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1 Gruppo di lavoro Campi Elettromagnetici CABINE DI TRASFORMAZIONE MT/BT Cabine di trasformazione : modellistica e misure REPORT Febbraio 2008 Pagina 1 di 33

2 Gruppo di lavoro ARPA - APAT APAT Salvatore Curcuruto Maria Logorelli Arpa Emilia Romagna Maurizio Bruni Mauro Fraschetta Barbara Notari Silvia Violanti Arpa Lazio Tommaso Aureli Davide Ceccarelli Arpa Piemonte Sara Adda Enrica Caputo Maurizio Cellone Arpa VDA Marco Cappio Borlino Valeria Bottura Arpa Toscana Roberto Fossi Andrea Poggi Arpa FVG Massimiliano Benes Coordinamento Arpa Emilia Romagna Silvia Violanti Pagina 2 di 33

3 1 PREMESSA 2 PROGRAMMA DELLE ATTIVITA 3 CABINE ELETTRICHE DI TRASFORMAZIONE, GENERALITA 4 CABINE ELETTRICHE DI TRASFORMAZIONE IN ESAME 5 PROCEDURA DI MISURA E STRUMENTAZIONE UTILIZZATA 6 CONFRONTO TRA MISURE DI CAMPO E VALUTAZIONI PREVISIONALI 7 INDIVIDUAZIONE FASCE DI PRIMA APPROSSIMAZIONE 8 VALUTAZIONI CONCLUSIVE 9 SEMPLIFICAZIONE SULLE FASCE DI RISPETTO ALLEGATO A DATI CABINE ENEL ALLEGATO B - CARATTERISTICHE DEL SW PREVISIONALE Pagina 3 di 33

4 11.. PPREMESSSSA Nell ambito della Convenzione tra APAT e le singole Agenzie per l Ambiente sono previste attività legate alle cabine elettriche di trasformazione ricomprese nelle voci: b.2) misure in campo presso cabine elettriche di trasformazione; b.3) partecipazione al gruppo tecnico ristretto che programma l interconfronto delle misurazioni sulle linee elettriche analizza i risultati e predispone relativo report. La prima delle attività in elenco, successivamente indicata come task a) e oggetto del presente report, ha comportato nello specifico misure in campo e applicazione della modellistica mirate all individuazione di un metodo semplificato di definizione delle fasce di rispetto, questo a completamento del documento definito nel corso del 2006 Proposta di metodologia di calcolo per la determinazione delle fasce di rispetto degli elettrodotti. La seconda attività, indicata come task b), di interconfronto, sarà oggetto di un report specifico. Le Agenzie coinvolte nella task a) sono : Valle d Aosta, Piemonte, Toscana, Emilia-Romagna, Friuli VG, Lazio. Con Agenzia referente: Emilia-Romagna Nel presente report si riportano il programma delle attività riferite alla task a) ed inoltre, relativamente alle stesse, i dati delle cabine oggetto di studio, i rilievi effettuati, i risultati delle simulazioni, la metodologia per la definizione delle fasce di rispetto. Nell ambito dello svolgimento di quanto previsto, è stata di fondamentale importanza la collaborazione prestata da Enel che ha fornito i dati delle cabine oggetto di indagine, il supporto nell effettuazione delle misure in campo relativamente alla scelta delle cabine, alla disponibilità dei dati tecnici e di corrente in fase di misurazione. L attività di pianificazione iniziale è stata svolta tra i mesi di Maggio- Luglio 2007 e i dati forniti dal Gestore sono stati resi disponibili da metà ottobre. Pagina 4 di 33

5 Si precisa che le considerazioni di seguito riportate e pertanto la metodologia proposta per l individuazione delle fasce di rispetto di prima approssimazione, sono da riferirsi a cabine Enel di ultima generazione, realizzate secondo gli standard di riferimento nazionali. Per tipologie di cabine differenti, o di altri gestori o privati, i soggetti tenuti al calcolo delle fasce dovranno valutare se alle tipologie delle cabine in progetto è applicabile la metodologia proposta e se del caso dovranno provvedere all individuazione delle specifiche fasce PPROGRAMMA DELLLLE ATTTTIIVIITTA' ' Indicativamente le fasi dell attività svolta sono state le seguenti: individuazione dei dati indispensabili alla modellizzazione delle cabine - Per questa attività le agenzie Emilia-Romagna e Piemonte hanno definito un format di raccolta dati (Allegato A-schema raccolta dati ) ; individuazione delle tipologie di impianti da sottoporre a studio in collaborazione con Enel- Per questa attività si sono tenuti diversi incontri a Roma tra Enti gestori, Apat, Agenzie nell ambito dei quali si sono assunte le decisioni in merito agli impianti da individuare, a conclusione sono state individuate da Enel 6 cabine MT/bt collocate in tre regioni Lazio, Toscana, Friuli di Venezia Giulia (cap. 4 e Allegato A) inserimento dei componenti impiantistici di base nella libreria del SW e modellizzazione delle cabine sottoposte a studio: calcolo delle distribuzioni dei valori di induzione magnetica tramite il modello selezionato in funzione delle configurazioni di impianto e degli scenari di carico degli stessi - Attività svolta da Arpa Emilia-Romagna e Piemonte misura del campo magnetico per confronto misurato-simulato - Attività svolta da Arpa Emilia Romagna in collaborazione con le Agenzie della task a) - A tal fine si sono effettuate una serie di misure relativamente ad un ulteriore cabina resa disponibile da Enel Territoriale in provincia di Piacenza, in Comune di Podenzano e si sono utilizzati in parte i risultati degli interconfronti (vedi report specifico); Pagina 5 di 33

