P R O V I N C I A di F O G G I A
R
E
G
I
O
N
E
C O M U N E di M A N F R E D O N I A
Progetto per la costruzione ed esercizio
di un impianto alimentato da fonte eolica
P
U
G
L
I
A
- Potenza nominale: 32.5 MW -
COMUNE:
MANFREDONIA (FG)
LOCALITA':
"Panetteria del Conte - Ramatola"
GAR ENERGY S.r.l.
PROPONENTE
ELABORATO
Via Dante Alighieri, 5
71013 San Giovanni Rotondo (FG)
Calcoli Preliminari delle Strutture e
degli Impianti
Scala: 0:00
N. Tavola
Codice Elaborato:
Geologo
R.C.P./Ing-GAR
Francesco Stefano FERRANTE
I Tecnici incaricati
Revisione:
n.
g/2008
Ing.
Giovanni BRUNO
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
COMUNE DI MANFREDONIA
(Foggia)
Progetto per la costruzione ed esercizio di un impianto alimentato da
fonte eolica – potenza nominale: 32.5 MW –
località “Panetteria del Conte - Ramatola”
OGGETTO:
RELAZIONE DI CALCOLO PRELIMINARE PER STRUTTURE IN
FONDAZIONE;
relative a:
-
Torre da 85,00 mt., a sostegno di un aereogeneratore tipo
GE 2.5 xl - da 2.5 MW;
-
Località: “Panetteria del Conte - Ramatola”, Manfredonia (FG);
-
Quota max s.l.m.: 10/20 mt.
-
Zona Sismica: 2 (S = 9).
-
Wind turbine class: III A.
PREMESSA:
Di seguito si riportano i calcoli preliminari di verifica delle strutture a sostegno
dell’aereogeneratore GE 2.5 xl da 2.5 MW, di altezza al mozzo di 85,00 mt, su fondazione
isolata a plinto.
Saranno verificate e/o dimensionate la virola di fondazione, i dispositivi di ancoraggio al
plinto di fondazione, il plinto di fondazione a base ottagonale di lato 6.60 mt, circa, assimilabile
ad una fondazione a base quadrata di lato 16 mt..
DESCRIZIONE DELLE OPERE:
Gli aereogeneratori GE 2.5 xl da 2.5 MW, di futura installazione nel parco in epigrafe,
saranno montati su torre metallica di altezza al mozzo di 85,00 mt., secondo le seguenti fasi
costruttive:
1. Plinto di fondazione (quadrato di lato 16,0 mt);
2. Virola di fondazione, ovvero anello metallico costituente l’elemento di collegamento tra il
plinto di fondazione e la torre;
1
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3. Torre metallica in tre sezioni di altezza complessiva pari a 85.0 mt. (non oggetto della
presente verifica)
4. Navicella, ovvero guscio metallico per l’alloggiamento delle apparecchiature meccaniche
ed elettriche di produzione;
5. Mozzo dell’elica;
6. Rotore: a tre pale
DATI DI PROGETTO
Normativa di riferimento.
Le normative cui viene fatto riferimento nelle fasi di calcolo e di progettazione sono le
seguenti:
1.
CEI ENV 61400-1. Sistemi di generazione a turbina eolica – parte I: prescrizioni di
sicurezza;
2.
Legge n° 1086 del 05/11/1971 – Norme per la disciplina delle opere in conglomerato
cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica;
3.
Legge n° 64 del 02/02/1974 – Provvedimenti per le costruzioni con particolari
prescrizioni per le zone sismiche;
4.
D.M. del 14/02/1992 – Norme tecniche per l’esecuzione delle opere in c.a. normale e
precompresso e per le strutture metalliche,
5.
D.M. del 09/01/1996 – Norme tecniche per l’esecuzione delle opere in c.a. normale e
precompresso e per le strutture metalliche;
6.
D.M. del 16/01/1996 – Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche;
7.
Norme Tecniche C.N.R. n° 10011-85 del 18/04/1985 – Costruzioni in Acciaio _
Istruzioni per il calcolo, l’esecuzione, il collaudo e la manutenzione;
8.
Circolare n° 65 del 10/04/1977 – Istruzioni per l’applicazione delle “Norme Tecniche
per le costruzioni in zone sismiche” di cui al D.M. del 16/01/1996;
9.
D.M. 16/01/1996 – Norme Tecniche relative ai “Criteri generali per la verifica di
sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi”;
10.
Circolare M. LL. PP. 04/07/1996 – n° 156AA.GG./STC – “Istruzioni per l’applicazione
delle Norme tecniche relative ai Criteri generali per la verifica di sicurezza delle
costruzioni e dei carichi e sovraccarichi”;
11.
D.M. 14/09/2005 – “Norme Tecniche per le Costruzioni” e altre norme coordinate;
12.
Eurocodice 2 ed Eurocodice 3.
2
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
13.
CNR – DT 207/2008 – “Istruzioni per la valutazione delle azioni e degli effetti del
vento sulle costruzioni”.
Metodologie di calcolo
Le sollecitazioni sono state ottenute con modelli ad elementi finiti che hanno tenuto conto
della geometria, della distribuzione delle masse e dell’interazione suolo-strutture in elevato. Le
verifiche saranno condotte con il metodo semiprobabilistico agli stati limite così come
formalizzato nel D.M. LL.PP. 09.01.1995
Sistema di Riferimento
Il sistema di riferimento utilizzato nei calcoli e nelle verifiche che seguono è quello in fig.
1, con origine alla quota di sommità del colletto in calcestruzzo del plinto di fondazione
Fig. 1 – assi di riferimento
Convenzioni
Le forze ed i momenti si considerano positivi se i relativi vettori rappresentativi sono
concordi con gli assi di riferimento di cui al punto precedente.
Materiali utilizzati
Acciaio per virole: Fe 510B – fd = 355 N/mm²
Acciaio per flange: Fe510C – fd = 355 N/mm²
Per s>40 mm: Fe510C – fd = 315 N/mm²
Bulloni: Classe 10.9 fd,n = 700 N/mm²
fd,v = 330 N/mm²
Calcestruzzo magro: Cemento tipo 325;
Dosaggio minimo 150 Kg/mc.;
3
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Calcestruzzo plinto di Fondazione: Cemento tipo 425;
Dosaggio minimo 350 Kg/mc.;
Classe Rck = 35 N/mm² (= 35MPa)
Acciaio per armatura c.a.:
Fe B 44K
fd = 374 N/mm²
fy/fyk ≤ 1.35; (ft/fy)medio ≥1.13
Azioni di Progetto
Le azioni di progetto prese in considerazione sono:
Azioni dovute al peso proprio ed ai carichi permanenti;
Azione del vento nelle seguenti ipotesi di funzionamento (CEI IEC 61400-1)
-
interruzione di emergenza con errore del sistema di controllo (2.1 Elenco delle ipotesi
di carico IEC 61400-1);
-
vento estremo (6.1 elenco delle ipotesi di carico IEC 61400-1)
Imperfezioni costruttive
Per la geometria delle macchine installate sopra la torre non sono stati considerati carichi
neve sia in quanto ininfluenti ai fini della verifica, sia perché non esiste, in pratica, possibilità
di accumulo significativo della neve sulle pale e sulla navicella.
Carichi permanenti
I carichi permanenti sono quelli dovuti al peso delle macchine installate sulla torre, alle
installazioni entro la stessa, oltre il peso dei tre tronchi di torre prefabbricati.
La struttura in elevazione risulta composta dai seguenti elementi:
-
Iª sez. tronco conica in acciaio, di altezza pari a circa 25 mt., avente peso di 90 ton;
-
IIª sez. tronco conica in acciaio, di altezza pari a circa 28 mt., avente peso di 85 ton.;
-
IIIª sez. tronco conica in acciaio, di altezza pari a circa 32 mt., avente peso di 66 ton.;
-
mozzo dell’elica – rotore, di circa 52 ton.;
-
navicella, di 85 ton..
Si riporta di seguito la tabella con le sollecitazioni sull’interfaccia di fondazione dovuti ai
soli carichi permanenti, in ipotesi di non funzionamento dell’aereogeneratore. Il valore del
momento flettente è rappresentato dalla combinazione dell’eccentricità, rispetto all’asse della
torre, dei carichi verticali doveri alla navicella ed al mozzo dell’elica-rotore.
4
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Tabella delle sollecitazioni per i carichi permanenti
sollecitazione
Peso proprio e carichi permanenti
T(KN)
0.00
N(KN)
3780.00
Mf(KNm)
- 2685.00
Mt(KNm)
0.00
Carichi per vento estremo
La valutazione delle azioni e degli effetti del vento procede secondo il seguente schema:
a) definite le caratteristiche del sito dove sorge il manufatto, si valuta la velocità di progetto
e la pressione cinetica di picco del vento;
b) definita la forma, le dimensioni e l’orientamento della costruzione, si valutano le azioni
aerodinamiche di picco esercitate dal vento sulla costruzione e sui suoi elementi;
c) definite le proprietà meccaniche e le caratteristiche geometriche della costruzione, si
valutano, secondo le diverse situazioni, le azioni e gli effetti dinamici in termini di c.d.s.
- velocità di progetto:
per la particolare casistica, si determina – come velocità di progetto – la velocità di vento
estremo (Extreme Wind speed Model- EWM), con periodo di ritorno di 50 anni, dalla formula
indicata al paragrafo 6.3.2.1 della IEC 61400-1:
Ve 50
⎞
= 1.4Vref ⎛⎜ z
⎟
z
⎝ hub ⎠
0.11
per la classe III, la Vref vale:
-
Vref = 37.5 m/sec.
la velocità del vento estremo alla quota della navicella (z=zhub), vale:
-
Ve50(hub) = 52.5 m/sec.
I tre tronchi della torre precedentemente definiti, hanno I baricentri alle seguenti quote:
5
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85.0 mt
Tronco 3 in acciaio
Diam. inf. = 3.20 mt.
Diam. sup. = 2.80 mt.
Diam. baricentro = 3. 00 mt.
Hb tr. 3 = 68.6 mt
53.0 mt
Tronco 2 in acciaio
Diam. inf. = 3.80 mt.
Diam. sup. = 3.20 mt.
Diam. baricentro = 3.50 mt.
Hb tr. 2 = 38.6 mt
25.0 mt.
Tronco 1 in acciaio
Diam. inf. est. = 4.30 mt.
Diam. sup.est = 3.80 mt.
Diam. baricentro est. = 4.05 mt.
Hb tr. 1 = 12.2 mt
0.00 mt. sls
Fig. 2 – quote baricentriche torre
la velocità del vento estremo alle quote baricentriche dei tre tronchi valgono rispettivamente:
-
Ve50(tr.1) = 42.40 m/sec.
-
Ve50(tr.2) = 48.13 m/sec.
-
Ve50(tr. 3) = 51.27 m/sec.
Determinate le velocità estreme, si calcolano gli effetti sugli elementi strutturali in termini
di forze statiche equivalenti.
Navicella:
L’elemento è assimilabile ad un parallelepipedo regolare di dimensioni:
6
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L = 16.9 mt;
P = 4.6 mt.
H = 3.7 mt.
pe
wf
Direzione del vento
pn
mM
Fig. 3 – schematizzazione navicella
Le pressioni complessive o risultanti si possono suddividere in:
-
pressioni agenti normalmente alla superficie [pn(z)];
-
pressioni agenti tangenzialmente alla superficie [wf(z)]
-
azioni trasversali alle superfici [fL(z)]
-
azioni torsionali sulla struttura [mM(z)]
le pressioni normali di picco per unità di superficie perpendicolare alla direzione del vento
sono date dalla relazione:
pn ( z ) = q p ( z ) ⋅ c pn , dove:
qp
è la pressione cinetica di picco del vento
c pn
è il
z
qp( z ) =
coefficiente di
pressione complessivo = 1.2
è l' altezza di riferimento
1
ρ × v P ( z ) 2 × ce ( z )
2
con:
ρ = densità media di massa dell' aria = 1.25
kg
m3
v p ( z )2 = 52.5 m / sec
⎡ ⎛ z ⎞
⎤
⎛ z ⎞
2
ce ( z ) = k r ⋅ ln⎜⎜ ⎟⎟ ⋅ ct ( z ) ⋅ ⎢ln⎜⎜ ⎟⎟ ⋅ ct ( z ) + 7 ⎥
⎝ z0 ⎠
⎣⎢ ⎝ z0 ⎠
⎦⎥
(per z > zmin.)
in funzione del sito, determinate:
la zona, 3;
la classe di rugosità, D;
7
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la categoria di esposizione, II, si ottiene:
kr = 0.19;
z0 = 0.05 mt
ct = coefficiente di topografia, di norma pari ad 1
si ottiene
ce(z) = 4.00, da cui:
(esprimendo ρ in kg/m³ e vp(z) in m/sec., qp(z) risulta espresso in N/mq.)
qp(z)= 0.5x1.25x(52.5)²x4 = 6891 N/mq.
ottenuta la pressione unitaria, si determina la forza statica equivalente agente normalmente alle
superfici della navicella; l’area di impronta è pari a 34.00 mq, da cui:
Fp(hub) = 6891x34.00 = 234294 N = 234,30 KN
le pressioni tangenziali di picco per unità di superficie parallela alla direzione del vento sono
date dalla relazione:
w f ( z ) = q p ( z ) ⋅ c f , dove:
qp
è la pressione cinetica di picco del vento
cf
è il
z
coefficiente di attrito
funzione della rugosità della sup erficie
è l' altezza di riferimento
dalla tabella 3.3.VI del D.M. 14 settembre 2005, si determina il coefficiente di attrito per superfici
lisce (acciaio, cemento a faccia vista, …); esso vale:
cf = 0.01.
da cui:
wf (z) = 6891x0.01 ≅ 69 N/mq
ottenuta la pressione unitaria, si determina la forza statica equivalente agente tangenzialmente
alle superfici della navicella; l’area interessata è pari a 281.00 mq, da cui:
Ft(hub) = 69x281.00 = 19389 N = 19,39 KN
Si determina altresì:
il momento torcente statico equivalente agente sulla navicella:
Mtor(hub) = 2720000 Nmt = 2720,00 KNmt
la forza statica equivalente di trazione agente sulla navicella:
Ntra(hub) = - 556000 Nmt = - 556,00 KNmt
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Torre:
La torre, per massa e dimensione, è stata suddivisa in tre tronchi; per ciascuno di essi è
stato determinato il baricentro e, conseguentemente, la velocità di vento estremo a tale quota.
