTROMAGNETICA di 16

3 1. INTRODUZIONE La presente relazione ha lo scopo di descrivere l impatto elettromagnetico derivante dalla realizzazione dell impianto. Lo studio ha riguardato l impatto del campo elettrico e magnetico prodotto da sorgenti lineari e puntuali NORMATIVA DI RIFERIMENTO ENV /CEI Esposizione umana a campi elettromagnetici Bassa frequenza (0-10 KHz); CEI Guida ai metodi di calcolo dei campi elettrici e magnetici generati da linee elettriche ; Decreto Ministeriale 23/04/1992 Limiti massimi di esposizione ai campi elettrico e magnetico alla frequenza industriale nominale (50 Hz) negli ambienti abitativi e nell ambiente esterno; Legge N febbraio 2001 Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni ai campi elettrici e magnetici ; - DPCM 8 luglio 2003 fasce di rispetto; 1.2. TERMINI EDEFINIZIONI Campo elettrico: grandezza vettoriale che, in ogni punto di una data regione, rappresenta il rapporto fra la Forza F esercitata su una carica di prova q ed il valore della carica medesima (E= F/q). Campo magnetico H: quantità vettoriale pari al rapporto tra l induzione magnetica B e la permeabilità magnetica µ che caratterizza le proprietà magnetiche del mezzo (H=B/ µ). L unità di misura del campo magnetico nel sistema Internazionale è (A/m). Nel caso di campi magnetici in aria 1 A/m = 1,26 µt (T=Tesla, unità di misura della densità di flusso magnetico). 2 di 16

4 Campo vicino: zona del campo magnetico che si estende dalla superficie della sorgente fino a distanze dalla sorgente di circa λ/2π 3λ, ovvero la zona nella quale il campo magnetico ed elettrico possono essere considerati indipendenti. Campo lontano: Regione di spazio che si estende da una distanza dalla sorgente pari al maggiore tra λ (lunghezza d onda) o 2D2/ λ (D rappresenta la dimensione caratteristica della sorgente). Fascia di rispetto dell obiettivo di qualità: lo spazio circostante i conduttori di una linea elettrica aerea, o cavo interrato, che comprende tutti i punti caratterizzati da una induzione magnetica di intensità maggiore o uguale all obiettivo di qualità di 3 µt, di cui all art. 4 del DPCM 8 luglio CARATTERIZZAZIONE DELLE SORGENTI EMISSIVE Le sorgenti emissive di campo elettromagnetico presenti operano alla frequenza di 50 Hz e sono di tipo lineare e puntuale. Prima di procedere ad una caratterizzazione quantitativa occorre effettuare alcune considerazioni preliminari come di seguito illustrato. Il campo elettrico è principalmente influenzato dal livello di tensione. Le principali sorgenti di campo elettrico sono costituite dalle linee elettriche, ovvero, gli altri componenti del sistema di produzione e distribuzione (aerogeneratori, cabine, quadri) costituiscono delle sorgenti trascurabili per tre ordini di motivi: - distanza dalle apparecchiature e relative connessioni; - disposizione circuitale delle apparecchiature che favorisce l effetto di cancellazione tipico dei sistemi trifase; - la presenza di recinzioni, pareti, schermi, che comportano, da un lato un considerevole effetto schermante, dall altro impediscono la permanenza di persone, annullando di fatto l esposizione. In prossimità di stazioni, cabine, quadri la presenza di campi elettrici di intensità significativa è riconducibile solo ed esclusivamente alle linee elettriche afferenti a tali impianti. 3 di 16

