Elettrodotto

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 Elettrodotti ad alta tensione
Sezione trasversale del traliccio di un elettrodotto ad alta tensione nel comune di Schlins (Austria)

L'elettrodotto in ingegneria elettrica è un'infrastruttura di rete destinata al trasporto di energia elettrica, comprendendo in tale accezione sia le linee elettriche aeree, sia le linee interrate in cavo ovvero i cavidotti.

L'insieme degli elettrodotti costituisce la rete elettrica primaria, sulla quale vengono amministrate la trasmissione dell'energia elettrica (trasferimento di energia ad alta tensione su grandi distanze) e la distribuzione dell'energia elettrica (trasferimento di energia a media-bassa tensione su una rete capillare) sul territorio fino agli utenti finali.

Descrizione[modifica | modifica wikitesto]

La costituzione e le caratteristiche degli elettrodotti sono fortemente variabili, principalmente in funzione della tensione operativa e dal fatto che la trasmissione avvenga in corrente continua o in corrente alternata.

Gli elettrodotti per alta tensione sono quasi esclusivamente aerei, e sono costituiti da sostegni a traliccio o tubolari realizzati in metallo, opportunamente progettati al fine di mantenere le funi metalliche (il "conduttore") ad un'altezza dal terreno sufficientemente elevata da assicurare isolamento elettrico e riduzione dei campi elettromagnetici al suolo. Poiché l'altezza dipende dalla tensione di esercizio, gli elettrodotti in media tensione presentano sostegni più leggeri e di altezza ridotta. In alcuni casi, dove sia richiesto l'attraversamento di aree densamente abitate e dove questo sia tecnicamente fattibile, l'elettrodotto viene realizzato con cavo interrato. Questa soluzione risulta scarsamente utilizzata a causa delle difficoltà tecniche di realizzazione, manutenzione e individuazione dei guasti, per i costi nettamente superiori alle linee aeree e per le maggiori perdite di energia per gli effetti capacitivi tra il conduttore ed il terreno. La trasmissione in cavo può avvenire sia in corrente continua, sia in corrente alternata, e nel mondo sono ormai diffusi diversi esempi di connessioni nazionali o internazionali attraverso cavo sottomarino.[1]

Un elettrodotto in linea aerea composto da una serie di elementi che possono essere globalmente suddivisi in "sostegni", "conduttori" e "elementi isolanti".

I sostegni[modifica | modifica wikitesto]

Per linee a bassa e media tensione i sostegni consistono semplici pali in legno, acciaio o cemento armato centrifugato.[2]

Nelle linee ad alta tensione, che devono avere un'altezza elevata per ragioni di sicurezza, si preferisce l'impiego di "tralicci", strutture reticolari realizzate con profilati di acciaio a L o a T. L'adozione di strutture a traliccio permette di ridurre al minimo la quantità di metallo utilizzato, offrire una bassa resistenza al vento e ridurre la visibilità della struttura.[3] La loro modularità permette, inoltre, la loro installazione in quasi ogni luogo, a differenza dei sostegni di tipo tubolare. Questi ultimi, meno utilizzati, sono spesso preferiti per il loro aspetto più "slanciato", ma hanno una minor flessibilità di utilizzo e maggiori costi di installazione.

I sostegni possono essere classificati secondo diversi parametri:

  1. Per tipologia di attacco dei conduttori al sostegno:
    • sostegno d'amarro: serve a supportare il tiro di una tratta di linea e funge, pertanto, da "sezionatore meccanico" della linea; i conduttori sono fissati alle mensole (tramite inserzione di isolatori) e la continuità elettrica è assicurata da un tratto di conduttore che pende dalla mensola (il cosiddetto "collo morto");
    • sostegno di sospensione: serve a sostenere i carichi di due mezze campate (quella precedente e quella successiva) ma non sopporta squilibri di tiro; il conduttore è fissato per mezzo di morsetteria che permette lievi scorrimenti.
  2. Per utilizzo:
    • sostegno di rettifilo: sostegno leggero, ideato per tratti di linea all'incirca rettilinei
    • sostegno di vertice: sostegno più pesante, ideato per sostenere i carichi derivanti dalla presenza di un angolo del tracciato (il tiro su due tratti non rettilinei crea una componente trasversale alla linea che induce al ribaltamento del sostegno);
    • sostegni capolinea: sostegni pesanti, in cui i conduttori amarrati al sostegno sviluppano una trazione prevalente nella direzione dell'elettrodotto; è l'ultimo sostegno prima dell'ingresso in stazione;
    • portale: struttura a cavalletto appartenente alla stazione elettrica; destinato ad accogliere una o più linee ed effettuare le calate agli stalli di stazione.
  3. Per silhouette:
    • sostegni troncopiramidali, con disposizione delle mensole alternata o a bandiera (tutte da un lato): utilizzati per le linee in semplice terna che debbano ridurre l'ingombro a terra;
    • sostegni a mensole isolanti, con mensole realizzate per mezzo di un tirante composto da isolatori cappa e perno e di un puntone isolante di materiale ceramico;
    • sostegni a delta rovescio: i punti di attacco dei conduttori sono disposti a una stessa quota, riducendo così l'ingombro verticale e permettendo sottopassi di altre linee aeree (a tensione superiore o uguale);
    • sostegni con 6 mensole: utilizzati per le linee in doppia terna;
    • sostegni gatto: sostegni di derivazione francese (tipo "chat") utilizzati per linee montane ad alto sovraccarico o, più spesso, come portali per linee a tensione fino a 150 kV o per le transizioni aereo-cavo; devono il loro nome alla forma della testa del sostegno, simile a quella di un gatto.

