Presentazione

Convegno VGR
VALUTAZIONE E GESTIONE DEL
RISCHIO NEGLI INSEDIAMENTI CIVILI
ED INDUSTRIALI
VIII° edizione
Isolanti nei trasformatori
di potenza: potenziali
benefici nell’ uso di fluidi
innovativi
Bemporad E.(1), Berardi S.(1), Calcara L.(2), D’Addato G.(2), De
Bartolomeo D.(3a), Falconi M.(4), Ledda A.(1), Mazzaro M.(3b),
Pompili M.(2), Vecchio A.(4)
1) INAIL, Dipartimento Innovazioni Tecnologiche e Sicurezza degli
Impianti, Prodotti e Insediamenti Antropici
2) Università degli Studi di Roma La Sapienza, Dipartimento di Ingegneria
Astronautica, Elettrica ed Energetica
3) Ministero dell’Interno, Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco
a) Comando Provinciale di Caserta,
b) Nucleo Investigativo Antincendi
4) ISPRA, Dipartimento Difesa del Suolo
ROMA, 13 Settembre 2016
AGENDA
 Introduzione
 Tipologie di isolanti:
 Oli minerali
 Oli siliconici
 Esteri sintetici
 Esteri naturali
 Trasformatori di potenza in Italia:
 Normativa
 Assoggettabilità alla Seveso III
 Analisi incidentale:
 Incendio ed esplosione
 Sversamento e contaminazione di suolo e/o falda
 Conclusioni e prospettive
INTRODUZIONE
 Il tipo di trasformatore elettrico più diffuso è quello che utilizza
liquidi isolanti che ne estendono il campo di impiego alle più
elevate tensioni (>500 kV) e alle più elevate potenze (>500 MVA).
 I trasformatori isolati e raffreddati con olio minerale rimangono ad
oggi la soluzione più diffusa
 L’olio minerale viene utilizzato per le sue ottime proprietà
dielettriche e diatermiche, ma comporta rischi di incendio,
esplosione e rilascio tossico con contaminazione del suolo e delle
acque superficiali e di falda
 In ambito internazionale stanno trovando sempre crescenti
applicazioni liquidi isolanti innovativi, come gli esteri naturali (oli di
origine vegetale) che presentano alcuni vantaggi
 Nel Dicembre 2014 è stata pubblicata dal CEI la Norma IEC e
CENELEC EN 62770 “Esteri naturali nuovi per trasformatori e
apparecchiature elettriche similari”
INTRODUZIONE
TAVOLO DI
ESPERTI
UNIVERSITÀ di
Roma
La Sapienza
DIAEE
INAIL Dipartimento
Innovazioni Tecnologiche
e Sicurezza degli Impianti,
Prodotti e Insediamenti
Antropici
Corpo
Nazionale dei
Vigili del Fuoco
ISPRA
Dipartimento
Difesa del Suolo
verificare l’effettiva possibilità di ridurre i rischi per
l’uomo e per l’ambiente, attraverso una maggiore
diffusione degli esteri naturali in trasformatori
elettrici come fluidi isolanti innovativi
TIPOLOGIE DI ISOLANTI
 I vantaggi forniti dall’utilizzo nei trasformatori di un fluido dielettrico
sono stati chiari sin dalle prime applicazioni di queste apparecchiature
 I moti convettivi di un olio isolante, unitamente alle loro proprietà
dielettriche, permettono di raggiungere, in spazi contenuti, i più elevati
valori di tensione e potenza.
