Metodo di verifica della compatibilità ambientale di un elettrodotto ad alta tensione

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1 Metodo di verifica della compatibilità ambientale di un elettrodotto ad alta tensione Francesco SALOMONE (*), Alessandra DELL ACCIO (**), Giovanni FALCONE (***) (*) Dipartimento di Fisica Università della Calabria, ponte P. Bucci cubo 30/c Rende (CS) Italy, tel: , (**) Dipartimento di Fisica Università della Calabria, ponte P. Bucci cubo 30/c Rende (CS) Italy, tel: , (***) Dipartimento di Fisica Università della Calabria, ponte P. Bucci cubo 30/c Rende (CS) Italy, tel: , fax: Nell'ambito della protezione dai campi magnetici generati da elettrodotti, è stata individuata una procedura per la rappresentazione tridimensionale del profilo dei conduttori di una linea elettrica. Il profilo è stato ottenuto tenendo conto delle ipotesi di calcolo specificate dalla normativa. Inoltre, per gli elettrodotti a semplice terna con sistema trifase, è stato implementato, in ambiente GIS, un modello di calcolo che consente la visualizzazione di un volume di rispetto cilindrico, coassiale al profilo del conduttore (fittizio) posto nel baricentro della terna trifase della linea elettrica. Tale volume è determinato in base alle modalità indicate dal DPCM 8/7/003, attuativo della legge quadro n.36/001, che fissa nella portata in corrente in servizio normale di una linea elettrica e nell'obiettivo di qualità di 3 microtesla i nuovi parametri per la determinazione delle fasce di rispetto per gli elettrodotti. Abstract This study produced 3D modelling of high voltage overhead power lines profile, in GIS environment. Their safe distance, in conformity with the law in force on the protection from magnetic and electric fields, has been obtained trough a calculation model for the evaluation of magnetic fields near the three phase power lines and represented creating 3D pipes surrounding the wires. Introduzione Le linee elettriche aeree, in particolare quelle ad alta tensione, esercitano diversi fattori di pressione sull ambiente, quali: occupazione di suolo, impatto visivo sul paesaggio, emissione di campi magnetici ed elettrici, rumore e radiointerferenze dovute all effetto corona. È necessario, quindi, nel contesto di una corretta gestione del territorio, tenere sotto controllo ognuno di questi fattori, in modo da far sì che nessuno di essi arrechi particolari danni o fastidi alla popolazione. I GIS (acronimo di Geographical Information Systems) costituiscono un ottimo supporto informativo per la valutazione d impatto delle linee elettriche. Il loro utilizzo risulta, infatti, particolarmente vantaggioso per la realizzazione di inventari georeferenziati delle sorgenti di inquinamento elettromagnetico che, rispondendo dal punto di vista progettuale ai requisiti previsti per i catasti (ANPA, 001) istituiti dalla legge quadro 36/001, consentono una immediata valutazione dell esposizione ai campi elettrici e magnetici, sia mediante simulazioni dei livelli di campo ottenute da modelli previsionali che ricevono in input i dati tecnici delle sorgenti, immagazzinati nell archivio, sia mediante la individuazione di zone di criticità, rilevate grazie alla costruzione delle fasce di rispetto degli elettrodotti, ottenute da operazioni di buffering delle linee. Infatti, le norme vigenti (DPCM 8 luglio 003) in materia di protezione della popolazione

