Correnti Vaganti Introduzione Correnti Vaganti Una struttura metallica in un mezzo avente conducibilità ionica, quale ad esempio acqua, terreno o calcestruzzo, nel quale sia presente un campo elettrico o associato alla circolazione di corrente continua, può subire attacchi di corrosione per interferenza. L'interferenza risulta tanto maggiore quanto più intenso è il campo elettrico. Se la struttura estranea è dotata di un rivestimento perfetto,, l'interferenza non può avvenire; ma se è presente anche un solo difetto nelle zone di rilascio della corrente, allora gli effetti di interferenza diventano molto severi, poiché la corrente intercettata viene scambiata tutta in quel punto. 2 (No Pansa).ppt 1
Si parla di interferenza non stazionaria quando il campo elettrico è variabile: è il caso classico di interferenza derivante dalle correnti vaganti disperse dai sistemi di trazione a corrente continua. In figura è riportato l'esempio di interferenza di una struttura metallica interrata situata parallelamente ad una linea di tranviaria elettrificata. sottostazione + _ terreno tratto catodico tratto anodico struttura metallica interferita 3 Gli impianti di trazione a corrente continua utilizzano un conduttore isolato collegato al polo positivo, mentre il polo negativo, o ritorno, è costituito dalla rotaia. Questa non può mai essere perfettamente isolata da terra. Durante il movimento di un convoglio, la corrente di alimentazione ne dal polo positivo della sottostazione percorre il conduttore fino al treno, quindi attraverso le ruote passa ai binari per rientrare al polo negativo della sottostazione. In questo ultimo tratto, la corrente può utilizzare per il ritorno le rotaie, oppure il terreno, oppure entrambi. Solo le correnti disperse di tipo continuo che provocano effetti di corrosione significativi; quelle alternate danno luogo a corrosione unicamente per densità di corrente molto elevate, nell ordine di alcune decine di ampere per metro quadrato. A titolo esemplificativo,, neln caso del ferro il passaggio di 1 A provoca la dissoluzione di circa 9 kg di ferro in un anno. Oppure, in altri termini, una densit nsità di corrente di 1 A/m² (= 100 A/cm cm²) ) provoca una diminuzione di spessore alla velocità di 1 mm/anno. 4 (No Pansa).ppt 2
29/10/2007 9.18 La corrente di ritorno, dispersa dalle rotaie verso il terreno, investe le strutture metalliche situate in prossimità prossimità. Nel caso di una condotta interrata parallela alla linea ferroviaria, ferroviaria, illustrato dalla figura, la corrente dispersa nel terreno utilizza la condotta stessa come ulteriore ulteriore circuito alternativo di ritorno alla sottostazione. Le superfici metalliche dove la corrente circola dal terreno verso verso il metallo risultano polarizzate catodicamente e quindi in parte o completamente protette; protette; viceversa quelle dove la corrente circola in senso opposto, dal metallo verso l l ambiente, sono polarizzate anodicamente e i processi di corrosione risultano accelerati. sottostazione + _ terreno tratto catodico tratto anodico struttura metallica interferita 5 Interferenza elettrica delle armature nel calcestruzzo Come per le strutture metalliche interrate, anche le armature nel nel calcestruzzo possono risultare interferite; il cemento è infatti un ambiente con conducibilità conducibilità ionica, seppure caratterizzato da elevata resistività resistività. Valgono per il caso in esame delle armature nel calcestruzzo le considerazioni generali viste sopra. In particolare l l interferenza provoca corrosione dell dell armatura nelle zone anodiche della struttura, dove la corrente circola nel verso da armatura a calcestruzzo. 6 (No Pansa).ppt 3
Criteri di accettabilità Gli effetti di corrosione sono trascurabili se il potenziale si mantiene nell intervallo di passività,, indicativamente sino a +0,6 V (rispetto all elettrodo di riferimento al calomelano) per strutture non carbonatate,, nén contaminate da ioni cloruro. Strutture in cemento armato (CA): CAMPO DI POTENZIALE E > 0,6 V E > 0,6 V per una quota non continuativa di tempo inferiore al 5 % del tempo di esposizione -1,1 V < E < 0,6 E < -1,1 V EVENTI ASSOCIATI corrosione passività (corrosione trascurabile) passività (corrosione trascurabile) perdita di aderenza 7 Strategie di minimizzazione delle correnti vaganti Massimo isolamento rotaie verso terra per minimizzare le correnti disperse dalle rotaie Massima conduttanza longitudinale rotaie per agevolare il corretto ritorno della corrente in sottostazione Sezionamento strutture metalliche potenzialmente interessate da correnti vaganti per minimizzare la propagazione delle correnti vaganti 8 (No Pansa).ppt 4
Come regola generale, al fine di minimizzare la propagazione del fenomeno delle correnti vaganti nei sistemi di trazione in corrente continua (metropolitane, tramvie, ), occorre che le strutture in cemento armato connesse al sistema a di trazione (tunnel, viadotti, solettoni,, edifici, ), siano opportunamente sezionate mediante giunti dielettrici. Ne consegue che il sistema delle terre deve essere progettato in stretto coordinamento con le strategie di minimizzazione delle correnti vaganti adottate. Progettazione Sistema delle Terre Strategia minimizzazione correnti vaganti (posizionamento giunti dielettrici) La norma EN 50122-2 2 costituisce il principale riferimento in materia. 9 Enti terzi: Quando strutture di Enti terzi (non direttamente coinvolte nel sistema s di trazione) quali ad esempio tubazioni, edifici,, sono soggette a rischio reale di corrosione dovuta a correnti vaganti, è necessario adottare provvedimenti precauzionali (sezionamento longitudinale, l rivestimenti dielettrici, ) ) per garantirne l immunitl immunità. 10 (No Pansa).ppt 5