Le azioni aerodinamiche di picco esercitate dal vento su costruzioni ad elementi snelli possono
essere espresse mediante una coppia di forze di forze ortogonali fx ed fy ed un momento
torcente mz , per unità di lunghezza, applicati lungo l’asse Z di riferimento della costruzione,
secondo lo schema indicato nella seguente figura 4:
Y
fy
mz
X
fx
V
Fig. 4
Essendo fY = mZ = 0, per la simmetria polare della sezione, si ottiene:
Tali forze e momenti sono definiti convenzionalmente positivi o negativi in funzione della loro
direzione. Essi sono forniti dalle relazioni:
f X ( z ) = q p ( z ) ⋅ l ⋅ c fX
f Y ( z ) = q p ( z ) ⋅ l ⋅ c fY
mZ ( z ) = q p ( z ) ⋅ l 2 ⋅ cmZ
dove:
qp
è la pressione cinetica di picco del vento alla quota
c fX ,c fY ,cmZ
sono i coefficienti di
z
forza e di momento
z è l' altezza di riferimento
l
= dim ensione di riferimento ( diametro della sezione corrente all' altezza
z)
come già determinato, la pressione cinetica di picco vale:
qp( z ) =
1
ρ × v P ( z ) 2 × ce ( z )
2
il coefficiente di esposizione alle varie quote baricentriche vale:
⎤
⎛ 12.2 ⎞ ⎡ ⎛ 12.2 ⎞
- ce ( 12.2 ) = 0.19 2 ⋅ ln⎜
⎟ ⋅ 1 ⋅ ⎢ln⎜
⎟ ⋅ 1 + 7 ⎥ = 2.48
⎝ 0.05 ⎠ ⎣ ⎝ 0.05 ⎠
⎦
9
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
⎤
⎛ 38.6 ⎞ ⎡ ⎛ 38.6 ⎞
- ce ( 38.6 ) = 0.19 2 ⋅ ln⎜
⎟ ⋅ 1 ⋅ ⎢ln⎜
⎟ ⋅ 1 + 7 ⎥ = 3.28
⎝ 0.05 ⎠ ⎣ ⎝ 0.05 ⎠
⎦
⎤
⎛ 68.6 ⎞ ⎡ ⎛ 68.6 ⎞
- ce ( 68.6 ) = 0.19 2 ⋅ ln⎜
⎟ ⋅ 1 ⋅ ⎢ln⎜
⎟ ⋅ 1 + 7 ⎥ = 3.71
⎝ 0.05 ⎠ ⎣ ⎝ 0.05 ⎠
⎦
alle quote baricentriche delle torri, le rispettive velocità di picco determinano:
- q p( tr .1 ) ( 12.2 ) =
1
1
N
ρ × vP ( 12.2 )2 × ce ( 12.2 ) = ρ ⋅ ( 44.40 )2 ⋅ 2.48 = 3055.60 2
2
2
m
- q p( tr .1 ) ( 38.6 ) =
1
1
N
ρ × vP ( 38.6 )2 × ce ( 38.6 ) = ρ ⋅ ( 48.13 )2 ⋅ 3.28 = 4748.42 2
2
2
m
- q p( tr .2 ) ( 68.6 ) =
1
1
N
ρ × vP ( 68.6 )2 × ce ( 68.6 ) = ρ ⋅ ( 51.27 )2 ⋅ 3.71 = 6095.10 2
2
2
m
I coefficienti aerodinamici e le dimensioni di riferimento sono valutati applicando l’appendice G.
del documento CNR-DT207/2008 (Istruzioni per le valutazioni delle azioni e degli effetti del
vento sulle costruzioni); il paragrafo G.10.1 assegna ai coefficienti di forza e di momento i
seguenti valori:
- c fX = c fX 0 ⋅ψ λ
- c fY = c fY0 ⋅ψ λ
- cmZ = cmZ 0 ⋅ψ λ
dove:
c fX 0 ,c fY0 ,cmZ 0
ψλ
è il
sono i coefficienti di
coefficiente di
forza e di momento
per unità di lunghezza
snellezza
i coefficienti di forza e di momento e la dimensione caratteristica l per le strutture snelle e gli
elementi allungati a sezione circolare sono forniti al paragrafo G.10.6:
-
l = diametro b della sezione corrente della struttura all’altezza z;
-
cfY0 = cmZ0 = 0, per la simmetria polare della sezione;
-
cfX0 dipende dal numero di Reynolds Re e dalla scabrezza della superficie k.
Applicando le prescrizioni al paragrafo 3.3.7, il numero di Reynolds Re alla sommità della
struttura è fornito dall’equazione (3.16):
Re( z ) =
l ⋅ν m ( Z )
ν
dove:
-
vm è la velocità del vento di riferimento
-
l = b = dimensione caratteristica della costruzione, nello specifico coincidente con
il diametro alla quota di riferimento;
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Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
-
v è la viscosità cinematica dell’aria ν = 15 ⋅ 10 −6 m 2 / sec
esprimendo l in metri e vm in m/sec, Re risulta correttamente una grandezza dimensionale.
Alle varie quote baricentriche, il diametro della struttura vale (vedi fig. 2):
-
ltr. 1. = b tr. 1 = 4.05 mt
-
ltr. 2 = b tr. 2 = 3.50 mt
-
ltr. 3 = b tr. 3 = 3.00 mt
la velocità del vento estremo è pari (vedi pag. 6):
-
Ve50(tr. 1) = 42.40 m/sec.
-
Ve50(tr. 2) = 48.13 m/sec.
-
Ve50(tr. 3) = 51.27 m/sec.
il numero di Reynolds vale:
-
Re (12.2 mt.) = 11448000
-
Re (38.6 mt.) = 11230333
-
Re (68.6 mt.) = 10254000
Essendo la superficie esterna della torre in c.c.a ed acciaio, dalla tabella G.XVII, si ottiene il
valore della scabrezza k, pari a:
k = 0.2x10¯³ mt.
Alle quote baricentriche dei tronchi, i rapporti k/b, valgono:
-
tronco 1: k/b = 0.2x10¯³/4.05 = 4,93x10¯5
-
tronco 2: k/b = 0.2x10¯³/3.50 = 0.0001
-
tronco 3: k/b = 0.2x10¯³/3.00 = 0.0001
Applicando l’equazione G.22b:
c fX 0 = 1.2 +
0.18 ⋅ log 10 ( 10 ⋅ k / b )
1 + 0.4 ⋅ log 10 (Re/ 10 6 )
si ottiene:
c fX 0 ( tronco 1 ) = 0.591
c fX 0 ( tronco 2 ) = 0.820
c fX 0 ( tronco 3 ) = 0.821
il coefficiente ψ λ
è fornito al paragrafo G.10.8 in funzione della snellezza effettiva λ.
Applicando le indicazioni fornite dalla Tabella G.XIX, λ = 0.7L/l, dove L = 85 mt, l= 3.5 mt,
(supponendo di considerare come diametro “medio”, quello baricentrico del tronco 2);
pertanto λ = 17.00.
Applicando l’equazione (G.23b), si ottiene:
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ψ λ = 0.45 + 0.25 log 10 λ = 0.76
il coefficiente di forza nella direzione del vento, alle varie quote vale quindi::
c fX ( tronco 1 ) = c fX 0 ( tronco 1 ) ⋅ψ λ = 0.4492
c fX ( tronco 2 ) = c fX 0 ( tronco 2 ) ⋅ψ λ = 0.6232
c fX ( tronco 3 ) = c fX 0 ( tronco 3 ) ⋅ψ λ = 0.6240
La forza aerodinamica di picco per unità di lunghezza nella direzione del vento è il prodotto
della pressione cinetica di picco, per il diametro b della sezione corrente della torre, per il
coefficiente di forza. Conseguentemente:
f X ( tronco 1 ) = q p ( 12.2 ) ⋅ l ⋅ c fX = 5559.00 N / m
f X ( tronco 2 ) = q p ( 38.6 ) ⋅ l ⋅ c fX = 10357.00 N / m
f X ( tronco 3 ) = q p ( 68.6 ) ⋅ l ⋅ c fX = 11410.00 N / m
da cui:
Fx(tronco 1) = fx x 25.0 = 139975.5 N = 140.00 KN, applicato a quota 12.2 mt.
Fx(tronco 2) = fx x 28= 289996.0 N = 290.00 KN, applicato a quota 38.6 mt.
Fx(tronco 3) = fx x 32= 365120.0 N = 366.00 KN, applicato a quota 68.6 mt.
In sintesi:
F (tr. 1) = 140.00 KN
F (tr. 2) = 290.00 KN
F (tr. 3) = 366.00 KN
Mf (tr. 1) = 9327.13 KNmt
Mf (tr. 2) = 12258.14 KNmt
Mf (tr. 3) = 23120.86 KNmt
Tabella delle sollecitazioni per vento estremo
sollecitazione
Peso proprio e carichi permanenti
T(KN)
1050.00
N(KN)
-556.00
Mf(KNm)
66270.00
Mt(KNm)
2720.00
v al mozzo (m/s)
52.50
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Azione sismica
Le sollecitazioni sismiche saranno determinate sulla base del O.P.C.M. del 20 marzo
2003 n° 3274 (zona sismica 2; ag = 0.25 g), mediante Analisi Statica Lineare, previa verifica che
il primo periodo di vibrazione della struttura (T1) non superi 2.5 TC.
Nel caso in esame essendo:
-
il suolo di categoria A;
-
la struttura ibrida di altezza H pari a 85 mt. ;
-
uno “spessore medio” di circa L = 3.5 mt,
attraverso la seguente formula approssimativa:
T1 = 0.08 H
L
, si determina:
T1 = 0.3942
La possibilità di effettuare una analisi statica non lineare impone che sia soddisfatta la
seguente disuguaglianza:
T1 ≤ 2.5 TC
Dalla tabella 3.1 della norma di riferimento suindicata, si determina TC = 0.40; risulta
verificata la disuguaglianza ed applicabile l’analisi statica lineare attraverso il sistema di
forze:
Fi = Fh(ziWi)/λ(∑zjWj)
Dove:
Fh = Sd(T1)Wλ/g
Fi è la forza da applicare al piano i-esimo
Wi e Wj sono i pesi delle masse ai piani i e j rispettivamente
zi e zj sono le altezze dei piani i e j rispettivamente
Sd(T1) è l’ordinata dello spettro di risposta di progetto definito al punto 3.2.5 della norma
e pari a: Sd(T) = ag×S×2.5/q
Dove:
ag = 0.25g (zona sismica 2)
S = 1 (suolo di categoria A)
q = fattore di struttura pari a:
q = q0KDKR
con:
q0 = 3.00 (struttura a nucleo)
KD = 1.0 (struttura ad alta duttilità)
13
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
KR = 1.0 (struttura regolare in altezza)
Si determina:
q = 3.0
Sd(T1) = 0.2083 g
W è il peso complessivo della costruzione (pari a 3780 KN)
λ = 0.85
g è l’accelerazione di gravità.
I pesi agenti sono:
Elemento
Peso W (KN)
Quota z (mt)
i
Torre
2410
38.6
j
Turbina (navicella + rotore)
1370
85.00
Si determina:
Fh = Sd(T1)Wλ/g =0.2083g×3780×0.85/g = 670.00 KN
∑zjWj = 209476
Da cui:
Fi = F1= Fh(ziWi)/ (∑zjWj) = 670×(2410×38.6)/(209476) = 297.54 KN
Fj = F2= Fh(zjWj)/ (∑ziWi) =670 ×(1370×85.0)/(209476) = 372.46 KN
Le sollecitazioni alla base sono:
T = 670.00 KN
Mf =297.54×38.6 + 372.46 ×85.00 = 11485.00 + 31659.00 = 43144.00 KN×m
Mt = 670.00 KN×m (supponendo una eccentricità di 1.00 mt);
confrontando queste ultime con le quelle causate dal vento, in ipotesi di non contemporaneità
degli eventi dinamici (sisma e vento limite), considerando altresì i coefficienti amplificativi dei
carichi imposti dalla IEC 61400-1, ai fini del dimensionamento delle strutture saranno prese
in considerazione le azioni massime causate da vento, combinate con i carichi
permanenti.
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Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
Verifiche Strutturali
Nella seguente tabella si riportano le sollecitazioni di progetto amplificate dei relativi
coefficienti di sicurezza parziali:
Tabella delle sollecitazioni per vento estremo
Sollecitazioni sull’interfaccia
Peso proprio
di fondazione
Vento estremo
Azioni di progetto
(caso 6.1 delle IEC 61400-1)
T
0.00
1050.00
1417.50 (KN)
N
3780.00
-556.00
3407.40 (KN)
Mf
-2685.00
66270.00
86511.00 (KNmt)
Mt
0.00
2720.00
3672.00 (KNmt)
γf
1.10
1.35
γ applicati
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Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
Verifica Giunzione Flangiata, bullonatura e virola di fondazione
Si effettuerà la verifica a tensoflessione (N > 0), nelle seguenti ipotesi di progetto:
•
virola di fondazione, costituita da un anello di 5000 (mm) di diametro, 40 (mm) di
spessore e di altezza pari a 2000 (mm);
-
spessore 35 mm.
-
Diametro nominale esterno D = 5000 mm (Re = 2500 mm);
-
Spessore nominale flangia: t = 170 mm
-
Diametro nominale interno d = 4660 mm (Ri = 2330 mm);
-
Diametro medio linea bulloni 4834 mm (R = 2417 mm);
-
Numero bulloni: 180; M36, classe 10.90;
-
Tratto di virola per bullone: 87.26 mm;
-
Distanza del bullone dal bordo flangia: 87 mm;
-
Distanza bordo flangia-fibra media della virola: 152.50 mm;
-
Spessore virola di fondazione sv = 40 mm;
si determinano le seguenti caratteristiche meccaniche della flangia:
Area della sezione trasversale
A
25795.6
cm²
Momento d’inerzia
J
753161170
cm↑4
Raggio d’inerzia
ρ
170.87
cm
Modulo di resistenza elastico
Wel
3012645
cm³
Modulo di resistenza plastico attorno all’asse forte
Wpl
3967551
cm³
1506322339 cm↑4
Momento d’inerzia torsionale
Jt
Modulo di torsione
Ct
6025289
cm³
Valore di snervamento dell’acciaio
fy
315
MPa
Coefficiente di dilatazione
ε
0.86
-
Diametro
d
5000
mm
Spessore
t
170
mm
d/t
29.41
-
ed i seguenti valori di classificazione:
Rapporto tra diametro e spessore
Classificazione della sezione
Classe 1
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Le caratteristiche della sollecitazione applicate determinano, mediante il principio di
sovrapposizione degli effetti, il seguente stato tensionale massimo:
σtflessione = N/A + (Mf/J)×Re = 1.32 + 28.71 = 30.04 N/mm²
τtorsione = Mt/Ct = 0.6094 N/mm²
τtaglio = T/A = 54.95 N/mm²
al fine di completare la verifica della giunzione flangiata, occorre verificare i bulloni di
collegamento.