2 dall esposizione ai campi elettrici e magnetici, com è noto, oltre a individuare le soglie ammissibili dei valori di campo in prossimità degli elettrodotti, fissano i parametri per il calcolo delle distanze di sicurezza dai conduttori. Il problema della determinazione delle distanze di rispetto dai conduttori non può essere, a rigore, risolto mediante un analisi eseguita nello spazio bidimensionale, richiedendo, più correttamente, il calcolo di un volume di rispetto di sezione circolare, coassiale al conduttore stesso e di raggio pari alla distanza di rispetto prevista dalla normativa. Ciò che si ottiene nell analisi bidimensionale, eseguendo l operazione di buffering, non è altro che la proiezione di tale volume su un piano orizzontale che, pur dando origine, dal punto di vista grafico, ad una fascia di rispetto più cautelativa rispetto alle restrizioni previste dalla normativa, ha un carattere del tutto indicativo e necessita di accurate verifiche sul campo. Pertanto, nell ambito del case study del controllo dell inquinamento elettromagnetico generato dagli elettrodotti ad alta tensione presenti nel comune di Tiriolo (CZ), si è implementata una procedura che, partendo dalla determinazione analitica della curva catenaria secondo cui i conduttori della linea si dispongono, permette di ricavare un volume di rispetto di dimensioni tali da inglobare la porzione di spazio, attorno alla linea, caratterizzata da livelli di campo magnetico superiori a un determinato valore, secondo i nuovi orientamenti previsti dal DPCM 8 luglio 003. In un ambiente GIS dotato delle funzionalità di analisi tridimensionale, la rappresentazione della catenaria e del relativo volume di rispetto, unitamente a quella degli edifici circostanti e della superficie del territorio comunale, ottenuta tramite la costruzione di un DEM (Digital Elevation Model) da cui è possibile desumere la morfologia del territorio interessato dal passaggio della linea, consente oltre ad una più accurata determinazione delle zone di criticità anche una buona valutazione dell impatto paesaggistico e dello spazio occupato dall elettrodotto. Le informazioni di base utilizzate per una tale analisi sono state: una aerofotogrammetria vettoriale del territorio comunale a grande scala (1:000), georeferenziata nel sistema di riferimento Gauss- Boaga, completa del livello informativo riportante i tracciati delle linee elettriche e la posizione dei relativi sostegni e i dati inerenti le caratteristiche tecniche delle linee elettriche in esame (come la tipologia dei tralicci e dei conduttori, la corrente in portata media e nominale, le quote s.l.m. dei conduttori in corrispondenza dei tralicci ecc.) archiviati secondo gli standards predefiniti. Determinazione del profilo dei conduttori Si è fatta l ipotesi che la curva secondo cui si dispone un conduttore sospeso tra due sostegni sia la catenaria, configurazione di equilibrio di un filo pesante vincolato agli estremi, di equazione: x x c x c c y = e e = c cosh + [1] c in cui gli assi cartesiani di riferimento sono: asse delle y, la verticale per il vertice della catenaria; asse delle x, la retta orizzontale passante sotto il vertice alla distanza c. Si fa, quindi, in modo che il vertice della catenaria occupi la posizione (0, c), dove c è il parametro della catenaria, il cui valore è pari a: σ c = [] γ con σ la tensione orizzontale agente lungo la campata, coincidente con la tensione complessiva nel vertice, e γ il peso lineico della fune. Dalla [] si desume facilmente che il parametro della catenaria non è altro che la lunghezza del tratto di conduttore il cui peso è pari alla tensione nel vertice. Noti la lunghezza della campata, il dislivello tra gli estremi, il peso lineico del conduttore γ e il tiro orizzontale σ, il profilo di un conduttore è completamente determinato. A partire dalle quote s.l.m. dei conduttori in corrispondenza dei tralicci, attraverso semplici calcoli algebrici effettuati mediante l ausilio di un foglio elettronico, si è ottenuta, per ciascun conduttore, la quota s.l.m. del vertice

