le innovazioni tecnologiche

Mario Lanciano(1)
Simone Pratesi(2)
Roberto Pierro(3)
gallerie&tunnelling
LE INNOVAZIONI
TECNOLOGICHE
ALLA LUCE DELLA NUOVA
NORMA CEI 64-20
LE NUOVE DISPOSIZIONI PER GLI IMPIANTI ELETTRICI, UBICATI ALL’INTERNO
O COMUNICANTI CON IL SUO INTERNO, DELLE GALLERIE STRADALI SOGGETTE
O NON SOGGETTE AL CONTROLLO DI PREVENZIONE INCENDI
L
e innovazioni tecnologiche che andremo a descrivere seguono il filo conduttore alla base della redazione della recente
Norma CEI 64-20 sugli impianti elettrici in gallerie stradali,
la zonizzazione e la modularità.
Per facilitare una corretta scelta e installazione degli impianti, la
galleria viene suddivisa nelle seguenti zone di sicurezza con riferimento al punto d’innesco di un incendio:
• zona 0: zona a esposizione ridotta;
• zona 1: zona a esposizione media;
• zona 2: zona a esposizione elevata.
Inoltre, se la galleria viene suddivisa longitudinalmente in moduli
di carico autonomi, alimentati da uno o più circuiti indipenden-
1.
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ti, si garantirà così una distribuzione omogenea e ripetitiva che
consente - oltre alla semplicità di progettazione e di installazione
- un’elevata affidabilità del sistema in caso di un disservizio dovuto a un guasto elettrico/meccanico o ad un evento di incendio
in galleria.
La Norma si applica agli impianti elettrici delle gallerie stradali
soggette o non soggette al controllo di prevenzione incendi. Le
prescrizioni valgono per tutti gli impianti ubicati all’interno della
galleria o comunicanti con il suo interno.
In questi recenti anni la sostenibilità delle opere infrastrutturali
e in particolar modo quella dei tunnel stradali ha acquisito una
maggiore rilevanza. Il numero delle gallerie è aumentato e con
esso l’attenzione agli aspetti della sicurezza e relativi costi.
Molte azioni sono state intraprese, ma non sempre in modo
organico.
In questi ultimi anni sono stati sviluppati diversi sistemi innovativi
per assicurare una gestione e un esercizio sostenibile, contemporaneamente ad un incremento del livello di sicurezza, attraverso
l’individuazione delle migliori tecnologie attualmente disponibili
a livello internazionale.
Un particolare riguardo è stato dedicato alla riduzione dei costi
energetici e manutentivi, attraverso una gestione integrata della
sicurezza con l’introduzione di migliori sistemi e procedure per
la gestione dell’incendio in galleria, come la stratificazione dei
fumi in caso d’incendio, l’avviamento dei ventilatori in brevissimo
tempo, il controllo istantaneo delle temperature, la direzione di
propagazione dei fumi caldi, la mitigazione e/o spegnimento in
automatico, la gestione in tempo reale della diffusione sonora,
la presenza cavi.
Di seguito vengono descritte alcune delle più importanti innovazioni tecnologiche sviluppate per applicazioni specifiche in
gallerie stradali.
IMPIANTI ELETTRICI
LA VENTILAZIONE IN GALLERIA
Il sistema di ventilazione in galleria ha una duplice funzione: in
ordinario serve per ottenere la diluizione delle emissioni degli
inquinanti all’interno della galleria in condizioni di esercizio; in
emergenza, per la gestione dei fumi generati da un incendio,
garantendo l’esodo in sicurezza degli utenti e facilitando le operazioni di soccorso e di spegnimento.
Ogni ventilatore deve essere alimentato mediante un circuito
esclusivo direttamente dalla cabina elettrica di alimentazione.
Per motivi legati alla sicurezza degli operatori e per facilità nelle
attività di manutenzione, ogni ventilatore deve essere sezionabile localmente tramite l’installazione di presa a spina industriale
con interruttore di blocco, entrambi con caratteristiche tali da
garantire la continuità elettrica a 400 °C almeno per 90 minuti.
I ventilatori devono essere collegati all’alimentazione elettrica di
emergenza. Il sistema di comando e controllo del sottosistema
di ventilazione deve essere collegato all’alimentazione elettrica
di sicurezza.
I ventilatori devono essere dotati di trasduttori sismici per la
misura delle vibrazioni secondo una qualsiasi direzione radiale
e un sensore deve rilevare il distacco meccanico del ventilatore.