Si determina il tratto di virola per bullone dalla formula:
beff. = De×π/nb = 5000×3.14/180 = 87.26 mm
e, di conseguenza, l’area di influenza di ogni singolo bullone:
Ainf. bullone = 14835.29 mm²
La massima tensione nominale su ogni singolo bullone risulta pari a:
Nbull. = 445652.37 N,
di conseguenza la tensione sullo stesso(M 36 classe 10.9) è pari a:
437.82 N/mm² < 467 N/mm² = fbadm.
la flangia e la bullonatura risultano verificate.
Per ciò che attiene la virola di fondazione, occorre effettuare le verifiche suesposte per uno
spessore della lamiera pari a:
sv = 40 mm
riproponendo gli schemi precedenti si ha:
Area della sezione trasversale
A
Momento d’inerzia
J
Raggio d’inerzia
ρ
175.37
cm
Modulo di resistenza elastico
Wel
766749
cm³
Modulo di resistenza plastico attorno all’asse forte
Wpl
984085
cm³
Momento d’inerzia torsionale
Jt
Modulo di torsione
Ct
6232.9
cm²
191687235 cm↑4
383374475 cm↑4
1533498
cm³
ed i seguenti valori di classificazione:
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Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
Valore di snervamento dell’acciaio
fy
315
MPa
Coefficiente di dilatazione
ε
0.86
-
Diametro
d
5000
mm
Spessore
t
40
mm
d/t
125.00
-
Rapporto tra diametro e spessore
Classificazione della sezione
Classe 3
Attraverso l’utilizzo delle nuove grandezze si ottiene il seguente stato tensionale massimo:
σtflessione = N/A + (Mf/J)×Re = 5.46 + 112.82 = 118.28 N/mm²
τtorsione = Mt/Ct = 2.39 N/mm²
τtaglio = T/A = 2.27 N/mm²
la tensione ideale totale risulta pari a:
σideale = 122.94 N/mm²
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Verifiche di resistenza ferri pos. 22
Di seguito si effettuerà la verifica dei ferri che hanno il compito di trasmettere la trazione alla
sottostante suola di fondazione:
i ferri in questione (posizionati “a coppia” – vedi tavola di progetto) hanno le seguenti
caratteristiche:
tensione nominale di progetto (Fe44K)
fyd
374
N/mm²
Diametro
d
28
mm
Aeff.
1232
mm²
n
180
-
tensione normale nella virola di fondazione
σi
122.94
N/mm²
Tratto di virola da ancorare con ogni singolo ferro
beff
87
mm
Spessore virola
t
40
mm
Azione sollecitante (σi x beff x t)
P
427831
N
Percentuale della sollecitazione assorbita
p
100
%
σlav.
347.26
N/mm²
Area effettiva coppia dei ferri
Numero
Ne consegue:
Resistenza della coppia di ferri (P/Aeff.)
Verifica (σlav. < fyd)
si
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Verifiche di resistenza (ferri pos. 21-31/32)
Di seguito si effettuerà la verifica dei ferri che hanno il compito di trasmettere la trazione alla
sottostante suola di fondazione:
i ferri in questione (posizionati “a coppia” – vedi tavola di progetto) hanno le seguenti
caratteristiche:
tensione nominale di progetto (Fe44K)
fyd
374
N/mm²
Diametro
d
24
mm
Aeff.
905
mm²
n
58
-
tensione normale nella virola di fondazione
σi
122.94
N/mm²
Tratto di virola da ancorare con ogni singolo ferro
beff
270
mm
Spessore virola
t
40
mm
Azione sollecitante (σi x beff x t)/2
P
663876
N
Percentuale della sollecitazione assorbita
p
50
%
σlav.
366.78
N/mm²
Area effettiva coppia dei ferri
Numero
Ne consegue:
Resistenza della coppia di ferri (P/Aeff.)
Verifica (σlav. < fyd)
si
20
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Verifiche di resistenza (ferri pos. 23-24)
Di seguito si effettuerà la verifica dei ferri che hanno il compito di contenere le spinte verso
l’esterno indotte dalle bielle in cls inclinate di 60° sulla verticale:
i ferri in questione hanno le seguenti caratteristiche:
tensione nominale di progetto (Fe44K)
fyd
374
N/mm²
Diametro
d
18
mm
Aeff.
508
mm²
n
20
-
tensione normale nella virola di fondazione
σi
122.94
N/mm²
Arco di diametro dove si sviluppa la biella compressa (ipot. Dest./8)
beff
625
mm
Spessore virola
t
40
mm
Azione sollecitante (σi x beff x t)
P
3073500
N
Percentuale della sollecitazione assorbita
p
100
%
Azione su ogni singolo ferro (P/20)
Psf
153675
N
Resistenza della coppia di ferri (Psf/Aeff.)
σlav.
302.50
N/mm²
Area effettiva coppia di ferri
Numero
Ne consegue:
Verifica (σlav. < fyd)
si
21
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Verifiche della pressione di contatto sul calcestruzzo nella zona compressa della virola
Di seguito si effettuerà la verifica del cls in prossimità della zona di appoggio della virola di
fondazione. Le caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali sono le seguenti:
classe di resistenza del cls
Rck
35
N/mm²
Diametro virola
De
5000
mm
Spessore virola
t
40
mm
Larghezza flangia di appoggio
bf
350
mm
(bf/t)
8.75
-
resistenza caratteristica del cls
fck
29.05
N/mm²
resistenza di progetto del cls (coefficiente di sicurezza γ = 1.6)
fcd
18.16
N/mm²
tensione di calcolo cls (0.85fcd)
σc
15.436
N/mm²
Tensione nella virola di fondazione
σi
122.94
N/mm²
σapp.
14.05
N/mm²
p
100
%
Fattore di riduzione dello stato tensionale (bf/t)
Ne consegue:
Tensione di contatto flangia di appoggio/cls [σi/(bf/t)]
Percentuale della sollecitazione assorbita
Verifica (σapp. < σc)
si
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Verifiche della pressione di contatto sul calcestruzzo nella zona tesa della virola
Le caratteristiche fisiche e meccaniche dei materiali sono le seguenti:
classe di resistenza del cls
Rck
35
N/mm²
Diametro virola
De
5000
mm
Spessore virola
t
40
mm
Larghezza flangia di appoggio
bf
400
mm
Larghezza flangia “in trazione” (bf – t)
b’f
360
mm
(b’f/t)
9.00
-
resistenza caratteristica del cls
fck
29.05
N/mm²
resistenza di progetto del cls (γ = 1.6)
fcd
18.16
N/mm²
tensione di calcolo cls
σc
15.436
N/mm²
Tensione nella virola di fondazione
σi
122.94
N/mm²
σapp.
13.66
N/mm²
p
100
%
Fattore di riduzione dello stato tensionale (b’f/t)
Ne consegue:
Tensione di contatto flangia di appoggio/cls [σi/(b’f/t)]
Percentuale della sollecitazione assorbita
Verifica (σapp. < σc)
si
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Verifiche strutturali plinto di fondazione
Di seguito saranno riportati i principali risultati dei calcoli strutturali condotti per la verifica del
plinto di fondazione, con particolare riferimento ai seguenti punti:
•
Verifiche di resistenza della fondazione in c.a. con il calcolo delle sollecitazioni flettenti e
taglianti;
•
Verifica al ribaltamento;
•
Verifica allo scorrimento;
•
Verifica della portanza del terreno.
Azioni derivanti dalla sovrastruttura
Le azioni derivanti dalla sovrastruttura sono quelle già poste a base dei calcoli e delle verifiche
precedenti e sono riportate allo stato piano di tensione:
Sollecitazioni allo spiccato di fondazione
(ridotte ad uno stato di sollecitazione piano)
sforzo normale
N
3407.40
KN
taglio
T
1417.50
KN
Momento flettente
M
86511
KNm
Caratteristiche geometriche del plinto di fondazione
Si riportano di seguito le principali caratteristiche del plinto di fondazione:
•
•
Cilindro di confinamento della virola di fondazione:
-
diametro: ∅ = 10.10 mt:
-
altezza: h = 1.50 mt.
plinto quadrato:
-
lato: l = 16.00 mt.
-
altezza: H = 2.0 mt.
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Verifiche di resistenza
Per il plinto in esame sono state prese in considerazione due tipologie di carico, in funzione del
dispositivo:
•
stato di sollecitazione piano, parallelo ai lati del plinto di fondazione:
Fig. 1 (stato di sollecitazione piano parallelo ai lati)
•
stato di sollecitazione piano diagonale ai lati del plinto di fondazione:
Fig. 2 (stato di sollecitazione piano diagonale ai lati)
Le sollecitazioni di progetto sono state determinate attraverso un modello agli elementi finiti
schematizzato come una piastra su un letto di molle alla Winkler.
In allegato si riportano le risultanze di calcolo della struttura verificata.
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Verifica di stabilità al ribaltamento
La verifica di stabilità è riportata nella seguente tabella; a favore di stabilità è stato applicato un
incremento del 20% (γ = 1.2) alle sole azioni destabilizzanti
Momento ribaltante
Azione
F/M
braccio
Momento ribaltante
γ
γxMr
Azioni orizzontali dalla torre
1417.50
3.90
5528.25
1.20
6633.90
Momento trasmesso dalla torre
86511
86511
Momento ribaltante totale
1.20 103813.20
Mrt
110447.10
Momento stabilizzante
Azione
F/M
braccio
Momento stabilizzante
γ
γxMr
Peso del plinto
12288
8.00
98304
1.00
98304
Carico verticale della torre
3407.4
8.00
27259.2
1.00
27259.2
Peso del ricoprimento (300 mc)
5400
8.00
43200
1.00
43200
Mst
168763.20
Momento stabilizzante totale
Mst/Mrt = 1.528
Sono stati adottati i seguenti pesi specifici:
peso del terreno di ricoprimento γt = 18.00 KN/mc
peso del calcestruzzo γcls = 24.00 KN/mc
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Verifica di stabilità alla traslazione
La verifica di stabilità allo scorrimento è riportata nella seguente tabella; a favore di stabilità è
stato applicato un incremento del 20% (γ = 1.2) alle sole azioni destabilizzanti
Azione spingente
Azione
H
γ
γxMr
Azioni orizzontali dalla torre
1417.50
1.20
1701.00
Ht
1701.00
Azione di scorrimento totale
Azione stabilizzante
Azione
F/M
f
Momento stabilizzante
γ
γxMr
Peso del plinto
12288
0.50
6144
1.00
6144
Carico verticale della torre
3407.4
0.50
1703.7
1.00
1703.7
Peso del ricoprimento
5400
0.50
2700
1.00
2700
Hst
10547.7
Azione stabilizzante totate
f = fattore di attrito con il terreno = 0.50
Hst/Ht = 6.20
27
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
Verifica della portanza del terreno di fondazione
La verifica viene condotta per carico centrato sull’area efficace di fondazione per il solo caso
geotecnicamente più sfavorevole per il quale è stata calcolata una tensione ammissibile sul
terreno di fondazione di 2.50 daN/mq.
Punto di applicazione del carico
b’
b
Aeff = a’xb’, con
a’= a-2ex
a’
b’= b-2ey
ex = ey = Mkx1.41/Nkx2
a
Coppia sul plinto
Azione
F/M
braccio
Momento
γ
γxMr
Azioni orizzontali dalla torre
1417.5
3.90
5528.25
1.00
5528.25
Momento trasmesso dalla torre
86511
86511
1.00
86511
Mk
92039.25
Momento totale
Carichi verticali
Azione
Carichi verticali (F)
γ
γxMr
Peso del plinto
12288
1.00
12288
Carico verticale della torre
3407.40
1.00
3407.40
Peso del ricoprimento
5400
1.00
5400
Nk
21095.4
Carichi verticali totali
28
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
ex = ey = Mkx1.41/Nkx2 = 92039.25 x1.41/21095.4x2 = 3.0759
a’= b’ = a-2ex = 9.84 mt
Aeff = 969864 cmq
Nk = 2109540 daN
σt = Nk /Aeff = 2.17 daN/cmq
29
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
Progetto elettrico
Generalità
Oggetto della presente sezione della relazione di calcolo è la progettazione elettrica di massima
del parco eolico “Panetteria del Conte - Ramatola” sito nel comune di Manfredonia, Provincia di
Foggia.
Gli impianti ed opere elettriche da eseguire sono quelli sinteticamente sotto raggruppati:
impianto elettrico degli aerogeneratori per la produzione di energia elettrica;
rete di distribuzione MT in cavo per la connessione degli aerogeneratori costituenti il
parco eolico;
collegamento elettrico MT tra il parco eolico e la stazione di trasformazione;
stazione di trasformazione AT/MT di proprietà del Produttore;
stazione di trasformazione AAT/AT di proprietà TERNA SpA;
stazione di interconnessione per il collegamento “entra-esce”
in doppia sbarra di
proprietà TERNA S.p.A.
collegamento alla esistente linea aerea 380 kV “Foggia - Ascoli Satriano” di proprietà
TERNA S.p.A.;
Nel seguito della documentazione saranno evidenziati gli interventi nei loro dettagli.
DATI E LIMITI DI PROGETTO
Il progetto verrà eseguito sulla base delle seguenti informazioni e della documentazione fornite
dal Committente e dal GRTN:
aerogeneratori 2.5 MWW;
numero di aerogeneratori: 13;
potenza elettrica del parco: 32.5 MW;
linea elettrica di collegamento: in cavo interrato;
tensione di esercizio MT: 30 kV;
tensione di isolamento MT: 36 kV;
stazione di trasformazione AT/MT: 1;
tensione di trasformazione AT/MT: 30 kV / 150 kV;
30
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
numero di trasformatori AT/MT: 2;
potenza del trasformatore AT/MT: 50/60 MVA;
stazione di trasformazione AAT/MT: 150 kV / 380 kV;
numero di trasformatori AAT/AT: 2;
potenza del trasformatore AAT/AT: 100 MVA;
stazione di interconnessione: schema “entra-esce” a 380 kV di proprietà della società
TERNA S.p.A.;
connessione alla esistente linea aerea 380 kV “Foggia-Ascoli Satriano” di proprietà
TERNA S.p.A.
DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO ELETTRICO
L’impianto, nel suo complesso, può essere suddiviso nelle seguenti distinte sezioni:
1. Il parco eolico è costituito da 13 aerogeneratori da 2.500 kW, per una potenza totale
installata di 32.5 MW.
2. I 13 aerogeneratori sono connessi tra di loro da una rete di distribuzione in cavo interrato
esercita in media tensione a 30 kV.
3. L’energia prodotta viene trasportata dal parco al punto di immissione in rete mediante
linee di evacuazione MT in cavo interrato (rete di distribuzione).
4. L’energia
prima di essere immessa in rete viene elevata alla tensione di 150 kV
mediante una stazione di trasformazione AT/MT costituita da due trasformatori di
potenza da 50/60 MVA.