6 modellizzazione cabine utilizzando dati misure ed analisi dei dati fasce di rispetto, individuazione e valutazione di possibile semplificazione Di seguito, prima di descrivere l attività svolta vengono riportate, per completezza, le generalità relativamente alle cabine di trasformazione (cap. 3), gli schemi e i dati delle cabine in esame (cap.4). in Allegato B vengono riportate le caratteristiche del SW revisionale utilizzato EFC400ELF CABIINE ELLETTTTRIICHE DII TTRASSFORMAZZIIONE,, GENERALLIITTA' ' ELEMENTII COSSTIITUTIIVII DII UNA CABIINA DII TRASSFFORMAZIIONE Laat too meeddi iaa tteennssi ioonnee Il lato media tensione di una cabina comprende i conduttori e le apparecchiature poste tra l ingresso della linea MT ed il trasformatore, così come indicato nella figura a lato, dove è rappresentato lo schema del lato MT di una cabina con un solo trasformatore, alimentata con una sola linea. Componenti MT Conduttori I conduttori dei circuiti MT sono solitamente di sezione circolare, in rame o in alluminio. Il diametro più usato è quello di 8 mm, anche se la sezione è spesso superiore a quella realmente necessaria; viene però scelto tale diametro per ottenere una buona resistenza meccanica relativamente alle sollecitazioni elettrodinamiche. I conduttori sono nudi e montati rigidi, l isolamento è ottenuto mediante un adeguata distanza in aria, determinata in funzione della tensione massima di riferimento per l isolamento. Apparecchi di manovra Gli apparecchi di manovra sul lato MT sono scelti in base alla tensione di esercizio, alla corrente nominale e al potere di interruzione. Pagina 6 di 33

7 Fusibili Trasformatore Il trasformatore costituisce la parte fondamentale di una cabina di trasformazione; la sua scelta condiziona in modo determinante la configurazione della cabina. In genere per potenze fino a 1000 kva si installa un solo trasformatore, per potenze superiori si suddivide la potenza su più unità. Per quanto concerne il tipo di trasformatore la scelta è tra trasformatori in liquido isolante e trasformatori a secco. Nel primo caso il trasformatore ha le parti attive (nucleo magnetico e avvolgimenti elettrici) poste internamente ad un cassone pieno di olio minerale, che funge da isolante e refrigerante. I trasformatori in olio per cabine elettriche vengono costruiti per tensioni fino a 36 kv e potenze fino a 3000 kva. I trasformatori a secco hanno il circuito magnetico e gli avvolgimenti non immersi in liquido isolante, cosicché il raffreddamento avviene tramite l aria che lambisce le parti attive, con moto naturale (moti convettivi ascensionali) o forzato da ventole. I trasformatori a secco utilizzati in passato erano di tipo aperto. Attualmente vengono usati i trasformatori a secco inglobati in resina epossidica, le cui bobine, complete dell isolamento fra le spire, sono poste in uno stampo in cui si effettua la colata a caldo sottovuoto della resina epossidica; in questo modo il trasformatore non presenta avvolgimenti isolati in vista, ma bobine cilindriche con superficie liscia, ottimamente protette da polvere, umidità e agenti inquinanti. LLaattoo bbaassssaa tteennssi ioonnee La configurazione circuitale del lato BT di una cabina di trasformazione e smistamento dipende da vari fattori, tra cui: numero di trasformatori tipo di distribuzione BT (a tre o quattro fili) Pagina 7 di 33

8 valori di correnti di corto circuito. Si riportano di seguito gli schemi tipici dei circuiti di bassa tensione realizzati nelle cabine di trasformazione. a b c d e a) un trasformatore con una linea in partenza b) un trasformatore con più linee in partenza c) due trasformatori con più linee in partenza d) due trasformatori con sbarre BT separate e) sbarre sezionate con possibilità di parallelo dei trasformatori Componenti bt Conduttori Il dimensionamento dei conduttori dei circuiti bt va fatto tenendo prevalentemente conto della corrente circolante, che è molto maggiore rispetto al lato MT e produce un notevole sviluppo di calore. Dato che le lunghezze delle condutture sono piuttosto limitate, non vi sono in genere problemi di elevate cadute di tensione, ma piuttosto di surriscaldamento dei conduttori stessi. Apparecchi di manovra Gli apparecchi usati sono in aria e vengono installati in quadri metallici di vario tipo. A seconda dei casi si utilizzano: - interruttori automatici con protezione magnetotermica o elettronica di massima corrente; - interruttori di manovra con fusibili. Pagina 8 di 33