Con lo scopo principale di gestire correttamente ogni evento
in ordinario o in emergenza, ogni ventilatore deve essere equipaggiato con un variatore di velocità incorporato direttamente
o nelle sue immediate vicinanze. Il sistema nel suo complesso
deve essere in grado di garantire la continuità di servizio a 400
°C per almeno 90 minuti.
Per ottemperare a queste prescrizioni è stato ideato il Ventilatore Elettronico, formato da una unità di
ventilazione di Jet Fan del tipo di Nuova
Generazione (con motore centrale senza base, pale in acciaio inossidabile e
sistema di aggancio al tetto con profili
regolabili), provvista di un sistema di controllo elettronico della velocità e degli
apparecchi necessari per la protezione,
by-pass e inversione del senso di marcia.
Il variatore utilizzato in questo caso ha un
grado di protezione IP65, ciò permette la
sua installazione diretta sul ventilatore, essendo idoneo a sopportare le avverse condizioni ambientali delle gallerie stradali,
il lavaggio a getto d’acqua ed evitando contemporaneamente
i problemi di surriscaldamento.
Tutte le installazioni per fare l’inversione del senso di giro e il bypass sono all’interno di una cassetta metallica con un isolamento
termico adeguato per poter continuare a funzionare in condizioni di emergenza durante due ore a una temperatura di 400 °C.
L’adozione del ventilatore elettronico comporta i seguenti vantaggi:
• riduzione della potenza assorbita;
• eliminazione della corrente d’avviamento;
• sostanziale riduzione della corrente nominale;
• incremento del fattore di potenza a valori prossimi a 1;
• riduzione delle armoniche nella linea d’alimentazione;
• sensibile riduzione dei livelli di rumore;
• controllo permanente del flusso d’aria;
• notevole riduzione dei tempi di frenatura e inversione di marcia;
• riduzione dei tempi d’installazione;
• riduzione dei consumi energetici;
• riduzione dei costi d’installazione.
I SISTEMI DI MITIGAZIONE INCENDIO
Un’efficace soluzione alla lotta antincendio nelle gallerie stradali si ottiene con l’implementazione del sistema di mitigazione
incendio Colombo, attraverso una semplice modifica dell’impianto idrico-antincendio tradizionale (si veda “S&A” n° 110).
Questa modifica consiste nella realizzazione di derivazioni dalla
3. Lo schema di principio del sistema Colombo
2. ll Ventilatore Elettronico
dorsale, in tratti di lunghezza prefissata, mediante valvole che
alimentano ugelli erogatori posizionati su una rete secondaria.
La miscela erogata dagli ugelli è ottenuta mescolando l’acqua
dell’impianto idrico-antincendio esistente con un agente schiumogeno a bassa espansione, specifico per i tipi di focolai propri
delle gallerie stradali.
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gallerie
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La lunghezza e il posizionamento delle reti secondarie, con relativi
ugelli, viene determinata in modo che il getto generato dagli
ugelli garantisca la portata di progetto e l’uniformità della distribuzione dell’agente estinguente.
L’attivazione dell’impianto avviene in forma automatica attraverso
l’interazione con il sistema di rilevazione lineare di temperatura
sensorico Modultem, che individua con assoluta precisione l’ubicazione del focolaio all’interno della galleria.
Questo sistema di mitigazione e spegnimento innovativo consente di ottenere i seguenti benefici:
• riduzione del rischio pertinente a una specifica galleria;
• intervento automatico immediato e controllato della erogazione;
• incremento del livello di sicurezza percepito dagli utenti;
• non interferisce con la stratificazione dei fumi;
• consente l’intervento del Personale preposto alla sicurezza in
condizioni sicure;
• ridotti interventi di manutenzione;
• riduzione dei premi assicurativi;
• riduzione dei danni diretti alle strutture e agli impianti;
• riduzione dei danni indiretti legati all’ambiente e alla gestione
stradale.
SISTEMI DI CONTROLLO, INDIVIDUAZIONE E
RILEVAZIONE INCENDIO
Nelle gallerie stradali dotate di un sistema di ventilazione deve
essere previsto un impianto di rilevazione incendi.
Per evitare falsi allarmi e garantire la rilevazione con tempestività
di un evento anomalo, l’impianto deve essere ridondante e interfacciato tramite il sistema di gestione. I dispositivi più utilizzati
sono i seguenti:
• opacimetri;
• sensori di concentrazione di monossido di carbonio e ossido
di azoto;
• rilevatori lineari di temperatura.