L’energia prodotta subisce una seconda trasformazione alla tensione di 380 kV mediante una
stazione di trasformazione AAT/AT costituita da due trasformatori di potenza 100 MVA.
Calcoli elettrici e dimensionamenti
Le Norme CEI 11-17 forniscono i criteri da adottare per la progettazione, per l’esecuzione, per
le verifiche e per l’esercizio delle linee di energia in cavo a corrente sia alternata sia continua.
Le linee aeree in cavo per esterno, invece, sono oggetto delle Norme CEI 11-4.
Il campo di applicazione delle Norme CEI 11-17 è rivolto agli impianti di produzione,
trasmissione e distribuzione di energia elettrica quando la tensione nominale è superiore a 1000
V in corrente alternata ed a 1500 V in corrente continua. Le Norme si applicano sia agli impianti
nuovi che alle trasformazioni radicali degli impianti esistenti.
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SCELTA DEI CAVI IN RELAZIONE ALLE TENSIONI ELETTRICHE
Nel seguito si elencano i parametri elettrici più significativi della linea oggetto della presente
relazione:
Tipologia del sistema: trifase;
Frequenza: 50 Hz;
Tensione nominale: 30 kV;
Tensione massima del sistema: 36 kV;
Tipo di messa a terra del neutro del sistema: isolato;
Massima durata permessa di funzionamento per ogni singolo caso di funzionamento con
una fase a terra, per ciascun guasto a terra: Categoria A fino ad 8 ore;
Tensione nominale di riferimento per l’isolamento a frequenza d’esercizio tra un
conduttore isolato qualsiasi e la terra: U0 = 24 kV;
Tensione di tenuta ad impulso atmosferico: Up non specificato, in quanto il cavo non è
sottoposto a sollecitazioni per sovratensioni di tipo atmosferico in quanto non è collegato
a linee aeree;
Massima durata prevedibile di funzionamento con una fase a terra, complessiva per i
guasti di un intero anno: qualche minuto;
Modalità di posa: interrata ed in tubo ed in acqua;
Protezione meccanica: supplementare M.2.
POSA DELLE CONDUTTURE
Per la posa delle tre terne in parallelo che costituiscono la linea in esame, la suddivisione delle
fasi dei cavi unipolari collegati in parallelo deve essere effettuata in modo da assicurare una
corretta suddivisione della corrente, pertanto in accordo al seguente schema:
Cavi posati a trifoglio
Numero
di
terne
nello stesso strato
Disposizione
fasi:
3
T
delle
R
T
T
S
R
S
R
S
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Cavi posati a trifoglio
Numero
di
terne
nello stesso strato
Disposizione
4
T
delle
fasi:
R
T
T
S
R
S
R
T
S
R
S
DIMENSIONAMENTO DELLE CONDUTTURE
Una corretta scelta delle condutture rappresenta uno dei punti principali della progettazione
dell’intero impianto elettrico. Per determinare la sezione ottimale di un cavo, una volta definita la
corrente che sarà destinato a trasportare attraverso l’analisi dei carichi applicati, occorre
considerare una serie di aspetti ulteriori. I conduttori devono essere scelti in modo da garantire
sia una portata superiore alla corrente richiesta dagli utilizzatori, sia delle cadute di tensione che
non superino massimi valori imposti.
La portata del cavo, infatti, non dipende soltanto dalla sezione ma anche da diverse condizioni
a contorno, quali tipo di posa, temperatura ambiente, tipo di isolante, cavi unipolari o multipolari,
presenza di cavi raggruppati.
SCELTA DEI CAVI IN RELAZIONE ALLE CORRENTI NOMINALI
Agli effetti delle Norme 11-17 vengono definiti i seguenti termini:
Portata in regime permanente: massimo valore della corrente che, in regime permanente
e in condizioni specificate, il conduttore può trasmettere senza che la sua temperatura
superi un valore specificato.
Sovracorrente: corrente, di valore superiore alla portata in regime permanente, che si
presenta in caso di sovraccarico o di cortocircuito.
Corrente di sovraccarico: corrente che si può verificare in seguito a condizioni anomale
del carico utilizzatore (sovraccarico) o in seguito a condizioni di guasto ad alta
impedenza.
Corrente di cortocircuito: corrente che si può verificare in seguito ad un guasto o ad un
errato collegamento ad impedenza trascurabile tra due punti del circuito a potenziale
differente (cortocircuito).
La linea di vettoriamento viene dimensionata per la potenza massima di generazione.
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Il valore di portata in regime permanente è valido per una temperatura dei conduttori non
superiore a 90°C, profondità di posa 1 m, temperatura del terreno di 20 °C e resistività termica
del terreno pari a 1°Cm/W.
La portata di corrente indicata è da intendersi in regime permanente, ovvero rappresenta la
corrente che il cavo può trasmettere in via continuativa, senza che la sua temperatura superi il
valore prefissato dalle Norme.
La portata di un cavo dipende dal tipo di cavo, dal suo regime di funzionamento (regime
permanente, ciclico o transitorio), dalle sue condizioni di installazione (temperatura ambiente,
modalità di posa, numero dei cavi e loro raggruppamento ecc.).
La portata in regime permanente viene calcolata con i metodi descritti nelle Norme CEI 20-21.
Le portate di alcuni tipi di cavo nelle più comuni condizioni di installazione sono oggetto della
tabella CEI-UNEL 35024, 35026, 35027, 35028 e 35029.
Ai fini del calcolo della portata di un cavo tenendo conto del suo raggruppamento con altri cavi,
è consentito calcolare il riscaldamento causato da questi ultimi in base alle correnti che
effettivamente li percorrono.
Il valore di portata costituisce un primo riferimento, soggetto a riduzione in funzione delle
modalità di posa, in particolare, degli effetti derivanti dalla posa multipla e dalla profondità di
posa.
La presenza delle protezioni meccaniche (laterizi o lastre di cemento) che non comportano
intercapedini d’aria, non altera le portate del cavo.
La profondità di posa riduce la portata di corrente di un cavo secondo la seguente tabella:
Tab. Coefficienti riduttivi della portata in funzione della profondità di posa
Profondità di posa [m]
0,80 1,20 1,50
Coefficiente di riduzione della portata di 1,00
0,96
0,94
corrente
La posa in parallelo di più terne di cavi unipolari a trifoglio direttamente interrati in orizzontale
determina una riduzione della portata di corrente dei cavi stessi in funzione della distanza tra le
terne secondo la seguente tabella:
Tab. Coefficienti riduttivi della portata per posa multipla
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Distanza
tra Numero terne unipolari a trifoglio direttamente interrati in
terne
orizzontale
2
3
4
6
7 cm
0,80
0,69
0,63
0,55
25 cm
0,86
0,76
0,73
0,66
VERIFICA DELLA SEZIONE DEL CONDUTTORE IN RELAZIONE A CONDIZIONI DI
SOVRACCARICO E CORTOCIRCUITO
La sezione del conduttore viene scelta in maniera tale che la temperatura raggiunta dal
conduttore per effetto della sovracorrente non sia dannosa, come entità e durata, per
l’isolamento o per gli altri materiali con cui il conduttore è in contatto o in prossimità.
Qualora la sovracorrente sia praticamente costante e il fenomeno termico sia di breve durata
(cortocircuito) in modo da potersi considerare di puro accumulo (regime adiabatico), la sezione
del conduttore può determinarsi mediante la seguente relazione:
k2 ⋅ S2 ≥ I2 ⋅ t
dove:
S sezione del conduttore;
I corrente di cortocircuito, il cui valore è di seguito calcolato;
t durata della corrente di cortocircuito, pari a 0.5 s;
K=85 è un valore indicato dalle Norme ed è stabilito in funzione della temperatura
massima ammissibile di funzionamento del conduttore (90°C), della temperatura
massima di cortocircuito per i diversi isolanti specificati nelle Norme 20-11 (220°C) e del
tipo di conduttore (alluminio).
Per quanto riguarda i valori di corrente di corto circuito, si può considerare che sulla sbarra a
150 kV, in assenza di comunicazione ufficiale da parte di TERNA S.p.A. dei dati di consegna si
assume, in accordo alle prescrizioni in merito del GRTN, una corrente di corto circuito pari a:
ICCAT = 31.5 KA
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Sulla sbarra a 30 kV, il contributo della rete al valore di corrente di corto circuito è pari a circa:
ICCrete AT = [(1/31.5 )+ (1/8.6)]-1 ≅ 7 kA
Il contributo degli aerogeneratori costituenti il parco alla corrente di corto circuito risulta pari a:
ICCaerog.=4⋅ N ⋅ S ⋅ INaerog. = 4 ⋅ 13 ⋅ 1 ⋅ 58 ≅ 3,0 kA
dove:
N: numero di aerogeneratori in funzione;
S: fattore di contemporaneità;
INaerog.: corrente nominale dell’aerogeneratore.
Pertanto, sulla sbarra di media tensione si avrà una corrente di corto circuito pari alla somma
dei contributi sopra calcolati:
ICCMT= ICCrete AT + ICCaerog. ≅ 10,0 kA
Il valore di corrente così ottenuto è cautelativo, in quanto nei calcoli non si è tenuto conto delle
limitazioni costituite dalle impedenze dei cavi elettrici MT e dei trasformatori MT/BT.
In ogni caso, al fine di garantire la protezione dal corto circuito, i dispositivi utilizzati nella
sezione MT hanno un potere di interruzione sempre superiore a 20 kA. Qualsiasi
apparecchiatura o dispositivo collegato alla sbarra di stazione dovrà essere in grado di
sopportare il livello di corto circuito calcolato, per la durata di 1 s, tempo massimo in cui le
protezioni dovranno interrompere il guasto.
DIMENSIONAMENTO
DEGLI
SCHERMI,
DELLE
GUAINE
E
DELLE
ARMATURE
METALLICHE
Le correnti che possono percorrere gli schermi, le guaine e le armature metalliche in caso di
guasto dipendono dai seguenti fattori:
tipo di guasto;
tipo costruttivo dello schermo, guaina o armatura;
collegamenti alle estremità;
distanza tra le fasi, in caso di cavi unipolari.
Il dimensionamento degli schermi e delle guaine può essere eseguito con le semplici relazioni
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impiegate nella verifica del cavo al cortocircuito:
k2 ⋅ S2 ≥ I2 ⋅ t
tenendo presente che:
per gli schermi sottili di rame (cioè costituiti da fili o nastri con una dimensione non
superiore a 0,6 mm), purché la durata del guasto sia superiore a 0,5 s, i valori di K
possono essere aumentati di circa il 10%;
per gli schermi a nastri, per gli schermi a fili e per le guaine corrugate, nella relazione
sopra riportata, la sezione S dello schermo o guaina è la sezione equivalente pari a:
ρ ∗Ρ
R ∗γ
dove:
ρ resistività del materiale costituente lo schermo o guaina a 20 °C [W ⋅mm]
R resistenza dello schermo o guaina a 20 °C [W ⋅ km–1]
P massa dello schermo o guaina [kg ⋅ km–1]
γ massa specifica dello schermo o guaina [kg ⋅ mm–3]
Per guaine di piombo le Norme raccomandano di non superare una temperatura finale di 200
°C; quando la temperatura iniziale è di 60 °C, il coefficiente K vale 22.
Per rivestimenti in acciaio il coefficiente K vale 42 se le temperature iniziali e finali sono
rispettivamente di 60 °C e di 160 °C.
Protezioni della linea di vettoriamento
PROTEZIONI CONTRO LE SOVRATENSIONI DI ORIGINE ATMOSFERICA
Dal momento che la linea elettrica non è collegata alle sue estremità a linee elettriche aeree, si
ritiene il cavo autoprotetto contro le sovratensioni di origine atmosferica.
PROTEZIONI CONTRO LE SOVRACORRENTI
Effetti termici
Il riscaldamento dovuto ad una sovracorrente provoca dilatazioni tra i vari componenti metallici
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e non metallici del cavo le quali, sovrapponendosi alle condizioni di ridotta resistenza dei
materiali riscaldati, possono causare lesioni o invecchiamenti tali da rendere inutilizzabile il
cavo.
I conduttori previsti nella linea oggetto della presente relazione tecnica presentano una portata
di corrente a regime permanente molto maggiore della corrente di impiego. Il dimensionamento
della linea è stato compiuto ponendo dei limiti alla caduta di tensione ed alle perdite elettriche.
La lunghezza della linea ha comportato un sovradimensionamento della sezione per quanto
riguarda le portate di corrente. Di conseguenza si ritiene il cavo protetto per quanto riguarda gli
effetti termici in quanto non sono previste sovracorrenti ed in quanto le caratteristiche del
terreno garantiscono la giusta dissipazione termica.
Effetti dinamici
Per i cavi multipolari con guaina o armatura l’attitudine dei rivestimenti (guaina, armatura, ecc.)
a contenere gli effetti dinamici deve essere verificata in relazione alle correnti presunte di
cortocircuito.
Per i cavi unipolari, per i cavi multipolari ad elica visibile e quando la corrente di circuito si
richiude all’esterno del cavo, gli effetti dinamici sono assorbiti dai dispositivi di fissaggio dei cavi
che devono essere conseguentemente dimensionati e distanziati.
La corrente di impiego della linea in esame è paragonabile alla portata di corrente garantita dal
fornitore del cavo tripolare con disposizione ad elica visibile. Non sono inoltre previste
sovracorrenti per cui il cavo scelto si ritiene adeguato all’applicazione.
DISPOSITIVI DI PROTEZIONE
Nelle linee in cavo i conduttori attivi devono essere protetti mediante installazione di uno o più
dispositivi di interruzione automatica, tra loro coordinati, contro i sovraccarichi e contro i corto
circuiti che assicurino l’interruzione dei conduttori di fase (per i sistemi di Categoria 1 degli
impianti utilizzatori vale la Norma CEI 64-8 art. 6.5.02).
Tali dispositivi possono assicurare:
a) unicamente la protezione contro i sovraccarichi;
b) unicamente la protezione contro i cortocircuiti;
c) la protezione contro entrambi i tipi di sovracorrente.
Nel caso a) essi possiedono generalmente un potere di interruzione inferiore alla corrente
presunta di cortocircuito nell’impianto, ma devono essere in grado di sopportare tale corrente
per la durata richiesta per il funzionamento del dispositivo di protezione contro cortocircuito.
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Nel caso b) essi devono possedere un potere di interruzione almeno pari alla corrente presunta
di cortocircuito nel punto in cui sono installati.
Nel caso c) essi devono sopportare e interrompere ogni corrente compresa tra il valore della
loro corrente convenzionale di funzionamento ed il valore della corrente presunta di cortocircuito
nel punto in cui sono installati.