Sistema di monitoraggio Il sistema di monitoraggio delle interferenze elettriche si basa sulla misura del potenziale delle armature (o in generale di strutture metalliche) ) rispetto ad un elettrodo di riferimento e sulla sua eventuale variazione nel tempo (cercando di rendere minimi i contributi di caduta ohmica nel terreno). I dati i di potenziale delle armature, rilevati in posizioni significative delle opere interpretati retati in accordo ai criteri di insorgenza di effetti negativi, di corrosione o di infragilimento o delle armature, consentono infatti di individuare le situazioni di interferenza e di eventuale corrosione delle armature da esse derivanti. Il tempo di misura è di solito di 24 ore, per poter cogliere tutte le possibili situazioni di campo elettrico nel terreno. Il sistema di monitoraggio proposto sarà costituito da: predisposizioni per il collegamento alle armature; posti di misura, disposti lungo il tracciato della tranvia. 11 Ogni posto di misura sarà costituito da: elettrodo di riferimento fisso per la misura del potenziale, annegato negato nel calcestruzzo; collegamento elettrico all'armatura, in corrispondenza al punto di misura stesso; cassetta con morsettiera, alla quale fanno capo il collegamento elettrico e l'elettrodo di riferimento, situata in posizione facilmente accessibile e protetta. In corrispondenza ai posti di misura verranno effettuate le registrazioni dei potenziali delle armature mediante strumento registratore. 12 (No Pansa).ppt 6
Correnti vaganti : sistema di monitoraggio rod electric cable reference electrode Punto di misura ed elettrodo di riferimento installato in corrispondenza del sezionamento dei ferri di armatura della struttura. Le opere civili devono essere coordinate con i criteri di minimizzazione delle correnti vaganti, predisponendo inoltre punti di misura in posizioni strategiche. tegiche. 13 la misura diretta di corrente Alternativamente, in presenza di un sistema collettore per le correnti vaganti, è possibile effettuare il monitoraggio attraverso la misura diretta di corrente sui collegamenti predisposti verso il circuito di ritorno di trazione. Tuttavia si riscontra che l utilizzo l di questa configurazione di sistema porta ad un globale aumento del fenomeno delle correnti vaganti. 14 (No Pansa).ppt 7
29/10/2007 9.18 LA SOLUZIONE e la SICUREZZA? 15 CEI EN EN 50122-2 50122-2 par.5.4 par. 5.4 CEI...la sbarra negativa nelle SSE e simili installazioni deve essere gestita in maniera che risulti isolata da... deve essere predisposto un dispositivo automatico di limitazione della tensione connesso tra la terra sbarra negativa e la terra..." CEI EN 50122-1 par. 8.2 Nei sistemi di trazione in c.c. allo scopo di minimizzare le correnti vaganti, la connessione diretta [tra il circuito di ritorno e l'impianto di terra della sottostazione] non deve essere realizzata, salvo quando considerazioni di sicurezza esigano la messa a terra diretta..." CEI EN 50122-1 par. 5.2.2.2 "... devono essere usati dispositivi di limitazione della tensione per realizzare un collegamento aperto tra le parti conduttrici esposte e il circuito di ritorno per consentire l'interruzione della corrente di guasto, in un tempo ridotto e limitare quindi la tensione..." CEI EN 50122-1 par. 4.2.2.2 CEI EN 50122-1 par. 5.2.2.2 In un sistema di trazione in c.c., allo scopo di minimizzare le correnti vaganti, non è opportuna la messa a terra diretta delle rotaie di corsa..." (No Pansa).ppt 16 8
INTERVENTO SEMICONDUTTORI INTERVENTO DISPOSITIVO MTA Vcc - Diagramma secondo le norma CEI EN 50122-1 Funzionamento MTA con relè di protezione c.c. Vca - Diagramma secondo le norma CEI EN 50122-1 Funzionamento MTA con relè di protezione c.a. 17 Metro Genova: sistema di monitoraggio delle correnti vaganti (tratta DiNegro De Ferrari) 18 (No Pansa).ppt 9
Metro Genova: sistema di monitoraggio delle correnti vaganti (tratta DiNegro De Ferrari) 19 Come si nota dagli schemi precedenti, il sezionamento delle strutture tture (tunnel + solettone + sistema di terra) è realizzato mediante introduzione di giunti dielettrici. All interno di ciascuna tratta verrà assicurata la continuità elettrica delle armature della tratta stessa. In base alle esigenze imposte dalla progettazione del sistema globale di terra, in coordinamento con i criteri di minimizzazione delle correnti vaganti, anti, sono presenti dei collegamenti di by-pass su alcuni giunti dielettrici che garantiscono, in tutte le sezioni, le necessarie condizioni di sicurezza elettrica. In corrispondenza delle estremità di ogni tratta continua di struttura viene predisposto l accesso al collegamento elettrico all armature armature mediante piastre metalliche. Le posizione all estremit estremità delle tratte continue in cemento armato sono infatti quelle dove si prevede lo scambio di corrente tra armatura e cemento. 20 (No Pansa).ppt 10
Correnti Vaganti Fine (No Pansa).ppt 11