5 Il campo Magnetico dipende principalmente dalle correnti circolanti nelle linee e pertanto fortemente influenzato dalle condizioni di carico delle stesse. Per quanto riguarda le linee MT/BT l induzione magnetica al suolo a causa delle minori correnti transitanti è ovviamente più bassa di quelle AT. L interramento delle linee comporta: - riduzione dell impatto visivo; - riduzione della larghezza della fascia interessata da alterazioni del campo rispetto a linee aeree (maggiore attenuazione trasversale del campo rispetto alle linee aeree); - eliminazione del capo elettrico per effetto della schermatura dovuta al terreno e schermature. Di contro si può osservare, a parità di altre condizioni un aumento del campo in corrispondenza dell asse della linea rispetto a quello di linee elettriche aeree. Sulla base delle precedenti considerazioni preliminari, le sorgenti emissive di radiazioni elettromagnetiche presenti nell impianto sono: aereogeneratori; cavidotto interrato; cabine di trasformazione e quadri elettrici Aerogeneratore Il parco eolico in oggetto sarà costituito da 21 aerogeneratori del tipo E101 D101 HH 99 della ENERCON (o equivalente) aventi rotore tripala e sistema di orientamento attivo. Siffatto aerogeneratore possiede una potenza nominale di 3 MW, si inserisce tra le macchine attualmente più avanzate tecnologicamente e sarà fornito delle necessarie certificazioni rilasciate da organismi internazionali. Il rotore, costituito da tre pale e dalla navicella, ha un diametro di 101 m ed è realizzato mediante resina epossidica rinforzata con fibre di vetro. 4 di 16

6 L aerogeneratore in esame è progettato per un intervallo di temperatura compreso fra 30 C e +40 C. Al di fuori di questo intervallo devono osservarsi precauzioni particolari. L umidità relativa può invece arrivare anche al 95%. La configurazione di un aerogeneratore ad asse orizzontale, come già indicato in precedenza, è costituita da una torre di sostegno tubolare che porta alla sua sommità la navicella; nella navicella sono contenuti l albero di trasmissione lento, il moltiplicatore di giri, l albero veloce, il generatore elettrico e i dispositivi ausiliari. All interno della torre/navicella sono inoltre presenti il trasformatore MT/BT, il quadro MT ed il sistema di controllo della macchina. L energia meccanica del rotore mosso dal vento è trasformata in energia elettrica dal generatore, tale energia viene trasportata in cavo sino al trasformatore MT/BT che trasforma il livello di tensione del generatore ad un livello di media tensione tipicamente pari a 20kV. Il sistema di controllo dell aerogeneratore consente alla macchina di effettuare in automatico la partenza e l arresto della macchina in diverse condizioni di vento. L aerogeneratore eroga energia nella rete elettrica quando è presente in sito un velocità minima di vento (2-4 m/s) mentre viene arrestato per motivi di sicurezza per venti estremi superiori a 25 m/s. Il sistema di controllo ottimizza costantemente la produzione attraverso i comandi di rotazione delle pale attorno al loro asse (controllo di passo) sia comandando la rotazione della navicella. Gli elementi appena elencati, sono rappresentati nella figura sottostante, fornendo, in questo modo, un utile schema funzionale della turbina, con la focalizzazione dei componenti principali e la loro disposizione. Da un punto di vista funzionale, un aerogeneratore è composto da molte componenti, tra cui: rotore; navicella; albero primario; moltiplicatore; generatore; trasformatore BT/MT e quadri elettrici; 5 di 16

7 sistema di frenatura; sistema di orientamento; torre e fondamenta; sistema di controllo; protezione dai fulmini. Le caratteristiche principali dell aerogeneratore prescelto sono brevemente riassunte di seguito: rotore a tre pale con diametro di 90 m; potenza nominale 3000 kw; altezza del mozzo 100 m; velocità del vento di cut-in 4,0 m/s; velocità vento nominale 13 m/s; velocità vento di cut-out 25 m/s; velocità del rotore 5-16 rpm; convertitore di frequenza interno alla navicella; voltaggio nominale del generatore 660 V; frequenza nominale del generatore 49,2 Hz; trasformatore interno alla navicella. Figura 1 - Vista laterale della navicella dell aerogeneratore WWD3 R100 HH88 6 di 16