3 della catenaria q v e quindi le quote s.l.m. per un numero discreto di punti della catenaria, ognuno distanziato di un passo x dal precedente, per mezzo della relazione [3], derivata dalla [1]: x q p = c cosh 1 + q v [3] c Per ottenere i profili tridimensionali e georeferenziati dei conduttori, si sono sfruttate le potenzialità di AutoCAD per il disegno in 3D, grazie alle quali si sono ottenuti dei file vettoriali contenenti le sole linee elettriche in tre dimensioni. Il primo passo è consistito nel riportare, mediante una semplice procedura copia-incolla, tutti i simboli indicanti l ubicazione dei sostegni delle due linee ad alta tensione presenti nella cartografia vettoriale di base su un nuovo file appositamente creato, mantenendo le loro coordinate di origine. Si è poi provveduto a schematizzare i sostegni come rettangoli, opportunamente orientati nel piano orizzontale, aventi lato maggiore pari alla effettiva distanza tra i conduttori più esterni. Ogni rettangolo così creato è stato infine traslato lungo l asse verticale in modo da occupare l effettiva quota s.l.m. della base del sostegno corrispondente, desunta dall aerofotogrammetria. Una volta rappresentati i sostegni, si è provveduto al tracciamento del profilo di ciascuna campata, schematizzato in AutoCad mediante una polilinea 3D, costituita da una spezzata con vertici di coordinate x, y, z ricavate mediante la tecnica dell immissione dei valori relativi delle coordinate polari. Questo metodo consiste nello specificare la posizione di un vertice relativamente a quella del vertice che lo precede, indicando, rispetto a quest ultimo, la distanza sul piano orizzontale, la differenza di quota e l angolo azimutale. Dato il basso raggio di curvatura delle catenarie in esame si è adottata una distanza orizzontale pari a 10 m, che ha permesso un adeguata approssimazione grafica dei profili; l angolo azimutale, costante per ciascuna campata è stato ottenuto automaticamente dalle coordinate piane dei due sostegni ad essa afferenti, per mezzo del comando DISTANZA ; mentre per il calcolo del dislivello tra due vertici consecutivi si è fatto uso dell equazione [3]. Il file vettoriale contenente tutte le polilinee 3D georeferenziate dei conduttori è stato infine importato in ArcView GIS 3. per la visualizzazione. Creazione del modello digitale del terreno del comune di Tiriolo Elaborando i livelli informativi relativi ad isoipse e punti quotati, estrapolati dall aerofotogrammetria in scala 1:000, si è costruito il modello spaziale della superficie del territorio comunale, approssimata mediante una rete a maglie triangolari di forma irregolare (TIN, da Triangulated Irregular Network), con i nodi di coordinate reali. In particolare si è realizzato il TIN delle sole aree a maggior rischio di esposizione ovvero delle zone ricadenti all interno di una fascia di ampiezza proporzionale alla tensione nominale dell elettrodotto in esame, in termini computazionali gestibili più facilmente rispetto al modello dell intero territorio, visto l elevato grado di dettaglio della rappresentazione. Sulla superficie così creata sono stati riportati, tramite operazioni di overlay topologico, gli elementi raffiguranti i fabbricati e le strade. In particolare gli edifici sono stati estrusi e rappresentati mediante parallelepipedi di altezza dal suolo pari a quella effettiva. In modo analogo, i tralicci di sostegno dei conduttori sono stati estrusi di un altezza dalla superficie pari a quella del conduttore più basso. Risulta evidente come una tale rappresentazione consenta di valutare meglio non solo l impatto visivo di una linea elettrica ma anche di individuare facilmente i tratti di linea presumibilmente troppo vicini ai fabbricati, a loro volta caratterizzabili cromaticamente in base alla destinazione d uso.