9 Apparecchi di misura La strumentazione BT è limitata, nella maggior parte dei casi, all uso di voltmetri e amperometri. Impianto di terra Progetto, esecuzione e verifica dell impianto di terra delle cabine elettriche come anche le cabine stesse devono rispondere alle prescrizioni delle norme CEI. 4. CABINE ELETTRICHE DI TRASFORMAZIONE IN ESAME Ai fini del presente lavoro è stato chiesto ai gestori, nell ambito di incontri specifici tenutisi a Roma e coordinati da Apat, di individuare le principali tipologie di cabine di trasformazione secondarie ad oggi realizzate secondo le norme piu recenti e, per queste, di fornire le principali caratteristiche tecniche, geometriche ed elettriche, secondo quanto di seguito descritto e meglio esplicitato nell Allegato A. Si è ritenuto opportuno considerare cabine secondarie esterne, scelte in base alla possibilità di facile accesso su tutti i lati, in assenza di ostacoli di ogni natura (es. marciapiedi, buche, recinzioni, piante, auto parcheggiate, etc), per una distanza di almeno 4 5 metri dai muri perimetrali. Il carico di corrente della cabina elettrica deve essere il più costante e il più elevato possibile, per almeno alcuni intervalli temporali significativi (2 3 ore) nell arco della giornata. È, inoltre, necessario che, durante le misure, ci sia la disponibilità del Gestore a fornire informazioni riguardo la corrente a media tensione in ingresso e la corrente a bassa tensione in uscita dal trasformatore (se i quadri di bassa tensione sono più di uno, è necessario conoscere la corrente in ingresso per ciascuno). Durante l indagine sul campo magnetico i dati di cui sopra, potranno essere forniti o tramite misure automatiche (centro di Telecontrollo, amperometri posti sui quadri MT) oppure attraverso misure manuali con pinza amperometrica da parte di personale addetto. Pagina 9 di 33

10 Il valore di corrente sulla linea a media tensione in uscita sarà desumibile dalla differenza tra corrente media in entrata e corrente al primario del trasformatore. Al fine di meglio specificare le informazioni necessarie, sono stati inviati dei format da compilare con i dati relativi alle cabine (vedi Allegato A): il file da compilare è quello in Excel: DATI SIMULAZIONE_gestori; il file in Word cabineefc400 mostra, a tipo esemplificativo, come EFC400 simula gli elementi costitutivi di una cabina e, in particolare, la rappresentazione delle fasi. A conclusione dei tavoli di confronto con i gestori, Enel ha fornito i dati relativi solo ad una tipologia di cabina (in totale 6 cabine), quella tipo box (con dimensioni mediamente di 4 x 2.4 m, altezze di 2.4 e 2.7 m e trasformatore da kva): tipologia comunque tra le più diffuse sul territorio nazionale e di attuale realizzazione. Nella tabella riportiamo i riferimenti principali delle cabine: Cabine ENEL Guidonia (RM)-Via degli Spagnoli Rieti (RI)-Via Campoloniano Montelupo (FI)-Via Landini Montelupo (FI)-Via Pace Tovagnacco (UD)-Via Cattaneo Manzano (UD)-Via dei Prati Pot.Trasfo. 630 kva 400 kva 250 kva 400 kva 250 kva 630 kva Di seguito per ogni cabina vengono riportate le fotografie e le caratteristiche tecniche principali per quanto riguarda alle schede e dati inviati da Enel in originale si rimanda all Allegato A. Pagina 10 di 33

11 Guui iddoonni iaa (RM)( ) - Caabbi innaa ddeennoominnaat taa Coonnssoorrzzi ioo EPPR Viaa Deeggl lii SSppaaggnnool lii Nella figura seguente viene indicata la disposizione delle apparecchiature e dei conduttori. Caratteristiche del trasformatore Potenza nominale 630 kva Tensione nominale MT 20 kv Corrente nominale sul secondario 909 A Perdite a vuoto 900 W Perdite a carico 5600 W Tensione di c.c. 6% Caratteristiche conduttori MT In entra-esci alla cabina: cavi tripolari materiale Al; Sezione 185 mm²; R = Ω/km Alimentazione del trasformatore: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 25 mm²; R = Ω/km cavi unipolari materiale Al; Sezione 50 mm²; R = Ω/km Caratteristiche conduttori bt Collegamento trasformatore quadri bt: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Uscita dai quadri: cavi quadripolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km RRi ieetti i -- CCaabbi innaa ddeennoomi innaattaa 33 PPRREEZZZZII VVi iaa CCaamppool lloonni iaannoo -- Nella figura seguente viene indicata la disposizione delle apparecchiature e dei conduttori. Pagina 11 di 33

12 Caratteristiche del trasformatore Potenza nominale 400 kva Tensione nominale MT 20 kv Corrente nominale sul secondario 578 A Perdite a vuoto 740 W Perdite a carico 3650 W Tensione di c.c. 4% Caratteristiche conduttori MT In entra-esci alla cabina: cavi tripolari materiale Al; Sezione 185 mm²; R = 0.164Ω/km Alimentazione del trasformatore: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 25 mm²; R = Ω/km Caratteristiche conduttori bt Collegamento trasformatore quadri bt: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Uscita dai quadri: cavi quadripolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Moonntteel lluuppoo (FFII) ( ) -- CCaabbi innaa ddeennoomi innaattaa LLANDIINII VVi iaa LLaannddi inni i Nella figura seguente viene indicata la disposizione delle apparecchiature e dei conduttori. Pagina 12 di 33

13 Caratteristiche del trasformatore Potenza nominale 250 kva Tensione nominale MT 15 kv Corrente nominale sul secondario 361 A Perdite a vuoto 520 W Perdite a carico 2600 W Tensione di c.c. 4% Caratteristiche conduttori MT In entra-esci alla cabina: cavi tripolari materiale Al; Sezione 185 mm²; R = 0.164Ω/km Alimentazione del trasformatore: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 25 mm²; R = Ω/km Caratteristiche conduttori bt Collegamento trasformatore quadri bt: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Uscita dai quadri: cavi quadripolari materiale Al; Sezione 150 mm²; R = Ω/km CCaabbi innaa ddeennoomi innaattaa PPACCEE VVi iaa PPaaccee Moonntteel lluuppoo (FFII) ( ) Nella figura seguente viene indicata la disposizione delle apparecchiature e dei conduttori. Pagina 13 di 33