I conduttori[modifica | modifica wikitesto]

Da principio, è importante sottolineare che in una linea aerea, tranne rarissimi casi (le "linee in cavo aereo"), i conduttori sono semplici funi di metallo, non circondate da uno strato di isolante elettrico (come avviene invece nei cavi). L'isolante, in una linea elettrica aerea, non è quindi il polietilene o la carta impregnata, ma la stessa aria. Data la minor rigidità dielettrica dell'aria rispetto agli isolanti sopracitati, per assicurare la tenuta elettrica è necessario aumentare lo spessore dello strato isolante. A una rigidità dielettrica di circa 10.000 volt per ogni centimetro (minore all'aumentare dell'umidità), per evitare una scarica elettrica tra una fase e il suolo, è necessario mantenere il conduttore a una quota di diversi metri, tanto maggiore quanto maggiore è la tensione di esercizio della linea.

Il numero di conduttori impiegati in un elettrodotto aereo varia a seconda del numero di fasi, dalla portata di corrente a cui la linea viene esercita e dalle caratteristiche climatiche delle zone attraversate dall'elettrodotto. Per gli elettrodotti a tensione più elevata (380 kV in Italia) ciascun conduttore è costituito da un fascio di conduttori elementari (generalmente tre) distanziati tra loro di qualche decimetro. Viene adottata questa soluzione al posto di quella a conduttore singolo sia per aumentare la potenza trasmissibile, sia per limitare la dispersione di energia e i disturbi alle telecomunicazioni che avverrebbero a causa dell'effetto corona innescato proprio dall'elevata tensione.

Il materiale più usato per la realizzazione dei conduttori è l'alluminio che, sebbene presenti una conducibilità elettrica inferiore al rame, è caratterizzato anche da un peso e un costo notevolmente inferiori. Un minor peso del conduttore comporta minori sforzi trasferiti agli isolatori, e quindi al traliccio, che, a parità delle altre condizioni, risulterà più leggero. Poiché l'alluminio, pur avendo ottime caratteristiche elettriche, presenta una ridotta resistenza meccanica, i conduttori sono quasi sempre realizzati in corde composte da fili di acciaio (che formano l'"anima" della corda) e da fili di alluminio (che formano il "mantello"), cordati con strati ad eliche controrotanti. Il conduttore alluminio-acciaio (o ACSR="aluminum conductor steel reinforced") risulta il più utilizzato, per quanto esistano molte altre particolari tipologie di conduttori bimetallici, sviluppate per ovviare a particolari necessità di resistenza meccanica, alla corrosione o al surriscaldamento. Anche se meno utilizzati, si accenna anche alla presenza di conduttori a conci, in cui i fili sono sostituiti da piattine metalliche (anch'esse disposte ad elica). Una superficie esterna più liscia riduce sensibilmente (a parità degli altri parametri) l'effetto corona.

Il peso delle campate (i tratti di conduttore sospesi a catenaria tra due sostegni successivi), generalmente comprese tra i 200 e i 1000 metri, dà origine a tiri di diverse tonnellate nei conduttori, pertanto la soluzione della fune bimetallica risulta una soluzione a cui è difficile rinunciare, permettendo di godere dell'alta conducibilità dell'alluminio e dell'alta resistenza meccanica dell'acciaio.