PROTEZIONI CONTRO LE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO
Salvo le deroghe previste nelle Norme, le linee in cavo devono essere di norma protette contro
le correnti di cortocircuito da dispositivi situati a monte della linea, con tempi di intervento
sufficientemente rapidi da evitare danni non accettabili per le condutture. Ad evitare il
deterioramento dell’isolamento, il tempo di intervento deve essere tale che la temperatura dei
conduttori non superi il limite massimo ammesso per qualunque valore di sovracorrente
risultante da un cortocircuito in ogni punto del cavo protetto.
PROTEZIONI CONTRO LE CORRENTI DI SOVRACCARICO E DI GUASTO AD ALTA
IMPEDENZA
La protezione dei cavi contro i sovraccarichi ha lo scopo di prevedere la loro interruzione prima
che si possano verificare effetti nocivi sia ai componenti del cavo, sia alle connessioni, sia
all’ambiente esterno limitrofo. Le protezioni possono essere situate sia a monte che a valle del
cavo, in corrispondenza dei punti di prelievo del carico.
PROTEZIONI CONTRO LE CORRENTI DI CORTOCIRCUITO, DI SOVRACCARICO E DI
GUASTO AD ALTA IMPEDENZA
Nel caso in esame le protezioni contro le sovracorrenti in oggetto sono disposte ad entrambe le
estremità:
lato stazione di trasformazione nel quadro generale MT con le protezioni di linea MT;
lato parco eolico con le protezioni dei generatori, dei trasformatori MT/BT e delle linee di
distribuzione.
PROTEZIONI CONTRO I CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI
La protezione dai contatti diretti sarà effettuata prevedendo innanzitutto adeguati isolamenti per
tutte le parti in tensione e racchiudendo le parti attive degli impianti, nonché le giunzioni e
morsetterie, entro custodie.
Le custodie saranno in metallo o in materiale plastico non propagante la fiamma. Il grado di
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protezione delle custodie sarà minimo IP XXD per la sola protezione contro i contatti diretti.
Si ricorda che i gradi di protezione sono cumulativi e variabili secondo il tipo di impianto
realizzato.
In generale le caratteristiche ambientali impongono quasi sempre dei gradi di protezione più
elevati.
Le guaine metalliche, i conduttori concentrici, gli schermi metallici e le armature, se rispondenti
alle prescrizioni delle Norme relative, sono mezzi di protezione sufficienti contro i contatti diretti,
purché siano soddisfatte tutte le seguenti condizioni:
a) il rivestimento metallico sia posto sotto una guaina non metallica qualora esista pericolo
di danneggiamento chimico o meccanico;
b) sia assicurata la continuità longitudinale del rivestimento metallico per tutto il percorso
del cavo;
c) il rivestimento metallico sia messo a terra;
d) la resistenza elettrica del rivestimento metallico insieme con quella dei relativi
collegamenti a terra e di continuità sia tale da rispondere ai requisiti delle Norme.
Occorre notare che nelle giunzioni, un conduttore atto a ristabilire la continuità elettrica delle
schermature, ma che non avvolge in modo completo l’anima o le anime del cavo, come per es.
una corda flessibile, non costituisce un rivestimento metallico.
Nel caso di terne di cavi unipolari la continuità dei rivestimenti metallici è assicurata anche
quando si ricorra alla loro trasposizione ciclica su tre tratti di lunghezza praticamente uguale in
modo da annullare la tensione complessivamente indotta nella guaina o schermo metallico.
MESSA A TERRA DEL RIVESTIMENTO METALLICO DEI CAVI
Tutti i rivestimenti metallici dei cavi che costituiscono la linea di evacuazione saranno messi a
terra lungo tutto il percorso della linea ed all’estremità di collegamento verso il parco eolico.
All’estremità di ingresso della sottostazione AT/MT il rivestimento metallico dei cavi (schermo)
non verrà collegato alla rete di terra delle sottostazione, in modo da garantire l’indipendenza dei
due impianti di terra.
Quando i rivestimenti metallici dei cavi devono essere interrotti, per es. al fine di evitare il
trasferimento di tensioni di terra, la messa a terra richiesta può essere eseguita in un solo punto
del percorso del cavo, tra le estremità e l’interruzione, purché vengano adottate le seguenti
precauzioni:
in corrispondenza delle terminazioni e delle interruzioni dei rivestimenti metallici, se
accessibili, devono essere applicate opportune protezioni atte ad evitare tensioni di
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contatto superiori ai valori ammessi dalla Norma 11-8, 2.1.04;
la guaina non metallica di protezione del cavo deve avere un isolamento atto a
sopportare la massima tensione totale di terra dell’impianto di terra al quale il
rivestimento metallico è collegato.
Se il cavo ha più rivestimenti metallici, o in presenza di più cavi, essi dovranno essere connessi
in parallelo, salvo nel caso di cavi appartenenti a circuiti di misura o segnalamento.
Il collegamento di messa a terra dei rivestimenti metallici deve essere eseguito conformemente
a quanto previsto dalla Norma CEI 11-8 (2.3.04). In aggiunta ed a parziale deroga a quanto
stabilito dalle suddette Norme, per il collegamento tra il rivestimento metallico del cavo ed il
conduttore di terra è ammesso l’impiego di adeguati connettori a compressione. Inoltre, per i
cavi con rivestimento metallico a nastri o a tubo è anche ammessa la saldatura dolce o la
brasatura.
In ogni caso, occorre verificare che, in relazione alle caratteristiche delle guaine o degli schermi
metallici, i loro collegamenti a terra, incluse le connessioni, siano tali da escludere il proprio
danneggiamento e quello delle guaine o schermi per effetto delle massime correnti che vi
possono circolare.
LAVORI SU LINEE IN CAVO
Quando si eseguiranno lavori lungo un cavo con rivestimento metallico occorrerà premunirsi da
eventuali trasferimenti di tensioni pericolose di terra nei seguenti modi:
collegando il rivestimento metallico del cavo stesso a tutte le altre masse metalliche
accessibili (inclusi tutti i rivestimenti metallici di altri cavi);
prendendo precauzioni per isolare gli operatori dalle parti pericolose.
USO DI INVOLUCRI METALLICI DELLE CANALIZZAZIONI COME PROTEZIONE CONTRO I
CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI
Gli involucri metallici delle canalizzazioni (tubi, canalette, ecc.) purché aventi un grado di
protezione non inferiore a IP3X sono considerati mezzi di protezione sufficienti contro i contatti
diretti e indiretti.
SPECIFICHE TECNICHE PROTEZIONI
Nella presente sezione sono definite le specifiche tecniche dei dispositivi a relè di comando
degli interruttori per la realizzazione delle protezioni della sbarra a 20 kV, della linea di
collegamento con gli aerogeneratori e per lo svolgimento delle funzioni di interfacciamento tra
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rete TERNA e autoproduttori.
La tabella seguente riassume le protezioni adottate, la loro funzione ed i quadri elettrici di
ubicazione all’interno del monobox.
Tab. Funzioni dispositivi di protezione
Tipo
Funzione
Dispositivo di protezione
di
protezione
(cod. ANSI)
Comando
interruttore Relè di protezione sovracorrenti
MT generale
sbarra
50 – 51
Quadro
di
ubicazion
e
Quadro
generale
Relè di protezione sovracorrenti 50 – 51 50N - Quadro
Comando
interruttore di linea e verso terra
di
protezione
arrivo linea da parco Relè
interfaccia autoproduttori
eolico
51N
per
81 – 27-59
generale
Quadro
generale
Le specifiche tecniche dei singoli componenti sono definite nei sottoparagrafi che seguono.
DISPOSITIVO DI PROTEZIONE PER COMANDO INTERRUTTORE GENERALE
Il dispositivo di protezione per il comando dell’interruttore generale dovrà essere un relè a
microprocessore con le seguenti funzioni di protezione (codici funzione ANSI):
50: protezione da corto circuito (istantaneo o con ritardo regolabile);
51: protezione da sovraccarichi.
Il relè, completamente integrato nell’interruttore MT, ne determinerà l’apertura agendo sul
comando dell’apparecchio con unità di apertura a demagnetizzazione.
Il relè dovrà essere di tipo autoalimentato e dovrà consentire i seguenti collegamenti ausiliari:
collegamento ad alimentazione ausiliaria;
collegamento per comando di apertura da remoto.
Le funzioni di protezione realizzate dovranno essere indipendenti ed escludibili.
La protezione dovrà essere realizzata in modalità trifase con la connessione di tre sensori di
corrente sulle tre fasi.
I valori delle correnti di soglia di intervento e i tempi di intervento dovranno essere regolabili a
gradini per tutti i tipi di intervento realizzati.
Per la protezione 51 da sovraccarichi dovranno essere disponibili e selezionabili diverse
famiglie di curve di protezione (a tempo indipendente regolabile DT, a tempo inverso SI, a
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tempo molto inverso VI ed a tempo estremamente inverso EI).
Il relè dovrà essere dotato di segnalazione ottica a led dell’avvenuto intervento delle protezioni
e dovrà consentire l’apertura a distanza dell’interruttore.
Le caratteristiche tecniche del dispositivo sono quelle riportate qui di seguito:
Tab. Caratteristiche tecniche dispositivo di protezione per comando interruttore MT
Caratteristiche generali
Norme di riferimento:
CEI 41-1, IEC 255, CEI 50, IEC 68, CEI
65, IEC 801
Ambiente di installazione:
normale
Temperatura ambiente (min/max):
-10/+55
°C
Umidità relativa:
10/95
%
Pressione atmosferica:
70/110
kPa
Alimentazione ausiliaria
Tensione nominale:
220 Vca; 24-110 Vdc
Frequenza nominale (per alimentazione 50
10 %
Hz
A.C.):
Durata massima interruzione:
20
ms
Tempo massimo di entrata a regime:
100
ms
Potenza massima assorbita:
8/12
VA
Circuiti d’entrata
Corrente nominale:
5
A
Sovraccarico permanente:
4 IN
Sovraccarico termico (1 s):
100 IN
Frequenza:
50
Potenza assorbita:
0.5
Caratteristiche TA:
5VA 5P20
10 %
Hz
VA
Circuiti di uscita
Corrente nominale:
5
A
Tensione nominale:
230
V
Durata meccanica:
106
eventi
Durata elettrica:
105
eventi
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DISPOSITIVI DI PROTEZIONE PER L’INTERFACCIA AUTOPRODUTTORI
L’interruttore MT a protezione della linea in arrivo dal parco eolico dovrà essere dotato, oltre che
dei dispositivi di protezione dalle sovracorrenti descritti al precedente paragrafo, anche dei
dispositivi di protezione per l’interfaccia degli autoproduttori alla rete elettrica pubblica
equipaggiati con le seguenti protezioni (codici funzione ANSI):
81: Relè di minima e massima frequenza;
27: Relè di minima e massima tensione.
I relè dovranno essere completamente integrabili con l’interruttore MT di riferimento e ne
comanderanno l’apertura agendo sul comando dell’apparecchio con unità di apertura a
demagnetizzazione.
La protezione sarà realizzata con la connessione dei trasformatori voltmetrici di misura al
dispositivo, che provvederà alla misura del valore efficace e della frequenza delle tensioni
concatenate.
Tutti i relè dovranno consentire la regolazione delle soglie di intervento e del tempo di
intervento.
In caso di intervento la protezione dovrà essere ripristinata e l’interruttore richiuso
automaticamente non appena le tensioni e le frequenze misurate rientrino entro i valori di
ripristino. Un led di segnalazione dovrà comunque tenere memoria dell’avvenuto intervento.
Le caratteristiche tecniche dei dispositivi sono quelle riportate qui di seguito:
Tab. Caratteristiche tecniche dispositivo di protezione per interfaccia autoproduttori
Caratteristiche generali
Norme di riferimento:
CEI 41-1, IEC 255, CEI 50, IEC
68, CEI 65, IEC 801
Ambiente di installazione:
normale
Temperatura ambiente (min/max):
-10/+55
°C
Umidità relativa:
10/95
%
Pressione atmosferica:
70/110
kPa
Alimentazione ausiliaria
Tensione nominale:
Frequenza
nominale
380 Vca; 24-110 Vdc
(per
alimentazione 50
10 %
Hz
A.C.):
Durata massima interruzione:
0.2
s
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Tempo massimo di entrata a regime:
0.15
s
Potenza massima assorbita:
10
VA
Tensione nominale:
380
Vca
Sovraccarico permanente:
4 VN
Frequenza:
50
Potenza assorbita:
0.5
Caratteristiche TV:
10VA Cl.1 3P
Circuiti d’entrata
10 %
Hz
VA
Contatti di uscita scatto
Corrente nominale:
10
A
Tensione nominale:
400
V
Durata meccanica:
106
eventi
5
10
eventi
Corrente nominale:
5
A
Tensione nominale:
250
Durata elettrica:
Contatti di uscita segnalazione
Durata meccanica:
Durata elettrica:
V
6
eventi
5
eventi
10
10
Stazione di trasformazione AT/MT
STAZIONE DI TRASFORMAZIONE 30/150 KV
La stazione, di cui si riporta lo schema unifilare, la planimetria ed il posizionamento sul
catastale, consente di elevare l’energia prodotta dalla tensione di 30 kV del parco eolico al
livello di 150 kV della stazione di consegna TERNA.
La stazione è costituita da due stalli di trasformazione, ognuna con un trasformatori in olio
AT/MT ed un Q.E. generale MT.
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L’ingresso alla sottostazione è costituito da linee in cavo interrato isolate a 36 kV, realizzate con
conduttore in alluminio ed isolamento in EPR, analogamente alle linee di connessione degli
aerogeneratori. Le uscite in AT sono realizzate con sbarre rigide e conducono all’ingresso della
adiacente stazione di consegna.
I dati generali utilizzati per il dimensionamento delle sottostazione sono riportati nella tabella
che segue:
Tab. Caratteristiche elettriche della stazione di trasformazione AT/MT
Tensione di esercizio del sistema:
150 kV
Tensione massima del sistema:
170
kV
Frequenza nominale:
50
Hz
Tensione di tenuta a frequenza 325
kV
industriale:
Tensione
di
tenuta
ad
impulso 750
kV
atmosferico:
Corrente nominale di breve durata:
31.5 KA per 1
s
Corrente di guasto monofase a terra 10
kA
CONFIGURAZIONE DELLA STAZIONE
La stazione sarà composta da un edificio di controllo con i servizi ausiliari, due stalli AT, due
trasformatori di potenza 30/150 kV, due Q.E. generale MT, un trasformatore MT/BT per i servizi
ausiliari ed un quadro BT per il controllo dell’impianto e l’alimentazione dei servizi ausiliari.
I trasformatori AT/MT sarà esercito con il neutro secondario AT collegato francamente a terra.
