Rete di Trasmissione Elettrica – Linee Aeree EHT e HT
Rete di Trasmissione Elettrica e Linee Aeree
Nei sistemi di potenza elettrici, la Tensione Extra Alta (EHV, dove la tensione V≥150 kV) e la Tensione Alta (HV, con 60 kV ≤ V <150 kV) sono comunemente utilizzate per la trasmissione di energia. L'uso di questi livelli di alta tensione serve a ridurre la corrente che scorre attraverso le linee di trasmissione. Secondo la legge di Joule, W=RI2t=UIt, dove W rappresenta l'energia dissipata sotto forma di calore, R è la resistenza del conduttore, I è la corrente, t è il tempo, e U è la tensione. Riducendo la corrente, diventa possibile diminuire la sezione dei conduttori, minimizzando così le perdite di potenza dovute all'effetto Joule.
Le reti di trasmissione iniziano tipicamente da centrali elettriche e stazioni di trasformazione. Sebbene le linee aeree siano il componente predominante in molte aree, nelle zone urbane, i cavi isolati sotterranei sono spesso una necessità a causa delle limitazioni di spazio e considerazioni estetiche.
Le linee aeree EHV e HV sono principalmente composte dai seguenti elementi chiave:
L'attrezzatura di trasmissione di potenza è progettata con l'obiettivo di minimizzare la formazione di scariche corona. Gli anelli corona, come mostrato nella Figura 1, svolgono un ruolo cruciale in questo senso. Diffondendo il campo elettrico su una superficie più ampia, riducono il gradiente del campo al di sotto della soglia di corona, sopprimendo efficacemente le scariche corona. Questo non solo aiuta a prevenire le perdite di potenza associate alla corona, ma riduce anche il rumore udibile e l'interferenza elettromagnetica, contribuendo all'efficienza e affidabilità complessiva del sistema di trasmissione.
Protezione Contro i Fulmini per Linee Aeree e il Ruolo dei Cavi OPGW
Uno dei rischi più significativi per le linee aeree è il fulmine. Queste linee sono esposte al rischio di colpi di fulmine lungo tutta la loro lunghezza, il che significa che la protezione fornita solo dai parafulmini nelle stazioni di trasformazione è insufficiente. Misure di salvaguardia aggiuntive sono essenziali per garantire l'affidabilità e la sicurezza del sistema di trasmissione.
Per affrontare questo problema, vengono installati "fili di protezione aerea contro i fulmini" lungo l'intero percorso delle linee aeree. Tra questi, i cavi Optical Power Ground Wire (OPGW) sono ampiamente utilizzati a causa della loro funzionalità doppia. Un cavo OPGW presenta una struttura tubolare che ospita uno o più fibre ottiche monomodo al suo interno. Questo assemblaggio centrale di fibre è poi circondato da diversi strati di fili d'acciaio e alluminio.
Gli strati esterni conduttori del cavo OPGW svolgono un ruolo cruciale nella protezione elettrica. Collegano le torri di trasmissione adiacenti a terra, creando un percorso a bassa resistenza per le correnti di fulmine. In tal modo, proteggono efficacemente i conduttori di potenza da colpi di fulmine diretti, riducendo la probabilità di danni alle linee di trasmissione principali.
Contemporaneamente, le fibre ottiche all'interno del cavo OPGW offrono notevoli vantaggi di comunicazione. Queste fibre possono essere utilizzate per la trasmissione di dati ad alta velocità, soddisfacendo varie esigenze nel settore dell'energia elettrica. Sono utilizzate per applicazioni interne come la protezione e il controllo delle linee di trasmissione, consentendo il monitoraggio in tempo reale e una rapida risposta a eventuali problemi. Inoltre, supportano le esigenze di comunicazione vocale e dati, facilitando la coordinazione tra diverse parti della rete elettrica.
Le fibre ottiche stesse possiedono eccellenti proprietà isolanti, che offrono una protezione intrinseca contro l'induzione elettrica dalle linee di trasmissione e dai fulmini. Sono anche altamente resistenti ai rumori esterni e alla crosstalk, assicurando l'integrità dei dati trasmessi. Inoltre, le fibre ottiche hanno perdite di trasmissione estremamente basse, rendendole ideali per la trasmissione di dati ad alta velocità su lunghe distanze senza un significativo degrado del segnale.
La Figura 2 illustra un esempio tipico di un cavo OPGW, mettendo in evidenza la sua struttura unica e come combini la protezione elettrica e le capacità di comunicazione, rendendolo un componente indispensabile nei moderni sistemi di linee aeree di trasmissione.
In alcuni paesi, per le vecchie linee aeree che operano a un livello di tensione di 72,5 kV, un approccio particolare alla protezione contro i fulmini era in uso. Storicamente, solo i primi quattro o cinque spanni adiacenti alle stazioni di trasformazione erano dotati di misure protettive, e venivano utilizzati cavi in alluminio rinforzato con acciaio (ACSR) per questo scopo. Tuttavia, questa soluzione è stata ora abbandonata. Il cavo Optical Power Ground Wire (OPGW) è diventato la scelta preferita, in quanto non solo offre una protezione efficace contro i fulmini, ma consente anche la comunicazione dati tra le stazioni di trasformazione, fornendo una soluzione più completa e versatile.
I cavi isolati presentano comunemente isolamento in polietilene reticolato (XLPE). Questi cavi hanno generalmente conduttori in alluminio e sono progettati per applicazioni monofase. L'uso dell'isolamento XLPE fornisce eccellenti proprietà elettriche, resistenza meccanica e durata, rendendolo ben adatto per la trasmissione di potenza.
Le reti di trasmissione a Tensione Extra Alta (EHV) e Tensione Alta (HV) adottano spesso una configurazione a "anello". Come mostrato nella Figura 3, questa disposizione è caratterizzata da un elevato grado di complessità. La configurazione a anello offre una maggiore affidabilità e flessibilità nella distribuzione di potenza, permettendo una migliore condivisione del carico e una manutenzione e operatività più facili della rete. Permette di ridirigere il potere in caso di guasto o lavori di manutenzione, minimizzando le interruzioni dell'approvvigionamento elettrico e assicurando un sistema di trasmissione più stabile ed efficiente.