Oli minerali
miscele di idrocarburi contenenti migliaia di composti chimici di
strutture e dimensioni diverse, derivati principalmente da petrolio
greggio ma anche sintetizzati da carbone, gas naturale e biomassa
Oli siliconici
composti generalmente da catene sature di ossido di silicone e di
sintesi, l’esempio più comune è il poli(dimetilsilossano) o PDMS diffusi soprattutto dopo il bando degli oli contenenti PCB
Esteri sintetici
composti di sintesi ottenuti generalmente da alcoli e acidi grassi
saturi
Esteri naturali
prodotti generalmente da fonti rinnovabili (es. oli vegetali) e
consistenti sostanzialmente in trigliceridi
OLI MINERALI
 ottime proprietà
dielettriche e di
trasmissione del calore
 prezzo di mercato molto
contenuto rispetto a tutti
gli altri tipi di liquidi isolanti
☹temperatura di
infiammabilità inferiore agli
altri isolanti (comunque >
135-140 °C)
☹maggior impatto
(caratteristiche di pericolo
per salute umana ed
ambiente)
OLI SILICONICI
 elevata temperatura di
infiammabilità (>300 °C),
☹minore potere lubrificante,
☹comportamento instabile
delle caratteristiche di
 bassa tensione superficiale,
viscosità in presenza di forti
 inerzia chimica,
campi elettrici
 buona stabilità della
☹prezzo maggiore rispetto
viscosità alle alte
temperature
agli oli minerali
☹il PDMS a ca. 150°C in
atmosfera con ossigeno può
generare formaldeide,
 preferibili nei trasformatori
compatti altamente
sollecitati
(Tossico Acuto cat.3 tutte e tre le
vie espositive, Sensibilizzante e
Corrosivo per la pelle, Mutageno
cat.2 e Cancerogeno cat. 1B)
ESTERI SINTETICI
 biodegradabilità molto più
rapida rispetto agli oli
minerali e siliconici
 punto di infiammabilità
superiore rispetto agli oli
minerali (> 250 °C)
 tolleranza migliore
all’umidità rispetto agli
altri tre fluidi
☹costo maggiore tra tutti i
fluidi
ESTERI NATURALI
 punto di infiammabilità superiore
rispetto agli oli minerali
(generalmente > 300 °C);
 assenza di pericolo per la salute
umana e l’ambiente,
 rinnovabilità,
 possibilità di riutilizzo a fine vita
come sottoprodotti (es. biodiesel)
 elevata biodegradabilità (minor
impatto ambientale)
 azione protettiva: saturano più
acqua prevenendo l'accumulo
nelle carte isolanti e ritardandone
i processi di invecchiamento
☹maggiore costo
rispetto ai tradizionali
oli minerali
☹minore capacità di
resistenza
all’ossidazione
(migliorabile attraverso
l’uso di appropriati
additivi).
TIPOLOGIE DI ISOLANTI
Caratteristiche principali
Tensione di scarica a 50 Hz [kV] ASTM D877
Densità [g/cm 3]
Viscosità a 100 °C [cSt]
Viscosità a 40 °C [cSt]
Punto di fiamma [°C]
Punto accensione [°C]
Punto scorrimento [°C]
Saturazione acqua a 23 °C [ppm]
Biodegradabilità [%]
Calore specifico [J/Kg K]
Oli
Liquidi
Esteri
Esteri
minerali
siliconici
sintetici
naturali
45
40
43
56
0,87
0,96
0,97
0,92
2
17
6
8
9
39
29
33
148
300
270
325
165
345
306
360
-40
-55
-50
-21
55
220
2600
1100
25
0
97
1860
1510 1800÷2300 1500÷2100
ALTRO FLUIDO: olio sintetico classificato come “non infiammabile” a
base di policlorobifenili (PCB) (Askarel, Apirolio, ecc.)
 I PCB sono stati messi al bando alla fine degli anni ’80 (POP).