14 Caratteristiche del trasformatore Potenza nominale 400 kva Tensione nominale MT 15 kv Corrente nominale sul secondario 578 A Perdite a vuoto 740 W Perdite a carico 3650 W Tensione di c.c. 4% Caratteristiche conduttori MT In entra-esci alla cabina: cavi tripolari materiale Al; Sezione 185 mm²; R = 0.164Ω/km Alimentazione del trasformatore: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 25 mm²; R = Ω/km Caratteristiche conduttori bt Collegamento trasformatore quadri bt: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Uscita dai quadri: cavi quadripolari materiale Al; Sezione 150 mm²; R = Ω/km TToovvaaggnnaaccccoo (UD)( )-- CCaabbi innaa ddeennoomi innaattaa MONTTEEMARREE VVi iaa CCaattttaanneeoo Nella figura seguente viene indicata la disposizione delle apparecchiature e dei conduttori. Pagina 14 di 33

15 Caratteristiche del trasformatore Potenza nominale 250 kva Tensione nominale MT 20 kv Corrente nominale sul secondario 361 A Perdite a vuoto 520 W Perdite a carico 2600 W Tensione di c.c. 4% Caratteristiche conduttori MT In entra-esci alla cabina: cavi tripolari materiale Al; Sezione 185 mm²; R = 0.164Ω/km Alimentazione del trasformatore: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 25 mm²; R = Ω/km Caratteristiche conduttori bt Collegamento trasformatore quadri bt: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Uscita dai quadri: cavi quadripolari materiale Al; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Maannzzaannoo (FFII) ( )-- CCaabbi innaa ddeennoomi innaattaa GGRRAVVIISS VVi iaa ddeei i PPrraatti i Nella figura seguente viene indicata la disposizione delle apparecchiature e dei conduttori. Pagina 15 di 33

16 Caratteristiche del trasformatore Potenza nominale 630 kva Tensione nominale MT 20 kv Corrente nominale sul secondario 909 A Perdite a vuoto 900 W Perdite a carico 5600 W Tensione di c.c. 6% Caratteristiche conduttori MT In entra-esci alla cabina: cavi tripolari materiale Al; Sezione 185 mm²; R = 0.164Ω/km Alimentazione del trasformatore: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 25 mm²; R = Ω/km Caratteristiche conduttori bt Collegamento trasformatore quadri bt: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Uscita dai quadri: cavi quadripolari materiale Al; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Su richiesta di Arpa Piacenza è stata individuata una ulteriore cabina MT/bt con caratteristiche di carico elevate e che garantisse una buona stabilità di carico individuata dall Enel Distribuzione locale, in un area artigianale nel Comune di Podenzano (PC). Pagina 16 di 33

17 CCaabbi innaa ddii PPooddeennzzaannoo (PPCC) ( ) Nella figura seguente viene indicata la disposizione delle apparecchiature e dei conduttori. Caratteristiche del trasformatore Potenza nominale 400 kva Tensione nominale MT 15 kv Corrente nominale sul secondario 578 A Perdite a vuoto 740 W Perdite a carico 3650 W Tensione di c.c. 4% Caratteristiche conduttori MT In entra-esci alla cabina: materiale Al; Sezione 150 mm²; R = Ω/km Alimentazione del trasformatore: cavi unipolari materiale Cu; Sezione 25 mm²; R = Ω/km Caratteristiche conduttori bt Collegamento trasformatore quadri bt: materiale Cu; Sezione 95 mm²; R = Ω/km Uscita dai quadri: cavi unipolari materiale Al; Sezione 150 mm²; R = Ω/km 5. PROCEDURA DI MISURA, STRUMENTAZIONE UTILIZZATA, RISULTATI MISURE Nell ambito dell attività svolta si sono effettuate inizialmente misure del campo d induzione magnetica a 50 Hz, relativamente alla cabina secondaria di trasformazione, collocata in Comune di Podenzano (Piacenza) messa a disposizione da Enel Distribuzione zona di Piacenza, Pagina 17 di 33

18 con lo scopo di ottenere migliori elementi conoscitivi sulla propagazione del campo avvalendosi altresì di un software dedicato, per il confronto tra valori misurati e stimati. La metodologia seguita ha previsto l individuazione dei punti di misura rispettivamente sui tre lati della cabina, in corrispondenza del trasformatore, quadri di media e quadri di bassa tensione, schematizzati nella figura sottostante. QMT = quadri media tensione Trafo= trasformatore Qbt = quadri bassa tensione Microrad= misuratore in continuo campo magnetico Ad una distanza di 50 cm lungo le pareti esterne della cabina (lato trasformatore e lato quadri di media tensione) lunghe circa 2,5 metri sono stati individuati n. 6 punti di misura (P1 P6 lato trafo e P7 P12 lato QMT, equidistanti tra loro di 50 cm. In corrispondenza dei punti ove è stato rilevato il valore più alto di campo d induzione magnetica (P2 lato trafo e P9 lato QMT) sono stati individuati altri 3 punti (P2A P2C lato trafo e P9A P9C lato QMT) in allontanamento dalla parete cabina anch essi equidistanti tra loro di 50 cm. Lungo la parete esterna della cabina, lato quadri di bassa tensione, lunga 4 metri, a causa dell irregolarità del terreno con presenza di profonde buche non si è proceduto ad individuare i punti di misura tra loro equidistanti ma sono stati individuati due punti (CONT1 e CONT2) a distanza di 161 cm dalla parete. Pagina 18 di 33

