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Corrosione ed interferenze elettromagnetiche in corrente alternata su tubazioni metalliche: effetto del degrado del rivestimento isolante G.Lucca SIRTI S.p.A - Milano Interferenze elettromagnetiche in corrente alternata a 50Hz prodotte da linee elettriche o linee ferroviarie su tubazioni metalliche interrate Accoppiamento elettromagnetico che produce una interferenza elettromagnetica; ovvero tensioni e correnti indotte sul circuito tubazione-terra INTERFERENZA ELETTROMAGNETICA a 50Hz su tubazioni metalliche interrate: possibili effetti PERICOLO per le persone DANNI agli impianti •Tensioni indotte (sicurezza elettrica) •Perforazioni del rivestimento isolante • Malfunzionamento degli apparati di protezione catodica CORROSIONE in corrente alternata Corrosione in corrispondenza di una falla nel rivestimento isolante della tubazione Corrente indotta per interferenza elettromagnetica a 50Hz Parete della tubazione Rivestimento isolante Falla nel rivestimento isolante Corrosione localizzata suolo QUALI I SONO I LIVELLI DI INTERFERENZA ACCETTABILI PER IL RISCHIO CORROSIONE IN CORRENTE ALTERNATA? Limiti in termini di tensione alternata indotta CEN/TS 15280 (2006) 4V se ρ<25β¦m 10V se ρ>25β¦m NACE SP0177 (2007) 15V VALUTAZIONE DELLA TENSIONE INDOTTA MEDIANTE UN MODELLO ELETTRICO Il circuito tubazione-terra viene studiato mediante una linea di trasmissione equivalente formata da una catena di tante celle elementari. FFkk II kk-1-1 VVkk IIkk ZZkk YYkk sskk tubazione tubazioneII k+1 k+1 YYk+1 k+1 terra terralontana lontana ss k+1 cella di calcolo k-esima k+1 VVk+1 k+1 Parametri elettrici (legati alla resistenza di isolamento del tubo rispetto alla terra). Sono in stretta relazione allo stato del rivestimento isolante il quale subisce un naturale degrado nel tempo Fk I k -1 Vk Ik Zk Yk sk tubazione I Yk+1 terra lontana Tensioni e correnti indotte sulla tubazione, a parità di altre condizioni, subiranno anch’esse una variazione nel corso della vita dell’impianto s k+1 k+1 V k+1 Nell’ambito della protezione catodica si fa uso di due parametri per descrivere lo stato del rivestimento isolante Efficienza del rivestimento ππππππππππ π ππ ππππππππππππ πππππ π π πππππ ξ= ππππππππππ ππππππ π ππ ππππππππππππ Resistenza di isolamento Ris Descrive il grado di isolamento elettrico della tubazione rispetto al suolo πππ πΉππ ≅ π−ξ Come degrada nel tempo l’efficienza del rivestimento delle tubazioni interrate? A nostra conoscenza non esistono indicazioni precise COME SUGGERITO DA ALCUNE NORMATIVE INTERNAZIONALI PER LE TUBAZIONI SOTTOMARINE (DNV RP-B401, ISO 15589-2) SI POTREBBE ASSUMERE UNA LEGGE EMPIRICA DI TIPO LINEARE DEL TIPO: ξ= −ππ + π Sulla base di dati statistici riguardanti numero e dimensione delle falle e di misure in campo di resistenza di isolamento, è stato possibile fare una stima dei parametri a e b per tubazioni con rivestimento in polietilene (PE) o in bitume Polietilene Bitume a [10-7 anni-1, 10-6anni-1] [10-6 anni-1, 10-5anni-1] b 0.999999 0.99999 ESEMPIO DI DEGRADO DELL’EFFICIENZA DEL RIVESTIMENTO NEL TEMPO 100 ξ% PE 99.997 99.994 οΈ%PE ( t ) bitume οΈ%bit ( t ) 99.991 99.988 99.985 0 2 4 6 8 10 t 12 14 16 anni 18 20 ESEMPIO DI DEGRADO DELLA RESISTENZA DI ISOLAMENTO NEL TEMPO 6 1ο΄10 Resistenza di isolamento [Ωm2] polietilene 5 1ο΄10 bitume Ris_PE( t ) Ris_bit ( t ) 4 1ο΄10 3 1ο΄10 ο4 1ο΄10 ρ=100Ωm sr=3mm ο3 1ο΄10 0.01 0.1 1 10 t anni 100 ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 1 elettrodotto metanodotto • Elettrodotto 150kV-50Hz (fase 1: 142A ∠1800, fase 2: 142A ∠00, fase 3: 0A, fune di guardia: 2.8A ∠370) • Metanodotto 24km ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 1 10 -------- rivestimento ideale Tensione indotta [V] -------- 0 anni 8 -------- 1 anno Vkp ο¬ο 1 -------- 5 anni Vkp ο¬ο 2 Vkp ο¬ο 3 -------- 10 anni 6 -------- 20 anni Vkp ο¬ο 4 Vkp ο¬ο 5 4 Vkp ο¬ο 6 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 skp 1000[km] Progressiva 16 18 20 22 24 ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 2 elettrodotto metanodotto • Elettrodotto 380kV-50Hz (fase 1: 630A ∠00, fase 2: 630A ∠1200, fase 3: 630A ∠2400, fune di guardia 1: 5A ∠700, fune di guardia 2: 5A ∠-320). • Metanodotto 28.5km ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 2 100 Tensione indotta [V] -------- rivestimento ideale Vkp ο¬ο 1 90 -------- 0 anni 80 -------- 1 anno 70 -------- 5 anni Vkp ο¬ο 2 Vkp ο¬ο 3 -------- 10 anni 60 -------- 20 anni Vkp ο¬ο 4 50 Vkp ο¬ο 5 40 Vkp ο¬ο 6 30 20 10 0 0 10 20 skp Progressiva [km] 1000 ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 3 TUBAZIONE SOGGETTA AD UNA INDUZIONE UNIFORME 5V/km lunghezza 5km 1Ω Tensione indotta [V] ESEMPIO DI CALCOLO DI INTERFERENZA 3 -------- riv. ideale -------- 0 anni -------- 1 anno -------- 5 anni -------- 10 anni -------- 20 anni Progressiva [km] CONCLUSIONI ο Il degrado, nel tempo, del rivestimento isolante di una tubazione interrata è senza dubbio un fattore di cui occorre tener conto per le valutazione delle interferenze elettromagnetiche indotte lunga la tubazione stessa e quindi anche del rischio di corrosione in corrente alternata. ο In linea di massima e con le dovute eccezioni, si può affermare che, a parità di altre condizioni, al progressivo degrado del rivestimento corrisponde generalmente una diminuzione della tensione indotta. ο Ai fini della valutazione delle interferenze elettromagnetiche indotte sulla tubazione occorrerebbe conoscere, da misure in campo, il valore il più possibile aggiornato della resistenza di isolamento. ο Qualora tale informazione non fosse disponibile, si potrebbe adottare come valore di resistenza di isolamento quello al momento della posa della tubazione in campo e, considerando poi una sua progressiva diminuzione nel tempo, valutare le corrispondenti tensioni indotte