8 Figura 2 - Caratteristiche principali dell aerogeneratore WWD3 R100 HH88 Le pale hanno una lunghezza di 44 m e sono costruite in fibra di vetro rinforzata con resine epossidiche. L aerogeneratore è alloggiato su una torre metallica tubolare tronco conica d acciaio alta circa 96,5 m zincata e verniciata. Il diametro alla base è di 4.65 m., alla sommità è 3.04 m. Al suo interno è ubicata una scala per accedere alla navicella; quest ultima è completa di dispositivi di sicurezza e di piattaforma di disaccoppiamento e protezione. Sono presenti anche elementi per il passaggio dei cavi elettrici e un dispositivo ausiliario di illuminazione. L accesso alla navicella avviene tramite una porta posta nella parte inferiore. La torre viene costruita in sezioni che vengono unite tramite flangia interna a piè d opera e viene innalzata mediante una gru ancorata alla fondazione con un altra flangia. 7 di 16

9 La macchina è conforme inoltre alla IEC WT01 Sistema di conformità, di prova e di certificazione delle turbine eoliche, che disciplina non solo la conformità tecnica di prodotto ma la conformità dei processi costruttivi al fine di garantire la rispondenza di ogni esemplare, dei relativi sistemi costruttivi e di prova con il prototipo certificato. Il contributo dell aereogeneratore al campo magnetico, come di seguito calcolato, su un piano orizzontale ad un metro da terra può essere considerato trascurabile Cavidotto interrato Ai fini della minimizzazione del campo magnetico, oltre agli accorgimenti precedentemente descritti (topologia della linea, interramento) occorre considerare i seguenti parametri che influenzano il campo. Il campo è fortemente influenzato dalla distanza tra le fasi, ovvero a parità di altre condizioni tende a ridursi in corrispondenza di minori distanze tra le fasi. Tra le disposizioni dei conduttori che minimizzano il campo vi è quella a triangolo equilatero (posa a trifoglio) e la disposizione in piano. Considerato che nel caso di linea in cavo a doppia terna quest ultima (disposizione in piano) risulta quella che minimizza il campo, si è progettualmente deciso di adottare tale scelta a favore di sicurezza. Si riportano di seguito le sezioni tipo del cavidotto da realizzare. 8 di 16

10 9 di 16

11 del cavidotto. Di seguito si procederà al calcolo del campo magnetico indotto dalla presenza 1.4. MODELLISTICA PREVISIONALE Modellizzazione di linee elettriche (caso generale) Per la modelizzazione di linee elettriche aeree è possibile discretizzare le campate mediante tratti di linea di lunghezza finita. Pertanto, note: - correnti circolanti in ogni tratto; - profilo altimetrico della linea; - disposizione dei conduttori in corrispondenza di tralicci; - fasi relative ad ogni conduttore; - sezione dei conduttori; - materiali; è possibile effettuare le previsioni di calcolo. 10 di 16

12 Ai fini della costruzione del modello di calcolo si considera il caso più complesso della discretizzazione di linee elettriche aeree. Generalmente nel caso di linee elettriche aeree e cavi interrati unipolari, i conduttori possono essere considerati paralleli. I punti dello spazio caratterizzati da un induzione magnetica maggiore o uguale di un determinato valore è rappresentato da un cilindroide la cui sezione trasversale dipende dalla geometria della linea, dall intensità della corrente e dal valore dell induzione magnetica. Ai fini del calcolo della fascia di rispetto sono necessari i seguenti dati: portata di corrente in servizio nominale; numero e tipologia dei conduttori aerei o dei cavi interrati, loro disposizione relativa e sistema di riferimento rispetto all asse della linea. Il metodo di calcolo previsto dalla norma CEI prevede, ai fini del calcolo dei livelli di induzione magnetica e di campo elettrico la seguente schematizzazione tridimensionale: - conduttori ( di fase e funi di guardia) sono considerati rettilinei, orizzontali, di lunghezza infinita e paralleli; - conduttori di forma cilindrica e di diametro costante; nel caso di conduttori a fascio si sostituisce al fascio un unico conduttore di opportuno diametro equivalente; - le altezze da terra e le distanze reciproche dei conduttori sono riferite al - centro del conduttore stesso; - il suolo è considerato perfettamente trasparente dal punto di vista magnetico; - si assume inoltre che le correnti di fase (espresse in valore efficace) siano equilibrate e che si possano trascurare le correnti indotte nelle funi di guardia. Nel caso di cavi interrati, la norma assume le seguenti differenze sostanziali rispetto alle linee aeree: - i cavi non si dispongono lungo una catenaria ma si mantengono paralleli alla superficie del terreno; - che la distanza tra i conduttore è decisamente ridotta. 11 di 16