In particolare, i rilevatori lineari di temperatura sono sistemi preposti a controllare le variazioni di temperatura dovute ad eventi
non naturali all’interno delle gallerie, a localizzare la zona in cui si
è verificato l’evento e ad inviare segnali di allarme al superamen-
4. Lo schema a blocchi del Modultem
4
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to delle soglie impostate. Il sistema di rilevamento lineare deve
inoltre permettere l’attivazione in automatico dei sistemi di sicurezza quali segnalazione dell’evento, illuminazione di sicurezza,
ventilazione, impianti automatici di spegnimento, ecc..
Il sistema innovativo a cavo sensorico Modultem contiene piccoli circuiti elettronici termosensibili, con indirizzamento definito,
posizionati a distanze prefissate all’interno di un cavo speciale
protetto dai disturbi elettromagnetici.
Il cavo sensorico Modultem può essere suddiviso a livello di programmazione in tratti di cavo corrispondenti a diverse zone di
allarme ognuna delle quali potrà prevedere una differente soglia
di allarme.
L’allarme viene generato quando la temperatura di un sensore
supera la soglia massima oppure quando vi è un incremento di
temperatura, di pochi gradi, in un dato tempo ( gradiente di temperatura).
Dato che la temperatura viene misurata con una risoluzione di
0,1 °C, il sistema raggiunge una alta sensibilità e, grazie all’uso
di particolari algoritmi, vengono eliminati falsi allarmi dovuti ai
cambiamenti naturali di temperatura.
L’unità di controllo, ubicate normalmente nelle nicchie e/o bypass, alimentano due derivazioni, effettuano la scansione ciclica
dei sensori, leggono tutti i valori di temperatura, elaborano e inviano, attraverso la rete dorsale in fibra ottica, tutta l’informazione
al Centro di controllo.
La tecnologia costruttiva permette a questo tipo di rilevatore di
poter essere posato direttamente nella passerella portacavi, senza bisogno di fissaggi particolari e costosi.
La costruzione modulare permette una alta flessibilità e adattabilità a tutte le esigenze, con i seguenti vantaggi:
• localizzazione precisa dell’incendio;
• modularità con configurazione automatica;
• assenza di manutenzione;
• bassissimi costi di installazione.
I SISTEMI DI COMUNICAZIONE
Il sistema di comunicazione deve consentire:
• la comunicazione agli utenti di istruzioni di comportamento
attraverso messaggi visivi e vocali preregistrati;
• la comunicazione agli utenti dalla sala
di controllo o da una postazione remota di informazione aggiuntive.
La rete di comunicazione deve consentire
la continuità e l’efficienza dei servizi che
assolvono funzioni di sicurezza. Nel suo
dimensionamento si deve tener presente:
• il funzionamento in condizioni degradate;
• ridondanze;
• futuri ampliamenti.
In determinati contesti di emergenza
all’interno delle gallerie stradali, è fondamentale che il livello di intelligibilità dei
messaggi parlati trasmessi dai sistemi di
comunicazione sia percepito in maniera
ottimale.
IMPIANTI ELETTRICI
5. L’installazione in galleria dello Safevoice
Le soluzioni tradizionali di trasmissione acustica hanno rivelato
diverse problematiche legate ai seguenti fattori: l’elevato livello
di rumorosità causato dai veicoli e dai sistemi di ventilazione; il riverbero e la riflessione in una struttura come quella delle gallerie,
chiusa su quattro lati, che non permette una buona intelligibilità
del parlato; l’elevato livello di distorsione dei sistemi degli altoparlanti convenzionali.
Lo studio e l’approfondimento di queste problematiche ha permesso di sviluppare l’innovativo sistema Safevoice, che si configura come la soluzione ottimale per la trasmissione acustica a
massima efficienza e intelligibilità in ambienti rumorosi, aggressivi
e riverberanti come nel caso delle gallerie stradali.
Il sistema è composto da un insieme di altoparlanti, facilmente posizionabili complanari al soffitto della galleria, comandati
da un struttura di supervisione e controllo capace di integrare la
diffusione sonora con tutti gli altri impianti di sicurezza presenti
all’interno della galleria.
La peculiare geometria della tromba del sistema Safevoice è stata
studiata per ridurre le riflessioni laterali e fornire un’elevata potenza sonora ed alta direttività, utilizzando la volta della galleria
come guida d’onda.
La diffusione dei messaggi parlati in gallerie attraverso il sistema
Safevoice consente di:
• comunicare agli utenti istruzioni di comportamento attraverso
messaggi vocali preregistrati e/o la comunicazione da una sala
di controllo o postazione remota di informazione aggiuntive,
riducendo in forma considerevole l’attivazione di comportamenti e relative misure di sicurezza;
• ai Gestori della galleria, di ottimizzare le infrastrutture civili
mediante l’introduzione del sistema di diffusione sonora nei
6. L’altoparlante Safevoice
processi di valutazione di analisi dei rischi;
• funzionare in condizioni degradate, con architettura ridondante e aperta a futuri ampliamenti.