19 In ciascun punto individuato lungo le pareti lato trasformatore e lato quadri di media tensione sono state effettuate n. 3 misure istantanee con registrazione dei dati utilizzando lo strumento Emdex II posto su treppiedi ( incertezza < 10% ). In concomitanza di ogni singola misura di campo d induzione magnetica effettuata venivano letti e trascritti su cartaceo all interno della cabina i valori di corrente misurati con pinze amperometriche sui cavi di bassa tensione in uscita dal trasformatore (fase R, S, T e neutro) e sulla fase più carica in uscita da ogni quadro di bassa tensione (vedi foto). Su ciascuna fase dei cavi di bassa tensione in uscita dal trasformatore è stato montato da Enel un rilevatore in continuo di corrente debitamente sincronizzato con l orario di un PC di riferimento che ha misurato i valori di corrente ad intervalli di 1 secondo. I valori di corrente dei cavi di media tensione in ingresso alla cabina elettrica in soluzione entra-esci sono stati forniti successivamente da Enel che li ha stimati, in relazione all interposizione di altre cabine MT/bt, dalla rilevazione di corrente effettuata in cabina primaria. Per quanto riguarda invece i punti di misura (CONT1 e CONT2) sul lato dei quadri di bassa tensione si è proceduto ad effettuare una misura della durata di circa minuti registrandone i valori con il misuratore Emdex II, rilevando, anche in questo caso, i valori di corrente in bassa tensione per ogni fase in uscita dal trasformatore. Si fa presente inoltre che è stato registrato il valore del campo d induzione magnetica ad intervalli di 10 secondi tramite centralina in continuo Microrad HT-301 posizionata in 3 punti diversi, secondo la parete monitorata, al fine di verificare la variabilità della corrente durante Pagina 19 di 33

20 tutto il corso dell indagine, e di stabilire se esiste una correlazione tra corrente stessa e campo d induzione magnetica. Di seguito si riporta la tabella riepilogativa di tutti i punti dove sono state effettuate le misure con indicazione dei valori medi d induzione magnetica calcolati (media delle 3 misure per punto) nel caso di misure istantanee nei 18 punti (P1 P12 con varianti in allontanamento in P2 e P9) e misurati nel caso dei punti CONT1 e CONT2. I valori di corrente per i punti di misura P1 P6 e P2A-2B-2C sono stati calcolati come media dei 3 valori rilevati per ogni fase R, S e T in concomitanza di ogni singola misura di campo e successivamente mediati tra loro. I valori di corrente riferiti ai punti di misura CONT1 e CONT2 rappresentano il valore medio di corrente ottenuto dalla media di tutti i valori rilevati per ogni fase R, S e T in tutto il periodo di misura e dalla media successiva delle tre fasi. Unica eccezione è rappresentata dal valore di corrente sul lato quadri di media tensione (punti P7 P12 e P9A-9B-9C) dove il valore di 79 A riportato si riferisce al valore di corrente più elevato fornito da Enel Distribuzione e ricavato dalle letture effettuate ad intervalli di 30 minuti in cabina di trasformazione primaria, nel periodo in cui sono state effettuate le misure d induzione magnetica. PUNTO DI MISURA B medio (µt) Corrente media calcolata (A) P P P2 A P2 B P2 C P P P P P P P P9 A 2.84 P9 B 1.19 P9 C 0.65 Pagina 20 di 33

21 P P P CONT CONT I valori medi di corrente riportati nella tabella sono i valori di corrente utilizzati come input nella fase di modellizzazione di cui si parlerà successivamente nel capitolo 6 nel confronto tra le misure di campo e le valutazioni previsionali. A seguito dell analisi dei dati di campo sui diversi lati della cabina e di corrente in uscita BT dal trasformatore, acquisiti durante le misure, si è verificata una scarsa correlazione (R=0.52) tra i dati di misura e i dati di corrente relativamente alla parete lato trasformatore mentre si è ottenuta una buona correlazione (R=0.83) per quanto riguarda il lato della cabina interessato dai quadri di bassa tensione. I motivi di tale scarsa correlazione si ritiene posano essere individuati nello sbilanciamento nel tempo delle fasi, testimoniato anche dall andamento della corrente sul neutro, e nella variabilità temporale della distribuzione delle intensità di corrente nelle diverse parti della cabina. Oltre all attività di misura effettuata nello specifico a Podenzano si è svolta anche un attività di Interconfronto delle Agenzie ed APAT descritta ampiamente nell apposito report; in questo contesto ed al fine delle valutazioni confronto modellistica-misure si richiamano solo alcune misure effettuate. Nell ambito dell interconfronto sono state effettuate due misure di induzione magnetica secondo le modalità sotto indicate: - un punto fisso per tutti i partecipanti (indicato in seguito con Pa); - un punto a scelta di ciascuna Agenzia, con lo scopo di determinare il punto di massima esposizione (Pm). Pagina 21 di 33