Il trasformatore dei servizi ausiliari sarà esercito con il neutro del secondario BT collegato
francamente a terra.
I conduttori di neutro saranno distinti ed isolati dai conduttori di terra e protezione.
La posizione dell’edificio di controllo consente di agevolare l’ingresso dei cavi nella stazione.
L’edificio, di misure interne rispondenti alle norme CEI, ospiterà al suo interno il Q.E. MT, il Q.E.
di controllo e misura per le sezioni AT e MT, le batterie, il Q.E. dei servizi ausiliari.
Le apparecchiature AT saranno posizionate in accordo con la norma CEI 11-1 rispettando in
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particolare i seguenti requisiti:
altezza minima da terra delle parti in tensione: 4500 mm
distanza tra gli assi delle fasi delle apparecchiature: 2500 mm
La sezione MT della sottostazione è costituita da un montante in uscita dal secondario del
trasformatore MT/BT e da un quadro elettrico MT di stazione così composto:
n. 1 arrivi linea dal parco;
n. 3 linee di vettoriamento;
n. 1 partenza verso il trasformatore AT/MT di stazione;
n. 3 partenze verso la batteria di rifasamento di linea;
una partenza a protezione dei servizi ausiliari;
uno scomparto misure.
Completano la sezione n. 1 terna di scaricatori di sovratensione, per esterno, ad ossido di zinco,
completi di dispositivo conta-scariche per ogni stallo.
La sezione AT della sottostazione include le seguenti apparecchiature:
n. 1 sezionatore di linea tripolare rotativo, orizzontale a tre colonne/fase con terna di
lame di messa a terra, completo di comando a motore per le lame principali e manuale
per le lame di terra 170 kV – 1250 A - 31,5 kA ;
n. 1 interruttore tripolare per esterno in SF6; 150 kV, 1250 A, 31,5 kA equipaggiato con
un comando a molla;
n. 1 terna di trasformatori di tensione induttivi per esterno, ad uso GRTN, con rapporto
150000:√3 - 100:√3 V, 20 VA - Cl. 0.2, 20 VA - 3P;
n. 1 terna di trasformatori di corrente, unipolari isolati in gas SF6 con rapporto 200/1-1-1
A, 10 VA 5P20, 10 VA, 10 VA 5P20, 10 VA Cl. 0.2 per misure;
n. 1 terna di trasformatori di corrente, unipolari isolati in gas SF6 con rapporto 200/1-1-1
A, 10 VA 5P20, 10 VA, 10 VA 5P20, 10 VA Cl. 0.2 per misure;
n. 1 terna di scaricatori di sovratensione, per esterno ad ossido di zinco, completi di
dispositivo conta-scariche;
n. 1 trasformatore trifase di potenza 150/ 30 kV, 50 MVA in modalità di funzionamento
ONAN e 60 MVA in modalità ONAF, gruppo vettoriale YNd11, provvisto di commutatore
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sotto carico lato AT;
Le utenze monofase dei servizi ausiliari, così come i corpi illuminanti e le prese bipolari,
saranno alimentate tra fase e neutro, a 230 V, 50 Hz.
Le utenze trifase dei servizi ausiliari (motori elettrici, resistenze, prese tripolare, etc.) saranno
alimentate a 400 V, 50 Hz.
I circuiti di comando e protezione saranno alimentati a 110 Vcc, da batterie ricaricabili compete
di relativo caricabatteria automatico.
Le specifiche tecniche di ciascuno dei sopraelencati componenti sono definite nel corso dei
paragrafi seguenti. In linea generale, tutte le apparecchiature ed i componenti AT di stazione
sono progettati per sopportare la tensione massima nominale a frequenza di rete a 150 kV, cui
si collegano.
QUADRO GENERALE MT DI SOTTOSTAZIONE
Il quadro generale MT di sottostazione sarà del tipo a tenuta d’arco interno, realizzato in lamiera
zincata con unità separate protette con interruttori e sezionatori in SF6, e sarà composto da:
N. 1 unità di protezione del trasformatore lato MT;
N. 1 unità di alimentazione servizi ausiliari di stazione;
N. 3 unità di protezione batteria di rifasamento;
N. 1 unità di misura;
N. 1 unità di arrivo linee MT da parco eolico;
N. 3 unità di protezione delle linee di vettoriamento.
Il quadro così composto è di tipo modulare e viene realizzato affiancando, in modo coordinato,
unità normalizzate, di dimensioni approssimative pari a 1000x2300xh2200 cad. Gli scomparti
costituenti le diverse unità sono metallicamente segregati tra loro e le parti in tensione sono
isolate in aria.
Ogni unità è costituita da tre compartimenti di potenza: sbarre; linea; interruttore e da tre celle
ausiliarie: strumenti, canaletta di interconnessione dei circuiti ausiliari, trasformatori di tensione
e di corrente (in quelle unità in cui è prevista l’applicazione).
Lo scomparto sbarre contiene il sistema di sbarre principali collegato, tramite derivazioni, ai
contatti di sezionamento fissi dell’interruttore. Le sbarre principali sono realizzate in rame
elettrolitico.
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Tutte le unità di arrivo, partenza e misure sono dotate di sezionatore di terra per la messa a
terra dei cavi o del sistema di sbarre: il sezionatore di terra è dotato di potere di chiusura su
corto circuito. Il comando del sezionatore di terra avviene dal fronte del quadro con manovra
manuale opportunamente interbloccata.
Inoltre, tutto il quadro viene percorso al suo interno, in senso longitudinale, da una sbarra di
terra.
I cablaggi elettrici dovranno essere eseguiti con conduttori flessibili in rame isolati in PVC,
disposti dentro canalette di materiale plastico e facenti capo a morsettiere di tipo componibile
montate su guida a profilo DIN.
Come descritto singolarmente per ciascuno scomparto, il quadro deve essere dotato di tutti gli
interblocchi necessari ad impedire errate manovre che possano compromettere la sicurezza del
personale
addetto
all’esercizio
dell’impianto,
nonché
l’efficienza
e
l’affidabilità
delle
apparecchiature.
In particolare, devono essere previsti dispositivi di blocco per prevenire le seguenti manovre:
chiusura dell’interruttore in posizione intermedia;
estrazione dell’interruttore in posizione di chiuso;
inserzione dell’interruttore in posizione di chiuso;
apertura della porta del compartimento interruttore in posizione di inserito o intermedia;
inserzione dell’interruttore con porta del compartimento aperta.
Inoltre, per le unità provviste di sezionatore di terra, occorre prevedere dispositivi di blocco per
prevenire le seguenti manovre:
chiusura del sezionatore di terra con interruttore in posizione di inserito o intermedia;
inserzione dell’interruttore con sezionatore di terra chiuso;
apertura della porta del compartimento linea con sezionatore di terra aperto;
apertura del sezionatore di terra con porta del compartimento linea aperto.
Le caratteristiche generali del quadro sono quelle riportate qui di seguito. Le caratteristiche di
ciascuna unità sono invece dettagliate nei sottoparagrafi seguenti.
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Tab. Caratteristiche generali dei quadri di media tensione
Caratteristiche generali:
Norme di riferimento:
CEI17-6; IEC60298; IEC60654
Ambiente di installazione:
atmosfera normale non corrosiva e
non inquinante
Temperatura ambiente (min/max):
-5/+40
Umidità relativa massima
95 %
Altitudine massima:
1000
Grado di protezione esterno quadro:
IP3X
Grado di protezione interno quadro:
IP2X
Numero fasi:
3
Frequenza nominale:
50
Hz
Tensione nominale:
36
kV
Tensione di esercizio:
30
kV
Tensione di tenuta ad impulso:
170
kV
Tensione di tenuta a frequenza industriale 70
°C
m s.l.m.
kV
(per 1 min):
Corrente nominale alle sbarre principali:
1250
Corrente nominale ammissibile di breve 25
A
kA
durata (per 3 s):
Corrente nominale di picco:
63
Corrente nominale massima alle derivazioni: 630
Dimensioni indicative (LxHxP):
kA
A
5000x2200x2300 mm
Tab. Caratteristiche specifiche dell’unità di protezione del trasformatore lato MT
Unità di protezione del trasformatore lato MT:
Sbarre omnibus da 1250 A;
Derivazioni da 630 A;
N.1 interruttore in SF6 36 kV – 1250 A corredato da:
Blocco a chiave linea (chiave libera in posizione di aperto);
Blocco a chiave terra (chiave libera in posizione di chiuso);
Interblocco tra sezionatore di isolamento e di terra;
Contatti ausiliari di linea;
Contatti ausiliari di terra;
50
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N. 1 relè di protezione a microprocessore trifase (con funzioni 50-51);
N.1 resistenza anticondensa;
Pulsanti di comando;
Morsettiera di prova;
Morsettiera ausiliaria;
Schema sinottico;
Lampade spia.
Tab. Caratteristiche specifiche dell’unità di alimentazione servizi ausiliari
Unità di alimentazione servizi ausiliari di stazione:
Sbarre omnibus da 1250 A;
Derivazioni da 630 A;
N.3 fusibili estraibili MT (VN=36 kV; IN=20 A)
Interruttore di manovra sezionatore 36 kV – 630 A corredato da:
Blocco a chiave linea (chiave libera in posizione di chiuso);
Blocco a chiave terra (chiave libera in posizione di chiuso);
Interblocco tra interruttore di manovra e sezionatore di terra;
Sganciatore di apertura;
Sezionatore di terra;
Partitore capacitivo
N. 1 relè di protezione a microprocessore trifase (con funzioni 50-51);
Resistenza anticondensa;
Tab. Caratteristiche specifiche dell’unità di protezione della batteria di rifasamento
Unità di protezione batteria di rifasamento:
Sbarre omnibus da 1250 A;
Derivazioni da 630 A;
Interruttore in SF6 36 kV – 630 A corredato da:
Blocco a chiave libera in apertura;
Dispositivo di controllo SF6 e segnalazione stato;
Interblocco tra interruttore di manovra e sezionatore di terra;
Sganciatore di apertura;
Sganciatore di chiusura;
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Gruppo contatti ausiliari;
Sezionatore di isolamento lato sbarre e di terra lato cavi corredato da:
Blocco a chiave linea (chiave libera in posizione di chiuso);
Blocco a chiave terra (chiave libera in posizione di chiuso);
Interblocco tra sezionatore di isolamento e di terra;
Contatti ausiliari di linea;
Contatti ausiliari di terra;
N. 3 trasformatori amperometrici 100/5 A 10 VA 5P10;
Relè a microprocessore per protezione rifasamento (con funzioni 50, 51, 50N,
51N);
Toroide per il rilevamento del guasto verso terra 40/1;
Resistenza anticondensa;
Pulsanti di comando;
Morsettiera di prova;
Morsettiera ausiliaria;
Schema sinottico;
Lampada spia.
Tab. Caratteristiche specifiche dell’unità di misura
Unità misure:
N. 3 fusibili estraibili MT (VN=36 kV IN=20 A)
N. 3 trasformatori voltmetrici VN=36 kV a 2 secondari: 30000/100 V 10 VA Cl. 05
3P con 1° secondario certificato UTF;
N. 3 trasformatori amperometrici a 2 nuclei 100/5 A 10 VA Cl. 02 5P10 con 1°
nucleo certificato UTF;
Sezionatore di isolamento lato sbarre e di terra lato cavi corredato da:
Blocco a chiave linea (chiave libera in posizione di chiuso);
Blocco a chiave terra (chiave libera in posizione di chiuso);
Interblocco tra sezionatore di isolamento e di terra;
Contatti ausiliari di linea;
Contatti ausiliari di terra;
N. 3 amperometri:
Voltmetro con commutazione;
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Contatore UTF di energia attiva unidirezionale;
Resistenza anticondensa;
Chiusure, maniglie, serrature;
Pulsanti di comando;
Morsettiera di prova;
Morsettiera ausiliaria;
Schema sinottico;
Le unità di arrivo delle 3 linee MT del parco eolico sono tra loro uguali e così composte:
Tab. Caratteristiche specifiche dell’unità di arrivo linea MT dal parco eolico
Unità di arrivo linea MT da parco eolico:
Sbarre omnibus da 1250 A;
Derivazioni da 630 A;
Interruttore in SF6 36 kV – 630 A corredato da:
Blocco a chiave libera in apertura;
Dispositivo di controllo SF6 e segnalazione stato;
Sganciatore di apertura;
Sganciatore di chiusura;
Gruppo contatti ausiliari;
Sezionatore di isolamento lato sbarre e di terra lato cavi corredato da:
Blocco a chiave linea (chiave libera in posizione di chiuso);
Blocco a chiave terra (chiave libera in posizione di chiuso);
Interblocco tra sezionatore di isolamento e di terra;
Contatti ausiliari di linea;
Contatti ausiliari di terra;
Relè di protezione a microprocessore trifase (con funzioni 50 – 51 – 50N – 51N);
Relè di protezione a microprocessore per interfaccia autoproduttori DV601 (con
funzioni 81 – 27 – 59);
Resistenza anticondensa;
Pulsanti di comando;
Morsettiera di prova;
Morsettiera ausiliaria;
Schema sinottico;
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Lampade spia;
TRASFORMATORE SERVIZI AUSILIARI
La tabella seguente riporta le caratteristiche del trasformatore impiegato per i servizi ausiliari:
Tab.Caratteristiche specifiche del trasformatore servizi ausiliari
Norme di riferimento:
IEC 76 – CEI 14-4
Tipo di servizio:
continuo
Temperatura ambiente di riferimento:
40
Classe di isolamento:
A
Tipo di isolamento:
in olio
Tipo di raffreddamento:
ONAN
Tipo di installazione:
Esterno
Potenza nominale:
100
kVA
Tensione nominale BT:
0.4
kV
Tensione nominale MT:
20
kV
Frequenza nominale:
50
Hz
Regolazione tensione a vuoto:
+/- 2 x 2.5 %
Collegamento fasi avvolgimento MT:
triangolo
Collegamento fasi avvolgimento BT:
stella
Gruppo vettoriale di collegamento:
Dyn11
Sovratemperature ammesse (olio):
60
°C
Sovratemperature ammesse (avvolgimenti):
65
°C
Perdite a carico a 75 °C:
175
kW
Perdite a vuoto:
26
kW
Sovratemperatura media del nucleo:
75
°C
Peso totale in servizio:
45000 kg
Dimensioni in servizio:
max
°C
7000x3700x4100
SERVIZI AUSILIARI
Il sistema di distribuzione sarà così composto:
Raddrizzatore/Caricabatteria;
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Batteria ermetica di accumulatori al piombo;
Quadro servizi ausiliari.
Il raddrizzatore/caricabatteria, le cui caratteristiche sono riportate nella seguente tabella, svolge
la duplice funzione di fornire l’alimentazione stabilizzata alle utenze a 110 VDC e
contemporaneamente di ricaricare la batteria.