Gli isolatori[modifica | modifica wikitesto]

Dettaglio di un isolatore

Poiché, come chiarito nel paragrafo precedente, i conduttori non sono isolati da un rivestimento di materiale ad alta rigidità dielettrica, per evitare cortocircuiti ovvero scaricamenti della tensione sui tralicci metallici e di qui a terra, è necessario assicurare i conduttori alla struttura per mezzo di elementi elettricamente isolanti.

Si ricorre a catene di isolatori "a cappa e perno" (nome che deriva dal modo in cui sono fissati l'uno all'altro), una serie di dischi concavi realizzati con una miscela di vetro e silicio o con materiali compositi. La concavità è sempre rivolta verso il basso e spesso il profilo di tali elementi viene reso più frastagliato, ondeggiante.

Catena di isolatori in vetro di tipo "cappa e perno" montata su una mensola di un sostegno tralicciato di sospensione di una linea 380 kV.

In caso di pioggia, infatti, l'acqua che si deposita sulla superficie degli isolatori rappresenta un percorso a bassa impedenza per la corrente, e l'impedenza si riduce ulteriormente in caso di deposito di salsedine o inquinamento di altra natura sull'isolatore. Una superficie più frastagliata aumenta il percorso che la corrente dovrebbe percorrere e interrompe il flusso d'acqua continuo, aumentando l'impedenza e scongiurando le scariche superficiali. Gli isolanti dei cavi isolati presentano una rigidità dielettrica maggiore dell'aria. Nei cavi isolati ad olio tra la guaina esterna ed il conduttore è presente una intercapedine riempita di appositi oli minerali con elevata rigidità dielettrica.

In base al numero di dischi isolanti si può valutare velocemente l'entità della tensione dell'elettrodotto. Considerando che ogni disco sopporta una tensione di circa 15 kV (nei casi più disgraziati), il numero di dischi isolanti è solitamente dato dalla formula (Vn / 15)+1 e quindi per fare un esempio: una linea da 380 kV sarà caratterizzata da isolatori composti da (380/15)+1 dischi, con il numero opportunamente arrotondato all'unità successiva cioè 27.

Protezione[modifica | modifica wikitesto]

Sulla parte più alta degli elettrodotti corrono uno o due fili supplementari, chiamati funi di guardia, che non trasportano energia, ma proteggono i sottostanti fili dai fulmini. Questi cavi sono elettricamente connessi ai tralicci ed agiscono da parafulmini. I tralicci sono a loro volta singolarmente messi a terra. Le funi di guardia, tra l'altro, mettono in parallelo elettrico i tralicci, riducendo la resistenza di terra globale della linea.

Gli elettrodotti non attirano i fulmini. Rilevazioni in mappa dei punti di caduta dei fulmini, infatti, non mostrano particolari "addensamenti" in corrispondenza del tracciato di elettrodotti (dotati o meno di fune di guardia).

Oltre ai fulmini anche rari fenomeni atmosferici possono perturbare le linee elettriche inducendo sovratensioni nei conduttori. Un fenomeno particolarmente dannoso per gli elettrodotti è provocato dall'alterazione della ionosfera in seguito ai brillamenti solari, che possono portare all'apertura di interruttori automatici e causare black-out.

Ai due estremi di ogni isolatore sono montati anelli o punte elettricamente connesse rispettivamente al traliccio e al conduttore di linea. Questi elementi costituiscono uno spinterometro, un ulteriore strumento di protezione che sopprime eventuali sovratensioni per mezzo di una scarica. Nelle stazioni di invio e ricezione dell'energia elettrica sono installati altri dispositivi di protezione.

Sicurezza[modifica | modifica wikitesto]

Le linee elettriche sono soggette a normativa specifica di settore, ovvero la legge 339/1986 e al D.M. 21/03/1988 n.449, che ne disciplinano le modalità di costruzione ed esercizio al fine di proteggere l'incolumità di chi si trova "vicino", o "nei pressi" dei tralicci. La precedente normativa (legge 1341/1964 e D.P.R. 1062/1968) prevedeva che 5 o 10 metri al di sotto dei fili elettrici dovevano essere applicati degli "spuntoni" in modo da impedire che una persona possa arrampicarsi sull'intero traliccio ed arrivare a toccare i fili elettrici con gravi conseguenze (dispositivi parasalita). Quest'obbligo non è più presente nella vigente normativa.

Dove i tralicci sono alti almeno 50 metri è anche obbligatorio installare sulla fune di guardia delle sfere, di solito di colore bianco-rosso, per rendere evidente la presenza dell'elettrodotto ai velivoli. In tal caso, e dove la sicurezza del volo possa risultare compromessa, le teste dei tralicci stessi vengono colorate a fasce orizzontali bianche e rosse.