13 Legge di Biot- Savart per un filo conduttore Se consideriamo un filo conduttore di lunghezza finita L, percorso da corrente alternata e posto un estremo del filo nell origine degli assi, di un sistema di riferimento locale con direzione x lungo il filo e asse, per calcolare l induzione magnetica in un punto P dello spazio si suddivide il filo in tratti di lunghezza elementare, il contributo generato da ciascun dl al campo nel punto P è dato da: Dove è la differenza tra il vettore posizione che individua il punto P(x,y,z) e il vettore posizione ' che individua Il campo totale generato dal tratto di lunghezza L può essere determinato mediante integrale di linea estesa a tutta la lunghezza del segmento considerato. Si ha pertanto: Risulta pertanto che il modulo del campo nel punto P è dato da: sono: E le componenti cartesiane del campo nel sistema di riferimento considerato 12 di 16

14 Reiterando il calcolo per tutti i segmenti in cui è stata scomposta la linea e sovrapponendo settorialmente gli effetti è possibile ottenere il campo complessivo nel punto P considerato Rototraslazione del campo Al fine di procedere alla sovrapposizione degli effetti è necessario effettuare una rototraslazione delle componenti del campo magnetico e delle coordinate del punto P dello spazio precedentemente determinate dal sistema di riferimento locale al sistema di riferimento generale (pedice G). Per il campo magnetico può essere trasformato Dove α è l angolo nel piano xy misurato in senso antiorario, β è l angolo di inclinazione del singolo segmento misurato in senso antiorario. Dopo aver effettuato la rototraslazione del campo è possibile applicare il principio di sovrapposizione degli effetti per calcolare il valore del campo dovuto a tutti i tratti rettilinei in cui è stata discretizzata la rete. I calcoli di prova effettuati mediante l applicazione del modello generale su esposto hanno confermato la trascurabilità degli effetti di campo sul punto P derivante dai tratti di rete più lontani. 13 di 16

15 1.5. CALCOLI Sulla base delle considerazioni precedenti, il calcolo del campo magnetico in prossimità dei singoli rami è stato calcolato sulla base delle correnti derivanti esclusivamente dal ramo considerato. Si ha pertanto che, considerate le sezioni tipo precedentemente illustrate, il campo magnetico su un piano orizzontale posto ad una quota di un metro sopra il piano campagna, per differenti valori della corrente circolante è riportato nei diagrammi che seguono. 14 di 16

16 Dai diagrammi è possibile ricavare le seguenti distanze che circoscrivono la fascia con valori di induzione magnetica superiori a 3 µt. 15 di 16

17 1.6. CONFORMITA ELETTROMAGNETICA Lo studio condotto conferma la conformità dell impianto dal punto di vista elettromagnetico. Infatti, considerati gli accorgimenti progettualmente adottati relativi a: topologia della rete; conformità degli aereogeneratori; disposizione in cavo interrato; minimizzazione dei percorsi della rete; disposizione dei fasci trifase; e alla luce delle simulazioni di campo effettuate, risulta che: - la fascia con valori superiori all obiettivo di qualità di 3 µt risulta essere ristretta a distanze di qualche metro; - i valori massimi del campo magnetico in corrispondenza della verticale del cavidotto sono contenuti appena sopra l obiettivo di qualità previsto dalla normativa. Si può concludere pertanto in merito alla compatibilità ambientale dell impianto dal punto di vista elettromagnetico e all assenza di rischi di natura sanitaria per la popolazione sia per i bassi valori del campo che per assenza di esposti nelle zone interessate. 16 di 16