Tab. Caratteristiche specifiche dell’alimentatore servizi ausiliari
Alimentazione A.C.
Tensione nominale:
3x380
V
Variazione tensione alimentazione:
+/- 10
%
Frequenza nominale:
50
Hz
Variazione frequenza:
+/- 5
%
IDC
10
kA
IAC
27
A
Ramo caricabatterie
Tensione di carica a fondo:
132 V (2.4 V/elemento)
Tensione carica tampone:
121
V+/-1%
(2.2
V/elemento)
Corrente erogata massima (in caso di avaria ramo 50
A
utenze):
Corrente di carica batteria:
25
A
Caratteristica di carica
IU (DIN 41773)
Ramo utenze
Tensione utenze stabilizzata:
110 V +/- 1%
Corrente utenze:
50
A
Ripple:
≤1
%
Tensione massima di uscita (in caso di avaria ramo 121
V
caricabatteria):
La batteria dovrà essere ermetica e costituita da accumulatori stazionari al piombo, composta
da 55 elementi connessi in serie, con tensione nominale pari a 110 V, capacità nominale di 150
Ah riferiti al regime di scarica di 10 ore. Tutti i valori di tensione e di corrente in uscita D.C.
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devono essere limitati elettronicamente e regolabili con trimmer su schede elettroniche. Il
complesso raddrizzatore e batteria saranno contenuti in un armadio metallico, per appoggio a
pavimento su apposito telaio di base, provvisto di golfari di sollevamento, di dimensioni
indicative pari a 1400 x 600 x 220 mm (LxPxH).
I servizi ausiliari saranno alimentati o da apposito quadro dedicato o da una sezione del quadro
elettrico generale, in entrambi i casi devono essere previsti i seguenti componenti:
N. 2 interruttori magnetotermici tripolari per ingresso rete A.C.;
Fusibili sulle linee ausiliarie;
Fusibili lato batteria;
Voltmetro lato D.C. tensione batteria;
Voltmetro lato D.C. tensione utenze;
Amperometro lato D.C. corrente batteria;
Amperometro lato D.C. corrente utenze;
Voltmetro lato A.C. con TV e selettore;
Inoltre, dovrà essere presente la segnalazione dei seguenti allarmi:
Presenza rete;
Carica a fondo;
Carica tampone;
Guasto ramo batteria;
Guasto ramo utenze;
Batteria scarica;
Preallarme di fine scarica batteria;
Interruttori distribuzione aperti.
BATTERIA DI RIFASAMENTO
Sul lato MT sarà installata una batteria di rifasamento con possibilità di regolazione della
potenza reattiva immessa capacitiva ed induttiva. Si possono impiegare condensatori di tipo
monofase o trifase, con dielettrico costituito da un film di materiale plastico, caratterizzato da
bassissime perdite dielettriche ed elevata vita operativa, in accordo agli standard normativi IEC
60871. La possibilità di modificare nel tempo il numero di condensatori ed il relativo apporto
energetico consente di regolare al meglio la potenza reattiva anche in situazioni di ampia
variabilità dei carichi lungo il ciclo giornaliero.
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SCARICATORI SOVRATENSIONE LATO MT
La tabella seguente riporta le caratteristiche degli scaricatori di sovratensione a protezione della
MT:
Tab. Caratteristiche specifiche degli scaricatori di sovratensione MT
Norme di riferimento:
IEC 99-4
Tipo di isolamento:
normale
Tipo costruttivo:
ad ossido di zinco
Classe della prova di sicurezza secondo IEC
3
Tensione nominale:
36/√3 kV
Tensione max. di esercizio continuativo:
14
Tensione residua con onda 8/20 μs a corrente di scarica di 46.2
kV
kV
5 kA
Tensione residua con onda 8/20 μs a corrente di scarica di 50.3
kV
10 kA
Tensione residua con onda 8/20 μs a corrente di scarica di 56
kV
20 kA
Corrente nominale di scarica
10
Valore di cresta della corrente per prova di tenuta ad imp. di 100
kA
kA
forte corrente:
Valore efficace della corrente di prova ad impulso di lunga 1000 A
durata:
Linea di fuga
990
mm
SEZIONE ALTA TENSIONE
SEZIONATORE TRIPOLARE DI LINEA CON LAME DI TERRA 150 kV
Al fine di consentire il sezionamento del montate della linea AT in uscita dal trasformatore, si
installa un sezionatore, le cui caratteristiche principali sono riportate a seguire:
Tab. Caratteristiche specifiche sezionatore AT
Norme di riferimento:
IEC 129
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Tensione nominale:
170
kV
Corrente nominale:
1250 A
Frequenza nominale:
50
Numero di poli:
3
Corrente nominale di breve durata (valore efficace):
31.5 KA
Corrente nominale di breve durata (valore di cresta):
50
KA
Durata ammissibile della corrente di breve durata:
1
s
Tensione di prova ad impulso atmosferico verso massa:
750
kV
Tensione di prova ad impulso atmosferico sulla distanza di 860
kV
Hz
sezionamento:
Tensione di tenuta a frequenza di esercizio verso terra:
325
kV per 1 min
Tensione di tenuta a frequenza di esercizio sulla distanza di 375
KV per 1 min
sezionamento:
Tipo di manovra:
rotativo a 3 colonne
Manovra delle lame di linea:
a motore
Manovra delle lame di terra:
manuale
Contatti ausiliari disponibili:
4NA+4NC
Tensioni ausiliarie:
110 Vcc/220Vac
Il sezionatore di linea, essendo combinato con il sezionatore di terra, dovrà essere dotato di un
dispositivo di interblocco meccanico diretto che, interagendo tra il sezionatore di linea e quello
di terra, consenta di eseguire le manovre del sezionatore di terra solo con sezionatore di linea
aperto e viceversa. Il sistema di interblocco meccanico deve agire direttamente sugli organi del
sistema di trasmissione.
Il sezionatore di linea, inoltre, può essere manovrato solo in presenza di interruttore aperto,
viceversa, l’interruttore può essere manovrato solo con sezionatore chiuso.
INTERRUTTORE TRIPOLARE AT
Per l’apertura e chiusura della linea AT, si impiega un interruttore automatico tripolare isolato in
SF6, le cui caratteristiche sono riportate in Tab. 5.12.
L'interruttore deve essere conforme alle prescrizioni del D.M. del 1.12.80 e del 10.9.81 relativi
alla "Disciplina dei contenitori a pressione a gas con membrature miste di materiale isolante e di
materiale metallico, contenenti parti attive di apparecchiature elettriche", nonché alla specifica
Enel DK5400 Ed.III – 20/44 “Criteri di allacciamento i clienti alla rete AT della distribuzione”.
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Al fine di evitare che guasti interni all’impianto abbiano ripercussioni sull’esercizio della rete AT
dell’Enel, occorre installare immediatamente a valle del punto di consegna un interruttore
generale automatico con potere di interruzione di 31.5 kA, preceduto da sezionatore.
Tab. 5.12 Caratteristiche specifiche dell’interruttore AT
Norme di riferimento:
IEC 56.1
Mezzo di estinzione dell’arco:
gas SF6
Tensione nominale:
150
Corrente nominale:
1250 A
Frequenza nominale:
50
Numero di poli:
3
Livello di isolamento nominale:
170
kV
Tensione di tenuta a frequenza industriale (per 1 min):
325
kV
Tensione di tenuta ad impulso con onda 1/50 s
750
kV
Corrente nominale di breve durata (valore efficace):
31.5 kA
Durata ammissibile della corrente di breve durata:
1
s
Corrente limite dinamica:
50
kA
Durata di corto circuito nominale:
1
s
Cosϕ di corto circuito ( a potere di interruzione nominale)
0.15
kV
Hz
Potere di interruzione nominale per guasto ai morsetti a 170 31.5 kA
kV
Potere di chiusura nominale:
50
kA
Sequenza nominale operazioni:
O – t – CO – t’ - CO
Tempo di attesa t:
0.3
s
Tempo di attesa t’:
1
min
Tipo di comando manovra:
a molla tripolare
Tensione di alimentazione motore:
380
Vca
Tensione di alimentazione bobine di apertura/chiusura:
110
Vcc
Tensione di alimentazione relè ausiliari:
110
Vcc
Tensione di alimentazione resistenza anticondensa:
220
Vca
Contatti ausiliari disponibili:
4NA + 4NC
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TRASFORMATORI DI CORRENTE
Le caratteristiche dei TA impiegati sul lato AT sono riportate nella tabella che segue:
Tab. Caratteristiche specifiche del trasformatore di corrente AT
Esecuzione:
monofase
Isolamento:
in gas SF6
Tensione massima di riferimento per l’isolamento:
170
kV
Corrente nominale primaria:
200
A
Corrente nominale secondaria:
1
A
Corrente nominale termica di corto circuito (1 s):
20
kA
Corrente nominale dinamica di corto circuito:
50
KA di picco
Corrente massima continuativa:
120% IN
Tensione di prova a frequenza industriale:
325
kVeff
Tensione di prova ad impulso atmosferico:
750
kVpicco
Numero avvolgimenti secondari:
2
Prestazione:
30
Classe di precisione:
0.2-5p
Fattore limite di precisione:
10
VA
TRASFORMATORI AT DI TENSIONE INDUTTIVO
I dati relativi ai TV sono riportati nella seguente tabella:
Tab. Caratteristiche specifiche del trasformatore di tensione AT
Norme di riferimento:
IEC 185
Esecuzione:
monofase
Isolamento:
in olio
Tipo:
induttivo
Tensione massima di riferimento per l’isolamento:
170
Tensione nominale primaria:
150/√3 kV
Tensione nominale secondaria:
100/√3
Capacità nominale:
4000
pF
Frequenza nominale:
50
Hz
Tensione di prova a frequenza industriale:
325
kV
kV
60
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Tensione di prova ad impulso atmosferico:
750
kV
Numero avvolgimenti secondari:
1
Prestazione:
20
Classe di precisione:
0.2
Impiego:
misura GRTN
Isolatori in porcellana
Linea di fuga 16
VA
mm/kV
SCARICATORI DI SOVRATENSIONE AT
Per ciascun montante AT, la protezione dalle sovratensioni di origine atmosferico viene
assicurata facendo ricorso a degli scaricatori ad ossido di zinco, le cui caratteristiche tecniche
vengono indicate nella seguente tabella. Questi potranno essere composti da uno o più
elementi collegati in serie, ciascuno di essi costituito da un involucro, contenete una o più
colonne di resistori di ossido di zinco collegate in parallelo. I resistori ad ossido di zinco devono
essere in grado di garantire i livelli di protezione richiesti, di assorbire l’energia associata alle
diverse tipologie di sovratensioni e di sopportare la tensione di servizio continuo, in assenza di
fenomeni di fuga termica per la vita stimata dell’apparecchio, anche in presenza di scariche
parziali all’interno del dispositivo.
Tab.Caratteristiche specifiche dello scaricatore AT
Norme di riferimento:
IEC 99-4
Tipo di isolamento:
normale
Tipo costruttivo:
ad ossido di zinco
Tensione nominale:
144 kV
Tensione residua con onda 8/20 μs a corrente di scarica di 322 kV
5 kA
Tensione residua con onda 8/20 μs a corrente di scarica di 339 kV
10 kA
Tensione residua con onda 8/20 μs a corrente di scarica di 373 kV
20 kA
Tensione residua con onda 30/60 μs a corrente di scarica di 277 kV
0.5 kA
Tensione residua con onda 30/60 μs a corrente di scarica di 286 kV
1 kA
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Tensione residua con onda 30/60 μs a corrente di scarica di 297 kV
2 kA
Classe di scarica secondo IEC
2
Corrente nominale di scarica
10
kA
Valore di cresta della corrente per prova di tenuta ad imp. di 100 kA
forte corrente
Valore efficace della corrente di prova di sicurezza contro le 65
kA
esplosioni
Capacità di assorbimento energia
7.8
kJ/kV
Isolatori con linea di fuga
normale
Gli scaricatori devono essere provvisti di basi isolate e dispositivo contascariche su ciascuna
fase.
TRASFORMATORE AT/MT DI SOTTOSTAZIONE
Per la trasformazione 150/30 kV si impiega un trasformatore trifase in olio minerale per
installazione all’esterno, con raffreddamento naturale dell’aria e dell’olio (ONAN), con radiatori
addossati al cassone, completo di serbatoio dell’olio per il funzionamento e di serbatoio dell’olio
di riserva, predisposto per il sistema di raffreddamento ONAF.
Nel caso di raffreddamento ONAF la circolazione dell’aria sarà ottenuta mediante
elettroventilatori ed opportuna apparecchiatura di comando e controllo.
Per il dimensionamento dei due trasformatori sono stati considerate le potenze di generazione
degli aerogeneratori e sono stati scelti trasformatori da 50/60 MVA.
I dati nominali del trasformatore sono riportati nella seguente tabella, in accordo alle specifiche
di Unificazione Enel DT 1092.
Tab. Caratteristiche specifiche del trasformatore di potenza AT/MT
Norme di riferimento:
CEI
EN
60076.1
(1998-09)
Tipo di servizio:
continuo
Temperatura ambiente di riferimento:
40
Classe di isolamento:
A
Tipo di isolamento:
in olio
°C
62
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Tipo di raffreddamento:
ONAN
predisposto
per ONAF
Tipo di installazione:
Esterno
Potenza nominale in funzionamento ONAN:
50
MVA
Potenza nominale in funzionamento ONAF:
60
MVA
Tensione nominale AT:
150
kV
Tensione nominale MT:
20
kV
Frequenza nominale:
50
Hz
Regolazione tensione AT sotto carico:
+/- 12 x 15 %
Collegamento fasi avvolgimento AT:
stella
Collegamento fasi avvolgimento MT:
triangolo
Gruppo vettoriale di collegamento:
YNd11
Tensione di prova ad impulso atmosferico avvolgimento 650
kV
AT (valore di cresta):
Tensione di prova ad impulso atmosferico avvolgimento 125
kV
MT (valore di cresta):
Tensione di prova indotta a frequenza industriale 275
kV
avvolgimento AT:
Tensione di prova indotta a frequenza industriale 50
kV
avvolgimento MT:
Tensione di corto circuito percentuale:
15.5
%
Perdite a carico a 75 °C:
175
kW
Perdite a vuoto:
26
kW
Sovratemperatura media del nucleo:
75
°C
Peso totale in servizio:
≅ 65000 kg
Peso totale senza olio:
≅ 50000 kg
Peso dell’olio di riempimento:
≅ 20000 kg
Dimensioni in servizio(LxPxH):
max
6700x3700x4100
Il basamento di appoggio sarà di calcestruzzo armato, di dimensioni tali da sopportare il carico
pari al peso totale del trasformatore in opera, indicativamente, di 65000 kg.
