Cavo di protezione aerea o cavo di terra

Definizione del Cavo di Terra Aereo (Cavo di Terra)

Un cavo di terra aereo, noto anche come cavo di terra, è un componente cruciale dei sistemi di protezione dai fulmini. È costituito da uno o più conduttori installati sopra la linea di trasmissione, che si estendono da una struttura di supporto all'altra. Questi cavi sono accuratamente collegati a terra a intervalli regolari lungo la loro lunghezza.

La funzione principale del cavo di terra è intercettare i colpi di fulmine diretti che altrimenti mirerebbero ai conduttori di fase della linea di trasmissione. Deviando correntemente il fulmine nella terra, protegge i conduttori elettrici critici da potenziali danni, garantendo così l'operatività ininterrotta del sistema di trasmissione di energia. È importante notare che, sebbene sia altamente efficace contro i fulmini, il cavo di terra non ha alcun impatto sulla mitigazione delle sovratensioni di commutazione, causate da fenomeni elettrici diversi all'interno del sistema di energia.

Quando un colpo di fulmine si verifica a metà tratta di un cavo di terra, vengono generati onde elettriche che si propagano in direzioni opposte lungo la linea. Queste onde raggiungono infine le torri di trasmissione adiacenti, progettate per canalizzare in sicurezza l'energia elettrica nella terra. Tuttavia, l'efficacia del cavo di terra dipende da un fattore chiave: la resistenza tra la base della torre e la terra deve essere mantenuta sufficientemente bassa. Un valore di resistenza elevato può ostacolare la dissipazione efficiente della corrente del fulmine, riducendo la capacità del cavo di terra di proteggere la linea di trasmissione e potenzialmente portando a sovratensioni e danni agli impianti.

Se la resistenza tra la base della torre e la terra non è bassa, e il cavo di terra o la torre viene colpito da un fulmine, il fulmine indurrà un potenziale estremamente alto. Questo potenziale elevato può causare un guasto da torre a uno o più conduttori di fase. Tale fenomeno è noto come back flashover.

Il back flashover si verifica specificamente quando il prodotto della corrente della torre e dell'impedenza della torre supera i livelli di isolamento della linea di trasmissione. Per mitigare questo rischio, un approccio efficace è ridurre la resistenza alla base della torre. In aree con alta resistività del terreno, sono comunemente utilizzati pali conficcati e contropodi.

Un contropodo è un conduttore sepolto nel terreno, solitamente realizzato in acciaio galvanizzato. Per un terminale aereo, il contropodo funziona come un terminale di terra specializzato. Il suo ruolo è diminuire l'impedenza di surriscaldamento della connessione a terra e migliorare l'accoppiamento tra il cavo di terra e il conduttore, migliorando così le prestazioni complessive di protezione dai fulmini del sistema.

Nelle linee di trasmissione, vengono utilizzati due tipi principali di contropodi: il contropodo parallelo e il contropodo radiale.

Contropodo Parallelo

Il contropodo parallelo è costituito da uno o più conduttori posizionati sottoterra lungo tutta la lunghezza della linea di trasmissione. Queste linee di contropodo sono collegate al cavo di terra aereo a ogni torre e palo. Questa configurazione aiuta a distribuire uniformemente la corrente elettrica durante un colpo di fulmine, riducendo il potenziale di accumulo di alte tensioni e minimizzando la probabilità di back flashover.

Contropodo Radiale

Il contropodo radiale è caratterizzato da una serie di fili che si estendono in un pattern radiale dalla base delle gambe della torre. La quantità e la lunghezza specifiche di questi fili sono determinate con cura in base a due fattori critici: la posizione geografica della torre e le condizioni del terreno prevalenti. Queste variabili giocano un ruolo significativo nell'ottimizzare l'efficacia del contropodo nella riduzione della resistenza alla base della torre e nel migliorare la protezione complessiva dai fulmini della linea di trasmissione.

Angolo di Schermo o Angolo Protettivo

L'angolo di schermo o angolo protettivo è definito come la misurazione angolare tra l'allineamento verticale del cavo di terra e il conduttore di fase che richiede protezione. Convenzionalmente, questo angolo è misurato come l'angolo formato tra la linea verticale passante attraverso il cavo di terra e la linea che collega il cavo di terra al conduttore di fase più esterno. Questo angolo serve come un parametro cruciale nella progettazione e valutazione dei sistemi di protezione dai fulmini per linee aeree di trasmissione, poiché influenza direttamente la capacità del cavo di terra di intercettare i colpi di fulmine e proteggere i conduttori di fase da potenziali danni.

Ottimizzazione degli Schermi e delle Configurazioni del Cavo di Terra

Per una protezione ottimale contro i colpi di fulmine nelle linee aeree di trasmissione, è cruciale minimizzare l'angolo protettivo. Angoli compresi tra 20° e 30° sono considerati altamente efficaci e sicuri per fornire una protezione adeguata ai conduttori di fase. Gli ingegneri generalmente evitano di impostare l'angolo protettivo al di sopra di 40°, poiché ciò riduce significativamente l'efficienza dello schermo e aumenta il rischio di colpi di fulmine diretti sui conduttori.

Nei moderni sistemi di energia ad alta tensione, che spesso presentano conduttori con maggiore distanza, una configurazione a doppio cavo di terra è diventata la norma. Questa configurazione offre una protezione superiore rispetto ai tradizionali sistemi a singolo cavo. L'uso di due cavi di terra non solo migliora la copertura e le capacità di intercettazione contro i fulmini, ma porta anche diversi vantaggi elettrici. Ad esempio, l'impedenza di surriscaldamento di un sistema a doppio cavo di terra è inferiore, permettendo una dissipazione più efficiente delle sovratensioni indotte dai fulmini. Inoltre, la presenza di due cavi aumenta l'effetto di accoppiamento tra i cavi di terra e i conduttori di fase. Questo accoppiamento migliorato aiuta a bilanciare meglio le cariche elettriche, riducendo ulteriormente la probabilità di sovratensioni e migliorando l'affidabilità e la resilienza complessiva dell'infrastruttura di trasmissione ad alta tensione.