Costruzione e manutenzione[modifica | modifica wikitesto]

Fino a qualche decennio or sono (molto raramente oggi), i tralicci venivano montati pezzo per pezzo, procedendo dalle fondazioni verso la cima. Attualmente i tralicci e i sostegni tubolari vengono assemblati trasportando sezioni premontate, trasportate e montate con l'ausilio di gru o elicotteri. Una volta eretto il traliccio, si passa alla fase di posa del conduttore, che viene trainato per mezzo di un'apposita "fune di traino". Attraverso degli argani si passa alla fase di tesatura, che permette di tendere (e sollevare) il conduttore fino alla quota desiderata.

La manutenzione delle linee richiede degli accorgimenti atti a prevenire il rischio elettrico. La prevenzione del rischio elettrico può avvenire con tecniche sotto tensione (con speciali modalità ed attrezzature), o, più comunemente, fuori tensione laddove sia assicurata l'assenza di tensioni pericolose sia di linea, sia dovute a fulmini che possono colpire i conduttori a decine di chilometri di distanza, sia all'induzione dovuto alla presenza di altri impianti elettrici nelle vicinanze, sia ad errate manovre di rialimentazione. Per questo, dopo avere aperto i sezionatori e gli interruttori, tutti i conduttori vengono collegati elettricamente a terra ed in cortocircuito (c.d. "terre"). I dispositivi di messa a terra devono essere in grado di assorbire eventuali guasti di linea sia per quanto concerne i valori di correnti di cortocircuito generate, che per quanto riguarda i fenomeni di natura elettromeccanica indotti da eventuali guasti. Per ragioni di sicurezza la linea oggetto di interventi di manutenzione eseguiti con tecnica fuori tensione deve avere delle "terre" visibili ed in grado di preservare gli operatori anche da possibili correnti indotte da altri impianti.

La manutenzione di un elettrodotto può comprendere svariate attività. La prima fra tutte consiste nel capitozzare piante che si trovano al di sotto o nelle immediate vicinanze dello stesso in quanto possono causare disservizi dati da scariche verso terra causati dal contatto (o anche solo avvicinamento a distanza inferiore a quella "di guardia") fra uno o più conduttori e la pianta stessa.
In secondo luogo si procede allo sfalcio dell'erba e degli arbusti che nascono naturalmente sulle fondazioni poiché possono deteriorarle.
Vi sono inoltre altre attività che vanno dall'ispezione visiva periodica alla riparazione di strefolature (cioè rottura di uno o più trefoli dei conduttori o della fune di guardia) alla sostituzione degli isolatori rotti. Da non sottovalutare il controllo del franco da terra (distanza che separa il terreno dal conduttore/i più basso/i) in quanto nella costruzione di nuove strade può non essere rispettato quello previsto dalle normative, creando situazioni potenzialmente rischiose per l'incolumità delle persone che transitano al di sotto dei conduttori in tensione.

Rimozione e interramento dei cavi[modifica | modifica wikitesto]

Le spese per la rimozione e interramento dei cavi sono interamente a carico dell'esercente il cavidotto, secondo quanto disposto all'art. 122 del Regio Decreto 11.12.1933 n. 1775 che, al suo quarto comma, stabilisce che "salvo le diverse pattuizioni che si siano stipulate all'atto della costituzione della servitu, il proprietario ha facoltà di eseguire sul suo fondo qualunque innovazione, costruzione o impianto, ancorché essi obblighino l'esercente dell'elettrodotto a rimuovere o collocare diversamente le condutture e gli appoggi, senza che per ciò sia tenuto ad alcun indennizzo o rimborso a favore dell'esercente medesimo".

La disciplina si applica in tutti i casi di servitù di passaggio, sorta per convenzione, sentenza, espropriazione o usucapione ab immemorabile. A nulla rileva il fatto che l'elettrodotto fosse presente prima della costruzione edilizia o dell'introduzione della servitù. La legge privilegia un criterio differente dalla priorità temporale, ossia la tutela del pieno esercizio dei diritti di proprietà e della messa in sicurezza degli impianti.

Se il proprietario detiene una regolare concessione edilizia e il terreno è edificabile, può procedere ai lavori e l'esercente il cavidotto è tenuto ai necessari adeguamenti impiantistici. È sufficiente una raccomandata con ricevuta di ritorno e allegato il titolo autorizzativo del Comune.