22 Per quanto riguarda i dati di corrente utilizzati per la valutazione dei dati, sono stati rilevati in continuo da Enel per il lato trasformatori e si sono utilizzati i valori medi di corrente corrispondenti agli intervalli temporali delle singole misure. Le misure sono state effettuate in prossimità della cabina di trasformazione in esame, dal lato del trasformatore, le cabine oggetto dell interconfronto sono state scelte tra quelle indicate da Enel e sono le seguenti: Cabine ENEL Guidonia (RM) - Via degli Spagnoli Montelupo (FI)- Via Landini Manzano (UD)- Via dei Prati Pot.Trasfo. 630 kva 250 kva 630 kva 6. CONFRONTO TRA MISURE DI CAMPO E VALUTAZIONI PREVISIONALI Tutte le cabine disponibili sono state modellizzate considerando le apparecchiature elettriche, secondo le seguenti caratteristiche: per le dimensioni dei quadri MT e bt, così come per le distanze delle fasi nei quadri si è fatto riferimento ai disegni e indicazioni tecniche presentati dai gestori. E quando necessario si è provveduto ad una verifica in sito con il gestore stesso; per il trasformatore si è utilizzato il processo costruttivo del SW. Anche in questo caso le distanze delle fasi, quelle in ingresso MT e quelle in uscita bt, sono state ricavate dai dati tecnici forniti ; infine, i collegamenti tra i quadri e il trasformatore sono stati realizzati con cavi unipolari, ponendo le fasi ad una distanza tra loro pari al diametro esterno dei cavi stessi, tranne ovviamente che all arrivo e alla partenza (quadri/trasformatore). Le apparecchiature sopra descritte sono state posizionate sulle planimetrie delle cabine secondo la disposizione visualizzata in pianta nel capitolo n.4. Pagina 22 di 33

23 Ai fini di un confronto tra dati misurati e stimati, in riferimento ai valori di corrente utilizzati come input per la modellistica, in una prima fase è stato utilizzato, lo stesso valore di corrente per le tre fasi, corrispondente alla media dei valori misurati. I risultati restituiti dal SW hanno evidenziato alcune discordanze con le misure effettuate, in particolare in prossimità del trasformatore; si è, pertanto, proceduto ad utilizzare le correnti misurate in uscita dal trasformatore per ogni singola fase. I valori calcolati in queste due condizioni non hanno mostrato una differenza significativa (circa 1%) e pertanto si è deciso di procedere ad inserire le correnti medie per ogni fase per semplificare la modellizzazione. Nella sottostante tabella, relativamente alla cabina di Podenzano, si riportano i valori medi del campo d induzione magnetica misurati e calcolati in riferimento alle correnti medie riportate al precedente paragrafo 5, con le rispettive differenze percentuali. Lato cabina Trasformatore Quadri MT Quadri bt Punto B misurato (μt) B calcolato (µt) Differenza percentuale (%) P P <1 P2A P2B P2C P P P P P P <1 P P9A P9B <1 P9C P P P CONT CONT Pagina 23 di 33

24 Il confronto tra valori stimati e misurati evidenzia una tendenza a sovrastimare il campo generato dal trasformatore (fino ad oltre il 100%). Allontanandosi da questa sorgente, la corrispondenza tra misurato e stimato è maggiore (discrepanze inferiori al 20%). Differenze minori del 5% sono state riscontrate dal lato quadri bt. Su questo lato il buon accordo tra i valori misurati e calcolati viene supportato dalla buona correlazione ottenuta tra corrente e campo d induzione magnetica misurato. Di seguito riportiamo i risultati di altre simulazioni effettuate relativamente alla cabine dell interconfronto, considerando una misura di tipo Pa (punto fisso) e una di tipo Pm (punto di massima esposizione) per ogni cabina. Cabine ENEL Punto misura Corrente media (A) B medio misurato (µt) B calcolato (µt) Differenza percentuale (%) Guidonia (Roma)-Via degli Pa Spagnoli Pm Montelupo (FI)-Via Landini Pa Pm Manzano (UD)-Via dei Prati Pa Pm Nell ambito delle valutazioni effettuate si sono evidenziate alcune criticità che hanno portato alle seguenti considerazioni da applicare in fase di modellizzazione per ridurre le differenze tra valori misurati e stimati: 1) lato quadri di Media : è necessario avere con precisione i dati di corrente circolante al momento della misura, in particolare quelle di ingresso ai quadri MT, soprattutto per il confronto con le misure effettuate da quel lato; 2) conoscenza dell esatta collocazione degli elementi costitutivi sorgenti di campo della cabina (collegamenti, sbarre, trasformatore ecc.); 3) lato trasformatore : varie prove hanno evidenziato che uno squilibrio tra le fasi (quindi la presenza di una corrente non nulla sul neutro) genera una diversa distribuzione Pagina 24 di 33

25 spaziale del campo magnetico prodotto. Il dato di fase della corrente non è noto (angolo) e pertanto la modellizzazione non può realisticamente individuare i punti spaziali del campo B reale (misurato). 4) conoscenza di eventuali schermature del trasformatore e/o dei cavi. Relativamente al punto 1) i valori di corrente dei cavi di media tensione in ingresso alla cabina elettrica in soluzione entra-esci sono stati forniti da Enel che li ha stimati, in relazione all interposizione di altre cabine MT/bt, dalla rilevazione di corrente effettuata in cabina primaria ad intervalli di 30. Se si confrontano i valori del campo magnetico misurato a 50 cm dalla parete dal lato dei quadri di media tensione, per la cabina di Podenzano, con i valori di campo stimati si ottengono risultati confrontabili utilizzando il dato di corrente più elevato tra quelli forniti (79 A) anche se non coincidente con il dato del periodo di effettiva misura. La misura di corrente dovrebbe essere molto più precisa, un dato ogni 30 non è sufficiente. In riferimento al punto 2), come ricordato, il software EFC-400 è in grado di importare planimetrie di sfondo come disegni in scala della cabina e dei suoi elementi. La costruzione geometrica della cabina avviene, quindi, inserendo opportuni blocchi, già predisposti in apposite biblioteche relative alle apparecchiature di interesse, negli spazi a loro dedicati che devono essere il più possibile conformi alla realtà. Per sottolineare l importanza di quanto sopra esposto, si riportano i risultati di una simulazione di prova, eseguita sulla cabina denominata GRAVIS di Manzano (Udine), equipaggiata con un trasformatore di 630 kva (909 A di corrente in bt), nelle stesse condizioni di carico. Nel grafico sotto riportato viene visualizzato l andamento dell induzione magnetica considerando il trasformatore a due differenti distanze dalla parete interna: - a 170 mm (come riportato in pianta), chiamato calcolo A nel grafico; - a 370 mm (quindi spostato di 20 cm verso l interno), chiamato calcolo B. Pagina 25 di 33