Il trasformatore deve essere provvisto dei seguenti accessori meccanici ed elettrici:
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ACCESSORI MECCANICI
Valvola di sovrappressione con contatti ausiliari;
Indicatore di livello olio con tacche e contatti ausiliari di minimo livello;
Conservatore d’olio per il contenimento della variazione del volume d’olio del cassone,
con scomparto per commutatore sottocarico;
Dispositivi per l’immissione dell’olio;
Valvole di drenaggio;
Dispositivi per la respirazione dell’aria;
Dispositivi di spurgo;
Essiccatori d’aria;
Rubinetto per il prelievo dei campioni d’olio;
Attacchi per apparecchiatura del trattamento dell’olio;
Attacco per la pompa a vuoto;
Valvole di intercettazione lato cassone per ogni radiatore;
Targa con indicazione dati nominali;
Ganci e golfari di sollevamento del trasformatore;
Piastre appoggio martinetti;
Piastre appoggio per piedini di stazione.
ACCESSORI ELETTRICI
Termometro olio con contatti ausiliari;
Relè Buchholz con contatti ausiliari;
Relè a flusso d’olio per il commutatore sottocarico con contatto di scatto;
Due terminali di terra
Cassetta per la centralizzazione di tutti i circuiti ausiliari del trasformatore con morsettiera
a morsetti componibili su profilato;
Pannello di controllo motoventilatori.
ISOLATORI PASSANTI A.T.
Gli isolatori passanti dovranno essere del tipo a condensatore. Gli involucri isolanti pressurizzati
in ceramica dovranno essere conformi a quanto prescritto dalla Norma CEI EN 61264.
L’isolamento dovrà essere in carta impregnata con olio di tipo biodegradabile e non inibito,
conforme alle Norme CEI 10-1, oppure di tipo sintetico secondo la Pubblicazione IEC 867
Gli isolatori passanti dovranno essere privi di corna spinterometriche.
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Le caratteristiche tecniche sono quelle riportate qui di seguito:
Tab. Caratteristiche specifiche degli isolatori passanti AT
Norme di riferimento:
CEI EN 60137
Tipo costruttivo:
a condensatore
Tipo di isolamento:
Olio - SF6
Frequenza nominale:
50
Range di temperatura:
-25/+40 °C
Altitudine max s.l.m.:
1000
m
Pressione massima del vento:
700
N/m2
Tensione nominale del sistema:
150
kV
Tensione massima fase terra:
170/√3
kV
Tensione di tenuta sotto pioggia e a secco a frequenza di 275
Hz
kV
esercizio:
Tensione di tenuta a secco ad impulso atmosferico:
650
kV
Salinità di tenuta:
≅20
kg/m
3
Corrente nominale:
1.25
Corrente termica nominale di breve durata (valore eff. 20
kA
kA
componente simmetrica):
Corrente termica nominale di breve durata (valore di 51
kA
cresta primo picco):
Durata ammissibile di corrente termica nominale di breve 2
s
durata:
Angolo di montaggio rispetto alla verticale:
<30
°C
Carico di prova alla flessione:
3150
N
Temperatura massima SF6:
70
°C
Temperatura media giornaliera:
40
°C
Pressione minima SF6:
310
kPa
Pressione massima SF6:
750
kPa
Gli involucri devono essere in porcellana da entrambi i lati e con un corpo metallico centrale
provvisto di due flange. Queste ultime e le altri parti metalliche dei passanti devono essere
preferibilmente in lega di alluminio, in acciaio inossidabile o in acciaio zincato a caldo secondo
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la norma CEI 7-6 (o in altro materiale non ossidante). L’eventuale zincatura non deve avere
caratteristiche inferiori a quelle indicate nella Tabella 2.1.05 della Norma CEI 7-6 Classe B e
verrà determinata con il metodo di prova magnetica secondo le norme ISO 2178 e 2064.
Le flange e le parti metalliche esterne non realizzate in acciaio inossidabile o protette con
zincatura o materiale non ossidante, devono essere verniciate con lo stesso ciclo protettivo
utilizzato per il resto della macchina dove i passanti verranno installati.
Deve essere prevista la compensazione della variazione del volume dell'olio dovuta alla
variazione della temperatura (passanti a pieno riempimento). La bulloneria e le relative
minuterie per esterno devono essere in acciaio inossidabile. I punti di raccordo terminale tra il
conduttore passante e l’isolatore (sia lato olio che lato SF6) devono essere opportunamente
dotati di schermi per la distribuzione del campo elettrico.
Ogni isolatore passante dovrà essere corredato di:
una presa di prova per la misura della capacità, della tangente dell’angolo di perdita in
esercizio e delle scariche parziali con caratteristiche conformi a quanto indicato ai par.
3.36 e 4.10 della Norma CEI EN 60137; tale presa deve essere corredata di tappo di
chiusura completo di catenella;
un foro di sfiato provvisto di tappo completo di guarnizione e di catenella;
una presa di tensione conforme a quanto indicato al par. 3.37 della CEI EN
60137(eventualmente in alternativa alla presa di cui al comma a).
un manometro, di materiale metallico non ossidabile, munito di valvola di intercettazione
per l’individuazione di pressioni anomale nell’isolatore. Tale strumento deve essere
munito di contatti per la segnalazione di minima e massima pressione dell’olio e deve
essere possibile la taratura dei livelli di pressione in funzione delle caratteristiche
ambientali del sito di installazione. Le caratteristiche tecniche dei contatti ausiliari devono
essere conformi alle prescrizioni della Norma CEI 60947-5-1.
un dispositivo per lo scarico dell’olio completo di rubinetto standard per lo spillamento
dello stesso per eventuali controlli con filettatura conforme alle Norme UNI ISO 7/1.
un foro di riempimento provvisto di tappo maschio completo di guarnizione e di catenella.
CONDUTTORI, MORSE E COLLEGAMENTI AT
Le Connessioni tra le varie apparecchiature AT a partire dal sezionatore di ingresso zona utente
fino agli isolatori passanti AT del trasformatore di potenza dovranno essere realizzate con
conduttori in lega di alluminio dei seguenti tipi:
tubo P – AI Mg Si UNI 3569-66 diam. 40x5 mm;
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Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
corda in alluminio acciaio;
Le giunzioni lungo il sistema di sbarre dovranno consentire le normali espansioni e contrazioni
dei tubi, previste con il variare della temperatura; i morsetti destinati allo scopo non dovranno
trasmettere, durante le oscillazioni dei tubi, alcun momento sugli isolatori portanti del sistema di
sbarre.
La morsetteria utilizzata dovrà essere di tipo monometallico in lega di alluminio a profilo
antieffluvio con serraggio a bulloni in acciaio inox. Nell’accoppiamento eventuale alluminio-rame
si utilizzerà pasta antiossidante per impedire la corrosione galvanica tra i due metalli.
Gli isolatori utilizzati per le sbarre e per le colonne portanti dovranno essere realizzati in
conformità alle Norme CEI 36-12 e CEI EN 60168 e secondo le seguenti specifiche:
Colonnini in porcellana di supporto sbarre AT costituiti da isolatori portanti per esterno a nucleo
pieno per il sostegno delle sbarre e assemblati su sostegni tripolari e con le seguenti
caratteristiche:
tipo:
IEC C4-650
linea di fuga minima:
normale (16mm/kV)
carico di rottura a torsione:
450daN x m.
carico di rottura a flessione:
400daN
momento flettente di rottura in testa:
350daN x m.
tensione nominale:
150 kV
tensione di esercizio:
170 kV
tensione di tenuta ad impulso atmosferico:
650 kV
tensione di tenuta sotto pioggia:
275 kV
L’altezza degli isolatori dovrà essere determinata in base a quanto prescritto nelle tavole di
progetto.
STRUTTURE METALLICHE DI SOSTEGNO
Le strutture metalliche previste sono di tipo tubolare dimensionate in accordo al DPR 1062 del
21/06/1968. La zincatura a fuoco verrà eseguita nel rispetto delle indicazioni della norma CEI 76 fasc. 239. Qualora durante il montaggio la zincatura fosse asportata o graffiata, si provvederà
al ripristino mediante applicazione di vernici zincate a freddo.
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COLLEGAMENTI AUSILIARI
Per i collegamenti ausiliari si utilizzeranno cavi multipolari con conduttori in corda flessibile in
rame isolato in PVC sotto guaina FG7, tipo FG7OR 0.6/1 kV, in ottemperanza alle norme CEI
20-22 II, con sezione minima pari a 2.5 mmq. Per il collegamento lato secondario certificato
UTF dei trasformatori di corrente la sezione minima dei cavi impiegati dovrà essere almeno pari
a 4 mm2.
RETE DI TERRA
Dimensionamento della rete di terra
I valori delle tensioni di contatto ammessi UC (UTP secondo la nuova Norma CEI 11-1) in
funzione della durata del guasto tF (s) sono riassunti nella tabella che segue:
Durata
guasto
(s)
10
2
1
0,8
0,7
0,6
0,5
0,2
0,14
0,08
0,04
delTensione di contatto ammissibile UC (V)
(UTP secondo CEI 11-1)
Nuova norma CEIVecchia norma CEI
11-1
11-8
80
50
85
50
103
70
120
80
130
85
155
125
220
160
500
160
600
160
700
160
800
160
La tabella indica il valore della tensione che può essere applicata al corpo umano da mano
nuda a piedi nudi, con un valore dell'impedenza del corpo umano avente una probabilità pari al
50 % di non essere superata dalla popolazione, con una curva corrente tempo che presenta la
probabilità del 5% di provocare fibrillazione ventricolare e con nessuna resistenza addizionale.
Per il dimensionamento si è tenuto conto di quanto segue:
in attesa che TERNA S.p.A. comunichi i dati di guasto a terra (IG e tG), si adottano i valori, di tipo
cautelativo, indicati dal GRTN, per impianti a T con doppia alimentazione dagli impianti
adiacenti:
68
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
IG = 10 kA
tG = 0.45 s
La tensione totale di terra si ricava dalla nota relazione:
UT = RT ⋅ IG
La tensione di contatto ammissibile secondo la norma CEI 11-1, per una durata del guasto di
0.5 s, risulta 220 V, tale valore può essere aumentato di un coefficiente para a 1,5 in quanto la
stazione è recintata e l’accesso è consentito solo a persone autorizzate per cui la tensione di
contatto ammissibile è pari a 330 V.
Applicando la formula:
RT ≤ UT / IG
Si ottiene un valore pari a 0,033 ohm, troppo basso da realizzare fisicamente, pertanto in fase
realizzativa si dovrà procedere con le misure di passo e di contatto.
Una volta ricavato il massimo valore di resistenza di terra, dalla seguente formula:
RT = ρ / 4 ⋅ r + ρ / L
dove:
RT: resistenza di terra [Ω]
ρ: resistività del terreno [Ω⋅ m]
r: raggio della circonferenza di minima superficie ricoperta dalla maglia di terra [m]
L: lunghezza del conduttore di terra [m]
si ottengono i dati necessari per il dimensionamento della rete di terra (lunghezza del
conduttore interrato, raggio minimo ricoperto dalla maglia di terra).
In questa prima analisi, per la resistività del terreno si è assunto il valore di 100 Ω⋅ m.
69
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
Dimensionamento dei conduttori di terra
In ottemperanza alle norme CEI, la sezione dei dispersori, denominati conduttori di terra, deve
soddisfare la relazione:
S ≥ 1/k ⋅ √(IG2 ⋅ tG)
dove k è un coefficiente che tiene conto del materiale e per il rame nudo vale 159.
Si ottiene, così, una sezione minima di 50 mm2.
Modalità di realizzazione
L’impianto sarà costituito da una serie di dispersori a picchetto, in profilato di acciaio zincato a
caldo, o in acciaio ramato a forte spessore, infissi verticalmente entro pozzetti ispezionabili,
lungo il perimetro della sottostazione.
I dispersori a picchetto saranno interconnessi con corde in rame della sezione minima di 120
mm2, interrate alla profondità minima di 0.5 m. Le corde perimetrali, interrate a 1.2 m di
profondità sotto il piano finito di calpestio, mentre i lati interni saranno interrati a 0.6 m di
profondità, saranno interconnesse con altre corde interrate disposte in modo da formare maglie
di circa 6 m di lato.
All’impianto di terra saranno connesse tutte le masse metalliche della sottostazione ed i nodi
equipotenziali, con conduttori isolati della sezione minima di 70 mm2 e minimo 120 mm2
nell’area delle apparecchiature a 150 kV.
Ai nodi equipotenziali, che potranno essere costituiti dalle sbarre di terra all’interno dei quadri
elettrici, saranno collegati i conduttori di protezione delle utenze dei servizi ausiliari.
Eventualmente la maglia sarà integrata da dispersori a picchetto in acciaio ramato di 3 m di
lunghezza posti ad una interdistanza di circa 8-10 m lungo il perimetro esterno della rete di
terra.
L’impianto di terra sarà unico per tutta la struttura della stazione, ad esso dovranno essere
connessi tutti i conduttori che realizzano la messa a terra di funzionamento (scaricatori e sistemi
per la protezione contro le scariche atmosferiche ed elettrostatiche).
L’impianto di terra dovrà essere eseguito in modo da soddisfare le seguenti condizioni:
efficienza garantita nel tempo;
70
Relazione di Calcolo Preliminare parco eolico “Panetteria del Conte-Ramatola” – GAR Energy s.r.l., via D. Alighieri 5, 71013 – S.G. Rotondo (FG)
disperdere le correnti di guasto senza subirne danni.
L’impianto comprenderà, infine, la rete dei conduttori di protezione, installati negli stessi condotti
dei cavi di fase ed estesa a tutti gli utilizzatori. Saranno, inoltre, collegati all’impianto di terra
tutte le tubazioni metalliche entranti o presenti all’interno del perimetro occupato dalla struttura e
la recinzione della stazione.
Per quanto riguarda la corrente da disperdere ed il tempo di intervento delle protezioni si sono
adottati dei valori indicativi per la tipologia di sito, tuttavia, i valori esatti dovranno essere
comunicate da TERNA S.p.A. in fase di realizzazione dell’impianto. Analogamente, il valore
delle resistività del terreno dovrà essere verificato mediante apposita misura sul posto.
CONCLUSIONI:
Si rassegna la presente relazione di calcolo preliminare, non costituendo la stessa un
documento di progetto esecutivo finalizzato alla esecuzione delle opere; per quanto non
espressamente indicato si rimanda alle successive stesure ed alle tavole ed ai listati di calcolo
complementari a farsi.
La presente relazione consta di n. 71 pagine numerate, inclusa la presente.
Foggia, 07 gennaio 2009
Firmato
Ing. G. Bruno
_______________________
Geol. F. Ferrante
_______________________
71