È necessario che i cavi (elettrici, delle telecomunicazioni, dell'illuminazione pubblica etc.) siano situati nella proprietà del richiedente. Se sono in una proprietà confinante, del comune piuttosto che di un vicino, il richiedente non ha diritto ad ottenere lo spostamento.

Fisica dei conduttori[modifica | modifica wikitesto]

Effetto Joule[modifica | modifica wikitesto]

In generale, non esiste un materiale che sia un perfetto conduttore elettrico o un perfetto isolante (a parte i materiali superconduttori che però necessitano di temperature estremamente basse). Parte della potenza elettrica viene dunque dissipata nel terreno in calore per effetto Joule: l'entità di questa potenza dipende dalla resistenza elettrica R del conduttore, dal quadrato della corrente elettrica I trasportata, dalla lunghezza del percorso.

Per via delle suddette perdite l'energia che arriva alle utenze domestiche è circa del 10% inferiore a quella prodotta nelle centrali elettriche, per cui -orientativamente- il rendimento elettrico nelle reti di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica (compresi i trasformatori di interconnessione tra i vari livelli di tensione fra produzione e consumo) è dell'ordine del 90%.

Campo magnetico indotto[modifica | modifica wikitesto]

La corrente elettrica genera un campo elettromagnetico di Biot-Savart all'esterno del conduttore. In materia di elettrosmog, le leggi impongono un limite massimo alle esposizioni elettromagnetiche e una distanza minima dai centri abitati.

Effetto "pelle"[modifica | modifica wikitesto]

La corrente elettrica alternata tende a scorrere negli strati più esterni del conduttore, quanto più è alta la sua frequenza. Questo fenomeno è noto come "effetto pelle". Nella rete elettrica italiana la corrente viaggia con frequenze intorno ai 50 Hertz.

A basse frequenze, un segnale tende a percorrere grandi distanze senza smorzarsi: è noto che i segnali radiotelevisivi hanno una diffusione planetaria, senza perdita di informazione. Allo stesso modo, un segnale elettrico a bassa frequenza è soggetto a perdite di energia molto più basse.

Il campo magnetico indotto decresce con il quadrato della distanza dalla sorgente, ed è quindi minimo negli strati più esterni del conduttore. Il fatto che al crescere della frequenza il flusso di corrente si muova verso gli strati più esterni può essere interpretato come una tendenza del segnale a conservare nello spazio e nel tempo tutta la sua energia e informazione.

Generazione di campi elettrici e magnetici[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Lo stesso argomento in dettaglio: Elettrosmog.

Gli elettrodotti sono stati accusati di apportare un significativo incremento del cosiddetto elettrosmog specie in relazione all'insorgenza di alcuni tipi di tumore. Gli studi scientifico-epidemiologici al riguardo, peraltro molto complessi, non hanno però portato finora a risultati o conclusioni certe ed univoche sebbene, fino ad alcuni anni fa, sussistessero sospetti di pericolosità rispetto alle alte frequenze. Come per le infrastrutture di telecomunicazioni anche per gli elettrodotti esiste ad ogni modo una normativa tecnica in materia di inquinamento elettromagnetico che fissa i livelli massimi di esposizione a tali campi elettromagnetici a bassa frequenza. Occorre tuttavia notare che il campo elettrico a frequenza industriale viene facilmente schermato, mentre il campo magnetico, che può raggiungere livelli significativi date le correnti elevate che circolano nei conduttori, a distanze superiori a quelle che vanno mantenute per evitare il rischio di scarica raggiunge livelli inferiori a quelli proposti dalle linee guida internazionali.

I piloni dello Stretto[modifica | modifica wikitesto]

Pilone di Torre Faro, 232 metri
Exquisite-kfind.png Lo stesso argomento in dettaglio: Piloni dello Stretto.

Per collegare elettricamente la Sicilia al resto d'Italia tramite la Calabria, fra il 1948 ed il 1955 furono eretti degli enormi tralicci alle estremità dello Stretto di Messina, i cosiddetti piloni dello Stretto. Attualmente non sono più utilizzati a causa della loro bassa efficienza (sacrificata in favore della sicurezza) e sono stati sostituiti come funzionalità nel 1994 da un collegamento sottomarino; tuttavia queste torri di metallo non sono state abbattute, e continuano a svettare sul mare, forti dei loro oltre 200 m di altezza.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ F. Iliceto, Impianti elettrici, vol. 1, 2ª ed., Pàtron, 1984.
  2. ^ G. Pagani, Linee elettriche aeree di bassa e media tensione, Delfino, 1959.
  3. ^ B.A. Cauzillo, Il calcolo delle linee elettriche, Ingegneria 2000, 2012.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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