26 B (µt) Distanza dalla parete cabina (m) Calcolo A Calcolo B La vicinanza o meno della sorgente di campo, nella fattispecie il trasformatore, determina valori di induzione magnetica B con differenze di circa il 68%, per calcoli effettuati a 0.5 metri di distanza dalla parete verso l esterno. Tale differenza è dello stesso ordine di quella riscontrata nel confronto con alcune misure, effettuate nell ambito dell interconfronto tra le Agenzie considerando il punto fisso Pa e punto di massimo Pm effettuate dal lato trasformatore. Le differenze riscontrate non è detto siano dovute esclusivamente ad una disposizione geometrica delle apparecchiature elettriche, probabilmente molto è dovuto anche al fatto che in realtà le correnti in uscita dal trasformatore variano in modulo e fase ( punto 3), mentre nella modellizzazione vengono considerate equilibrate. Il SW EFC-400 è in grado di considerare anche fasi non equilibrate; le modellizzazioni effettuate nel presente lavoro sono state effettuate tutte considerando le fasi equilibrate in quanto l informazione non era stata richiesta ad Enel e pertanto non era disponibile. Allo stesso modo, in riferimento al punto 4), si potrebbero considerare eventuali effetti schermanti sia realizzando di fatto una schermatura con EFC-400, sia normalizzando le correnti del fattore necessario ad ottenere l attenuazione desiderata. È indispensabile in questi casi disporre di tutte le informazioni necessarie. Pagina 26 di 33

27 7.INDIVIDUAZIONE FASCE DI PRIMA APPROSSIMAZIONE In una fase successiva sono state modellizzate tutte le cabine in esame considerando la corrente nominale massima, sia per i quadri di media tensione che per l uscita in bassa del trasformatore, al fine di ricavare le fasce di rispetto per l obiettivo di qualità di 3 μt per l induzione magnetica, previsto dal DCPM 8 Luglio Sono state eseguite simulazioni a diverse altezze dal suolo: in base a questi calcoli è possibile individuare il solido irregolare la cui superficie delimita il volume al di fuori del quale l induzione si mantiene al di sotto di 3 μt. Per semplificare l approccio è stato individuato il parallelepipedo circoscritto a tale solido e si è assunta come grandezza di riferimento la distanza massima tra le facce di questo parallelepipedo e le pareti della cabina, definita nel seguito Distanza laterale da parete. Nella tabella seguente sono riportati i risultati ottenuti, considerando il calcolo a 1 m di altezza, condizione che è risultata più cautelativa. nell ultima colonna è riportata la distanza di rispetto ottenuta, approssimata al mezzo metro superiore in senso cautelativo. Cabina Dimensioni (m) Potenza Trafo (corrente max) Posizion e Trafo N quadri bt h media quadri bt (m) Distanza laterale da parete (m) Distanza laterale da parete approssimata a 0.5 m superiore (m) 3 µt 3 µt Podenzano 4 x 2.4 h = kva (577 A) Angolo parete Landini 4 x 2.4 h = kva (361 A) Centro parete Pace 4 x 2.4 h = kva (578 A) Centro parete Pagina 27 di 33

28 3 Prezzi 4 x 2.4 h = kva (578 A) Centro parete Via Spagnoli 4 x 2.4 h = kva (909 A) Centro parete Montemar e 4 x 2.4 h = kva (361 A) Centro parete Gravis 4 x 2.4 h = kva (909 A) Centro parete Tali distanze, calcolate lateralmente alle cabine, sono da considerarsi quelle minime per il perseguimento dell obiettivo di qualità ed inoltre possono considerarsi cautelative anche per le distanze dalla parte superiore delle cabine, ossia dal tetto. Infatti le simulazioni condotte in questa direzione, dove le situazioni più critiche sono risultate quelle dal lato del trasformatore, in particolare in corrispondenza dei collegamenti di bassa tensione in uscita, hanno evidenziato distanze inferiori a quelle riportate in tabella. La distanza laterale da parete può, quindi, essere assunta come Distanza di prima approssimazione (D pa ) della fascia di rispetto, ed essere, in prima battuta, sostituita a quest ultima nelle valutazioni. In quasi tutte le cabine l estensione maggiore della fascia di rispetto dei 3 μt è determinata dall entità del campo magnetico generato dai quadri di bassa e dal trasformatore: nella maggior parte dei casi tale estensione è analoga per le due sorgenti di campo sopra citate. Non determina una differenza sostanziale il numero di quadri a bassa tensione presenti nella cabina, purchè siano disposti dallo stesso lato. Come esempio di visualizzazione 3D, in questa figura sono riportate le isolinee di induzione magnetica relative alla cabina GRAVIS, parte del percorso dei cavi di collegamento non risulta visibile perché questi scorrono sotto il pavimento: Pagina 28 di 33