 Regolamentazione specifica (fine anni ’90) per bandirne l’uso e bloccarne
la diffusione nell’ambiente, prevedendo uno specifico programma di
decontaminazione e/o smaltimento per PCB >50 mg/kg (limite pericolo):
 D.lgs. 209/99, di attuazione della direttiva 96/59/CE,
 Regolamento CE n.850/2004
TIPOLOGIE DI ISOLANTI
Andamento della
viscosità
cinematica e
della capacità
termica con la
temperatura
TIPOLOGIE DI ISOLANTI
Andamento della
conducibilità
termica con la
temperatura
e della tensione
di scarica con
l’umidità
TIPOLOGIE DI ISOLANTI
 L’andamento combinato di viscosità cinematica, calore specifico
e conducibilità termica in funzione della temperatura permette
di ritenere la capacità di smaltimento termico del calore dovuto
alle perdite del trasformatore degli esteri naturali superiore
rispetto quelli raffreddati con oli minerali tradizionali, qualora la
stessa apparecchiatura sia progettata specificatamente per gli
esteri naturali
Andamento della biodegradabilità
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NORMATIVA TRASFORMATORI
Regolamento UE 548/2014
 fissa i requisiti obbligatori in materia di progettazione
ecocompatibile per i trasformatori elettrici con potenza
minima di 1 kVA utilizzati nelle reti di trasmissione e
distribuzione dell’energia elettrica
 è stato emanato al fine di favorire la penetrazione sul
mercato di tecnologie e soluzioni di progettazione che ne
migliorino il rendimento o l'efficienza energetica
 i trasformatori immessi sul mercato a partire dal
15/07/2015 sono soggetti a marcatura CE, mentre in
precedenza non lo erano in quanto le direttive 2006/95/CE
(bassa tensione), 2004/108/CE (Compatibilità
Elettromagnetica) e 2006/42/CE (Macchine), di
regolamentazione della marcatura stessa, risultano
inapplicabili.
NORMATIVA TRASFORMATORI
Il DM 15/07/2014 di approvazione della regola tecnica di
prevenzione incendi per la progettazione, l'installazione e
l'esercizio delle macchine elettriche fisse con presenza di liquidi
isolanti combustibili in quantità superiore ad 1 m³ (attività n.48 di
cui al DPR 151/2011), è invece finalizzato a:
a) prevenire e mitigare conseguenze di situazioni di guasto interno alle
macchine che possono essere causa d'incendio o esplosione;
b) garantire la stabilità delle strutture portanti al fine di assicurare il
soccorso agli occupanti;
c) limitare, in caso di incendio o esplosione, danni a persone, animali e
beni;
d) limitare la propagazione di un incendio all'interno dei locali, edifici
contigui o aree esterne;
e) assicurare la possibilità che gli occupanti lascino l'istallazione indenni o
che gli stessi siano soccorsi in altro modo;
f) garantire la possibilità per le squadre di soccorso di operare in condizioni
di sicurezza.
NORMATIVA TRASFORMATORI
Il DM 15/07/2014, anche ai fini della prevenzione della contaminazione
del suolo, prevede (capacità >1 m3) un sistema di contenimento:
 per macchine elettriche interne bacini di contenimento intorno alle
apparecchiature o convogliamento del liquido versato in un’area di
raccolta, entrambi dimensionati in modo da contenere il volume del liquido
isolante contenuto nelle macchine elettriche e quello del sistema di
protezione antincendio (ove previsto)
 per impianti all’aperto, il sistema di contenimento deve essere dimensionato
secondo le specifiche norme tecniche vigenti; la norma CEI-EN 61936-1
prevede una fossa di raccolta con lunghezza e larghezza pari a quelle del
trasformatore, aumentata su ciascun lato del 20% dell’altezza del
trasformatore (conservatore incluso)
 per macchine esistenti in precedenza al DM il sistema di contenimento può
essere comune a più macchine e deve essere dimensionato per contenere
almeno la quantità del liquido della macchina maggiore
 è consentito l'uso di sistemi di assorbimento, atti ad evitare lo
spandimento del liquido isolante combustibile, qualora risulti non
realizzabile il contenimento
ASSOGGETTABILITÀ SEVESO III
 D.lgs. 105/2015 Allegato I, parte II, punto 34 lett.e): “34.