4 Figura 1 Vista 3D dell area prossima alla linea elettrica a 150 kv Esempio di modello di calcolo della fascia di rispetto Poiché il DPCM 8/7/003 stabilisce che la determinazione dei volumi di rispetto debba essere effettuata in riferimento ad un valore soglia di induzione magnetica e alla portata in corrente in servizio normale dell elettrodotto, si è reso necessario, allo scopo, l utilizzo di un modello previsionale. Il modello adottato in questo studio (Grandi, 001), applicabile solo agli elettrodotti a semplice terna con sistema trifase, valuta, considerando una sezione trasversale alla direzione della linea elettrica, l induzione magnetica in un punto P distante R dal baricentro del triangolo che ha per vertici i tre punti di intersezione dei conduttori con la sezione trasversale, secondo la relazione: d I B [4] 4R in cui B (µt) è l induzione magnetica, I (A) è il valore efficace dell intensità di corrente della linea elettrica e d (m) è la media quadratica delle distanze reciproche fra i conduttori: d1 + d3 + d d = 31 [5] 3 d 3 d 1 O d 31 R Figura P È intuitivo che l errore che si commette nella stima del campo è tanto minore quanto più ci si allontana dalla terna di conduttori. In particolare, la differenza nella stima di campo magnetico ottenuta tramite la [4], rispetto a quella derivante dall utilizzo della legge di Biot-Savart (che si

5 applica a conduttori rettilinei e di lunghezza infinita) è inferiore del 10% per R superiore a circa tre volte d (Grandi, 001). Fissata la soglia di esposizione per l induzione magnetica e nota l intensità di corrente, la distanza di rispetto, non più riferita al singolo conduttore ma al baricentro della terna trifase, è facilmente ricavabile dalla [5] mediante formulazione inversa. Rappresentazione dei volumi di rispetto Per la verifica delle distanze di rispetto dei conduttori dai fabbricati destinati ad abitazione, si è provveduto, utilizzando le funzionalità aggiuntive offerte dall estensione 3D Pipes, disponibile nella rete internet al sito e opportunamente modificata, a tracciare, nella vista in 3D, dei tubi a sezione circolare, concentrici ai conduttori delle linee elettriche, di raggio pari alla distanza di rispetto calcolata secondo le modalità descritte in precedenza. Questa operazione ha richiesto, preventivamente, il calcolo della catenaria fittizia passante per i baricentri dei tre conduttori determinati in ciascuna sezione trasversale. La rappresentazione tridimensionale dei volumi di rispetto rende immediatamente possibile individuare eventuali oggetti (abitazioni, ad esempio) da essi avvolti. Figura 3 Volume di rispetto lungo una campata dell elettrodotto a 150 kv La Figura 3 è un tipico esempio dei vantaggi dell analisi tridimensionale rispetto all uso della cartografia tradizionale. Degli edifici presenti nella zona in esame, nessuno si trova all interno del volume di rispetto calcolato, nonostante essi appaiano proprio al sotto dei conduttori nella vista in pianta. Senza l analisi tridimensionale, quindi, non si sarebbe riuscito a stabilire se questi conduttori fossero o meno conformi alla legge, se non attraverso una misurazione in loco. Nella Figura 4 è, infine, riportato il caso in cui uno dei due elettrodotti, nella fattispecie quello alla tensione di 380 kv percorso da una corrente ipoteticamente pari a 1500 A, non rispetta, lungo una campata, l obiettivo di qualità di 3 µt. Infatti, dall analisi spaziale si evince che un angolo dell edificio più vicino alla linea sulla destra è inglobato dal volume di rispetto.

6 Figura 4 Volume di rispetto lungo una campata dell elettrodotto a 380 kv Bibliografia D.P.C.M. 8 luglio 003, Fissazione dei limiti di esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità per la protezione della popolazione dalle esposizioni ai campi elettrici e magnetici alla frequenza di rete (50 Hz) generati dagli elettrodotti, G. U. n. 00 del 9/8/003. Salomone F. (003), Realizzazione di un sistema informativo territoriale per il controllo e il monitoraggio dei campi elettromagnetici: il caso del Comune di Tiriolo, pp , Università della Calabria, Dipartimento di Fisica, Tesi di laurea in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio. Grandi G. (001), A Simple Method to Approximate the Magnetic Field in the Vicinity of Overhead Power Lines, 5th IASTED International Conference on Power and Energy Systems, PES 001, November 19-, Tampa, Florida, USA. ANPA (001), Standard per la realizzazione delle banche dati delle sorgenti di inquinamento elettromagnetico (alte e basse frequenze), RTI CTN_AGF 4/001. Legge febbraio 001 n. 36, Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici, G. U. n. 55 del 7/3/001. Colombo G. (000), Nuovo manuale dell ingegnere, pp. M/187-07, Hoepli.