29 Si può senz altro concludere che quanto più è confrontabile la geometria del sistema simulato con quella reale, tanto maggiore sarà il grado di affidabilità con cui il SW EFC-400 potrà simulare la situazione reale per quanto riguarda i livelli di induzione magnetica generata. 8. VALUTAZIONI CONCLUSIVE Dal confronto tra valori di campo misurati e calcolati con EFC-400, e successiva analisi dei risultati, si deduce che le discrepanze rilevate sono principalmente dovute ad aspetti relativi la distribuzione delle correnti all interno della cabina, propri della situazione contingente in cui vengono effettuate le misure, che non è sempre possibile riprodurre adeguatamente in fase di modellizzazione. Ciò è tanto più vero, quanto più si è in prossimità del trasformatore, in cui la situazione delle correnti risulta particolarmente complicata, anche dal punto di vista dell equilibrio tra le fasi, che viene il più delle volte a mancare. Dati questi limiti della simulazione, si ritiene che il programma di calcolo EFC-400 sia nella maggior parte dei casi uno strumento adeguato a modellizzare le cabine e, perciò, a calcolare l ampiezza delle fasce di rispetto. Pagina 29 di 33

30 Poiché si è visto che l elemento determinante è la potenza del trasformatore (e relativa corrente nominale massima associata), si riportano nella seguente tabella le D pa individuate per l obiettivo di qualità di 3 μt per le cabine di trasformazione MT/bt della tipologia considerata nello studio (tipo box): esse sono approssimate al mezzo metro superiore a scopo cautelativo e tenendo conto dell incertezza associata al SW. Tali fasce risultano, inoltre, cautelative in quanto si è potuto constatare che EFC-400 tende a sovrastimare il campo generato e perché sono state considerate le correnti nominali massime al trasformatore (situazione limite). Cabina (potenza Trafo kva) Corrente massima (A) D pa (m) 3 µt In situazioni diverse da quelle valutate (cabine tipo box), ad esempio cabine di Consegna MT, minibox ecc., sarà comunque necessario effettuare delle simulazioni considerando la cabina specifica in esame. 9. SEMPLIFICAZIONE SULLE FASCE DI RISPETTO Al fine di fornire un metodo per il calcolo della Distanza di prima approssimazione che non richieda l utilizzo di software complessi, sono state effetuate delle prove per verificare la possibilità di effettuare una stima della Dpa a partire da una modellizzazione di una struttura molto semplice. Si è scelto di utilizzare, come struttura semplificata, una terna piana di conduttori rettilinei, percorsi da una corrente pari alla corrente nominale di bassa in uscita dal trasformatore, e Pagina 30 di 33

31 posti ad una distanza tra loro pari al diametro dei cavi reali in uscita dal trasformatore stesso. Tale struttura semplificata non modellizza la cabina nella sua interezza, e pertanto la distribuzione del campo magnetico generato è certamente molto diversa. Si è però osservato che la distanza dall asse della terna piana che garantisce il rispetto dei 3 µt, risulta assolutamente confrontabile con la distanza dalla parete laterale delle cabine ricavata tramite la modellizzazione completa delle cabine stesse. Infatti una buona rispondenza tra distanza di rispetto per i 3 μt, calcolata con EFC-400 modellizzando la cabina in tutti i suoi elementi costitutivi e considerando solo la terna di conduttori come sopra specificato è stata verificata per tutte e 7 le cabine in esame. Considerando la distanza tra i conduttori di 22 mm, quale è quella della tipologia di cabina oggetto d indagine, si ottengono i seguenti risultati: Potenza Trafo (corrente max) 250 kva (361 A) Distanze minime per 3 µt (m) EFC- 400 cabina completa terna piana conduttori kva (578 A) kva (909 A) Pagina 31 di 33

32 In particolare, per garantire un principio di cautela nella valutazione della Dpa, ai valori di distanza ricavati con il modello semplificato si è scelto di applicare un fattore di correzione pari al 10% del valore ricavato (dell ordine di grandezza dell incertezza sul modello di partenza), e di arrotondare infine al mezzo metro superiore. Nei casi applicativi sopra riportati, si ottiene in questo modo il seguente risultato: Potenza Trafo (corrente max) 250 kva (361 A) Distanze minime per 3 µt (m) EFC- 400 cabina completa DPA modello semplificato kva (578 A) kva (909 A) Al fine di rendere generalizzabile il metodo di calcolo della Dpa sopra spiegato, si è poi deciso di fornire una curva che permetta di ricavare la Dpa stessa a partire dai dati di input di distanza interfase e corrente nominale. Tale curva viene fornita con il fattore di correzione già ricompreso, e, per ricavare la Dpa, bisogna procedere nel modo seguente: 1. Usare la curva sotto riportata per calcolare il valore di Dpa/radice della corrente per un certo valore di distanza tra le fasi. Pagina 32 di 33

33 Dpa/rad(I) distanza tra le fasi (m) Equazione della curva: Dpa I = x Applicare al valore ricavato le operazioni qui elencate a. Moltiplicare per la radice della corrente b. Arrotondare al mezzo metro superiore Dove nella formula Dpa I = x Dpa= Distanza di prima approssimazione I = corrente nominale X = distanza tra le fasi in metri Pagina 33 di 33