Prodotti petroliferi e combustibili alternativi”, oli combustibili
densi e combustibili alternativi che sono utilizzati per gli
stessi scopi e hanno proprietà simili per quanto riguarda
l'infiammabilità e i pericoli per l'ambiente dei prodotti di cui alle
lettere da a) a d) ,
 S.I: 2.500 t, S.S: 25.000 t piuttosto elevate
 Q&A n.039, approvata, nel Seveso Expert Group n.4 del
15/01/2016 e pubblicata dalla CE il 1/03/2016 chiarisce che, per
poter essere ricompresa nella voce n.34, lettera e) combustibili
alternativi, una sostanza, oltre ad avere proprietà di pericolo
simili ai prodotti petroliferi delle lettere a), b), c), d) della voce
n.34, deve essere destinata all’utilizzo come combustibile
 ciò esclude l’assimilabilità al punto e) della stessa voce sia degli
oli minerali che del biodiesel nel caso di utilizzo come isolanti nei
trasformatori elettrici
ASSOGGETTABILITÀ SEVESO III
 resta ferma la necessità di verificare la composizione
completa in riferimento alla presenza di altre sostanze
specificate e/o che possano comportare la classificazione in una
categoria contemplata dall’Allegato I, parte I
 qualora il trasformatore si trovi all’interno di uno stabilimento
soggetto al D.lgs. 105/2015, il fluido isolante, ove classificato,
può concorrere all’applicazione della regola delle somme di
cui alla nota 4 dell’Allegato I
 gli oli minerali sono generalmente UVCB ai sensi del
Regolamento REACH, derivanti dalla distillazione del petrolio,
caratterizzati da classificazione armonizzata come cancerogeni
di cat. 1B, non di interesse ai fini “Seveso”
 va quindi verificata l’eventuale autoclassificazione in
categorie di cui all’Allegato I
ANALISI INCIDENTALE
 Incendi/esplosioni occorsi negli ultimi 10 anni a livello nazionale;
 Sversamenti accidentali, con contaminazione del suolo e/o della
falda acquifera
 L’ analisi incidentale può risultare utile anche ai fini della
pianificazione di emergenza ai sensi del D.lgs. 81/2008 e, non
ultimo, nel caso di assoggettabilità al D.lgs. 105/2015 (Seveso III)
 L’analisi è stata differenziata in funzione degli scenari incidentali,
pur cercando di seguire lo stesso approccio
incendi/esplosioni
grandi trasformatori
sversamenti accidentali
 trasformatori con contenuto di liquido
isolante ≤1 m3,
 contaminazioni pregresse,
 macchine di vecchia installazione ove
non sia realizzabile il contenimento
 trasformatori normalmente non in
esercizio (es. di riserva).