Gli evidenti vantaggi rispetto ad un sistema convenzionale comprendono:
• velocizzare e rendere più sicuri eventuali esodi;
• superiore intelligibilità dei messaggi parlati;
• riduzione delle dotazioni di sicurezza, potendo coprire grandi
distanze con un numero minimo di fonti;
• elevata direzionalità;
• elevata potenza sonora con minima distorsione;
• notevole riduzione dei costi di installazione e manutenzione.
IL SISTEMA ANTIFURTO CAVI
Nelle gallerie stradali in fase di esercizio, risulta di fondamentale importanza garantire il corretto funzionamento degli impianti
elettrici e meccanici, progettati ed installati per mantenere un
elevato livello di sicurezza per gli utenti in transito e anche per gli
addetti alla gestione e sicurezza di queste infrastrutture.
Una progettazione integrata degli impianti deve considerare,
oltre alla ottimizzazione dei costi d’installazione, l’applicazione
di tecnologie innovative che permettano di accertarsi della loro
presenza fisica; in caso contrario, vengono meno i presupposti
considerati nella fase di valutazione analisi rischi.
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gallerie
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Il Cablok è un sistema che garantisce costantemente il
monitoraggio del collegamento tra le cabine e le utenze
in bassa tensione.
Le finalità sono quelle di monitorare i sistemi e comunicare eventuali anomalie degli impianti, nei seguenti
modi:
1.presenza del cavo: viene verificato costantemente lo
stato del cavo e quindi la sua presenza in impianto, sia
durante il normale funzionamento e sia durante l’inattività dell’utenza. Questi controlli sono dei provvedimenti
doverosi in considerazione dei sempre più frequenti furti
di cavi sugli impianti. Il sistema è in grado di verificare in tempo
reale un eventuale furto del cavo per un pronto intervento del
Personale addetto alla gestione delle infrastrutture;
2.degrado del cavo: il sistema verifica inoltre che lo stato di
servizio dei cavi sia corretto ed efficiente in modo da garantire la sicurezza del servizio. Un degrado delle caratteristiche
di isolamento o una problematica sul cavo può determinare
disservizi anche gravi nel sistema di distribuzione dell’energia. Il sistema è in grado di determinare i valori di degrado
del cavo e, attraverso un opportuno algoritmo, pianificare un
intervento preventivo per la riparazione e/o sostituzione del
cavo danneggiato.
Il funzionamento del sistema permette anche una manutenzione
preventiva degli impianti, che in termini di tempo e di oneri risulta
molto più vantaggiosa.
Gli obiettivi del sistema innovativo Cablok sono quelli di:
• verificare che i cavi posati in impianto siano presenti e non
siano stati rubati da malintenzionati;
8. Il sistema
Antifurto Cavi Cablok
• eseguire periodicamente, in modalità automatica, la misura
della resistenza di isolamento dei cavi rispetto a terra; questa
funzione permette di ottenere una fotografia dello stato dei
cavi, consentendo l’intervento in anticipo rispetto ad un ipotetico degrado che creerebbe dei fuori servizio o dei malfunzionamenti dell’ impianto;
• misurare i parametri elettrici delle utenze, al fine di poter tracciare una mappa dei consumi e pianificare azioni adeguate
e/o funzionalità adeguate per il miglioramento dell’efficienza
energetica.
Il Cablok è un sistema adatto non solo alle nuove installazioni
ma anche all’utilizzo in impianti esistenti; costituito da componenti di ridotti dimensioni e facili d’installare
negli impianti già in servizio, il sistema presenta
diversi tipi di vantaggi sia per la Committenza
che per gli installatori.
Di seguito indichiamo i più significati e rilevanti:
• rilevamento immediato di un furto dei cavi monitorati;
• trasmissione dati a un Centro di controllo geografico;
• monitoraggio curve dei consumi per miglioramento efficienza energetica;
• monitoraggio degrado dei cavi;
• elevata affidabilità elettrica;
• assenza di manutenzione;
• assenza di guasti nel tempo;
• ridottissimo ingombro;
• ridotti tempi di installazione (sia sui nuovi impianti sia su quelli in esercizio);
• ridotti costi d’installazione;
• risparmio economico nel caso di furto per fermo
galleria, sostituzione cavi e nuovi test di verifica
(senza contare i disagi collaterali).
n
Amministratore Delegato di Italoiberica
Engineering Group
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Amministratore Delegato di B&C Speakers
(3)
Commercial & Marketing Director di Kiepe
Electric SpA
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