ANALISI INCENDI/ESPLOSIONI
 circa 5.500 interventi dei Vigili del Fuoco avvenuti in ITALIA:
 periodo di osservazione di dieci anni (2005 – 2014),
 siti elettrici
 solo 192 hanno avuto esiti significativi e hanno riguardato
trasformatori sia di potenza (142) che da distribuzione (50)
 soltanto 14 incendi possono essere classificati come rilevanti
 in nessun caso si sono avuti incidenti mortali ma solo un
ferito (lieve)
stima a livello nazionale
 ca. 1.000 i trasformatori AT/AAT
 ca. 1.000.000 i trasformatori da
distribuzione (MT/bt)
rischio per perdite di vite umane imputabili a incendi di
trasformatori praticamente irrilevante (<𝟏𝟎−𝟕 )
INCENDI/ESPLOSIONI
Numero
incendi di
trasformatori
(VVF ultimi 10
anni)
b) – Trasformatori Media e bassa tensione
a) - Trasformatori in Alta Tensione
Ripartizione
per regione di
incendi di
trasformatori
(VVF ultimi 10
anni)
b) – Trasformatori Media e bassa tensione
a) - Trasformatori in Alta Tensione
Fulminazione
10%
Rottura
Cause di guasto
casson
di incendi di
1%
trasformatori
Non
(VVF ultimi 10
accertate
anni)
25%
Altre
10%
Trasformatori
in AT
Elettriche
54%
Altre
2%
Fulminazione
8%
Non accertate
16%
Trasformatori
in MT e bt
Elettriche
74%
SVERSAMENTI
 da trasformatori MT/bt conseguenza di danneggiamenti per
manomissione (finalizzati soprattutto al furto di rame)
 dati disponibili geograficamente limitati
Probabile sottostima:
non sono compresi i dati
relativi agli sversamenti
da trasformatore occorsi
nella Città di Roma
(sottostima)
SVERSAMENTI
 approfondimento delle situazioni di inquinamento del suolo
denunciate al 2006 in Provincia di Viterbo
 i rilasci accidentali da trasformatore, nonostante siano gli eventi
più frequenti, sono quelli che risultano meno critici in termini
di rischio, essenzialmente per via della ridotta estensione
della superficie di suolo contaminata.
SVERSAMENTI
Eventi gravi in trasformatori di grandi dimensioni
Data
apr-16
feb-16
ott-15
Luogo/ sito del
trasformatore
USA, lago
Michigan,
feb-12
Quantità olio minerale
Azioni mitigazione/
bonifica
-
113.500 l
il terreno contaminato
è stato rimosso per
poter essere
bonificato “off-site”.
centrale di
Aprilia
incendio da
2.000 l (in parte fuoriusciti
malfunzionamento di un dalla vasca di raccolta e in
componente della turbina parte bruciati)
Roma
rottura ed incendio a
causa di un fulmine
35.000 l (in parte fuoriusciti
dalla vasca di raccolta e in
parte bruciati)
incendio causato da un
problema nel sistema di
isolamento, di carta
speciale, che ha portato
ad un cortocircuito
92.000 l di cui 11.400 l
sversati e 31.500 l in parte
raccolti dai sistemi di
contenimento in parte
bruciati
esplosione
75.000 l di olio minerale
(privo di PCB)
sono stati recuperati
37.000 l
20.000 l sversati
-
stato di New
York, lago
mag-15
Hudson,
centrale
nucleare “Indian
Point”
2010
apr-15
Tipo evento/causa
sversamento
miniera,
Quebec, Canada
ILVA, Taranto
rottura a seguito di un
cortocircuito ed incendio
38.000 l (in parte fuoriusciti
dalla vasca di raccolta e in
parte bruciati)
-
CONCLUSIONI E PROSPETTIVE
 il rischio associato agli eventi incidentali riguardanti i trasformatori
di potenza e di misura, pur se non preoccupante, non è affatto
trascurabile:
 gli incendi risultano numerosi, ma solo in rari casi hanno comportato
conseguenze rilevanti,
 gli sversamenti limitati essenzialmente ai piccoli trasformatori e
quindi di entità ridotta, risultano piuttosto significativi come numero di
eventi, ma complessivamente non sembrano presentare particolare
criticità
 sono previsti approfondimenti per verificare ciò (campione attualmente
circoscritto) e stimare quindi, a seguito delle opportune verifiche sulle
caratteristiche di infiammabilità, biodegradabilità e tossicità degli esteri
naturali rispetto agli oli minerali, l’effettiva riduzione del rischio che la
sostituzione può comportare
 è previsto inoltre un più ampio studio di sostenibilità sull’impiego
degli esteri naturali nei trasformatori di potenza e di misura che
tenga in debito conto gli aspetti economici, ambientali e sociali
FINE
DOMANDE O
SUGGERIMENTI?
E
…………..
GRAZIE A TUTTI PER
L’ATTENZIONE!
[email protected], [email protected], [email protected]
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