Bracci Trasversali per Linee di Trasmissione in Fibre Rinforzate in

Bracci Trasversali per Linee di Trasmissione in Fibre Rinforzate in Composito
by FRP Transmission Innovations Inc.
Introduzione
Tradizionalmente, le strutture delle linee di trasmissione utilizzavano legname trattato, acciaio o
cemento come materiale da costruzione.
Recentemente, è emersa chiaramente la difficoltà nel procurare grandi quantitativi di legname a
struttura ad H ad alta qualità per linee di trasmissione, in particolare a seguito di grandi tempeste
di vento e/o di ghiaccio, quando all'improvviso grandi carichi di legname sono stati danneggiati.
In più, l'alta domanda crea inflazione dei prezzi per questi prodotti.
La qualità del legname è peggiorata in anni recenti, poichè c'è disponibilità esclusivamente di
legname di seconda crescita, il che rende più difficile il reperimento di parti strutturali di grandi
dimensioni. Molti Bracci Trasversali di legno recentemente installati cedono in poco tempo e
secondo alcune società pubbliche, i Bracci Trasversali di legname recentemente nistallati sono
meno affidabili di alcuni vecchi Bracci Trasversali che sono già in uso da molto tempo.
Le aziende di pubblico servizio hanno iniziato ad utilizzare acciaio galvanizzato come
un'alternativa ai Bracci Trasversali in legno. Per alcune applicazioni, questo ha avuto un buon
successo. Sfortunatamente, però, l'acciaio è un buon conduttore elettrico, percui usarlo in linee di
istallazione attive è molto pericoloso. I tempi per l'approvvigionamento dell'acciaio sono
attualmente di circa 6 mesi e il costo dell'acciaio è aumentato significativamente in anni recenti a
causa dell'alta domanda. I Bracci Trasversali in acciaio sono anche molto pesanti, se paragonati
al legno. Il più delle volte, le forme strutturali cave (sezioni scatolari) sono prestabilite e la loro
corrosione interna è difficile da monitorare.
Nell'ultimo decennio, nuovi materiali ingegnerizzati sono emersi come alternativa ai vecchi e
ampiamente utilizzati materiali convenzionali. I Poliuretani bicomponenti sono ora ampiamente
conosciuti per la loro superiore forza e resistenza e possono consentire ai produttori di realizzare
a costi efficienti profili più leggeri, più forti e maggiormente resistenti ai danni.[2] Questi
materiali ad alta ingegnerizzazione promettono di fornire grandi soluzioni per il vecchio
obiettivo delle strutture di trasmissione: dare un supporto affidabile, dai costi efficienti e
durevole per i conduttori, in condizioni ambientali impegnative.
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Immagine 1 – Struttura ad H in legno
Storia dello sviluppo dei Bracci Trasversali in fibre rinforzate per le strutture ad H
British Columbia Hydro and Power Authority (BC Hydro) – la terza maggiore azienda di servizi
pubblici in Canada, con sede a Vancouver, in British Columbia, Canada - ha identificato la
necessità di sostituire i Bracci Trasversali per le strutture ad H in legno e acciaio con qualcosa di
nuovo. Questa necessità era stata espressa in pubblico e numerose idee e opzioni erano state
presentate a BC Hydro.
FRP Transmission Innovations Inc. presentò e raccomandò la sua soluzione per i Bracci
Trasversali. Dopo un'iniziale consultazione e valutazione, fu siglato un accordo di collaborazione
per 20 anni, allo scopo di fare ricerca e sviluppo congiunto tra BC Hydro e FRP TI, prima su un
Braccio Trasversale realizzato con un nuovo polimero a fibre rinforzate (FRP) e in seguito su
altri prodotti che erano necessari per il sistema di trasmissione di BC Hydro.
Due nuovi progetti sono stati sviluppati per le strutture ad H; uno era stato progettato per le
configurazioni a 138kV e un altro di dimensione maggiore per una geometria fino a 287 kV.
In base ai requisiti di carico, Bracci Trasversali più ampi potrebbero essere usati anche per linee
a 340 kV.
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Immagine 2. Immagini dell'Analisi agli Elementi Finiti (FEA - Finite Element Analysis) del
Bracci Trasversali a 287 kV
Un completo programma di test di terza parte è stato sviluppato e messo in opera da BC Hydro,
diversi Bracci Trasversali sono stati installati in loco, permettendo di far acquisire esperienza con
l'istallazione sul campo, fornendo opportunità di feedback per gli operai e consentendo di
valutare le performance sul campo e la facilità di montaggio.
Il programma di prove
Powertech, una società di ricerca controllata da BC Hydro, ha sviluppato e portato a compimento
un programma estensivo di prove di comportamento elettrico, meccanico e strutturale e di
invecchiamento accelerato.
Questo programma di test metteva a confronto i Bracci Trasversali in legno tradizionale, in
acciaio e in compositi di polimeri a fibre rinforzate (FRP) ed altri compositi speciali e i risultati
sono stati pubblicati in un report [3]. Questi programmi di test mostrano chiaramente i benefici
dei Bracci Trasversali in compositi di FRP. I risultati dei test hanno anche dimostrato la
affidabilità dei Bracci Trasversali in FRP, mostrando la loro resistenza all'azione della luce, la
loro buona resistenza ai carichi strutturali e la loro durabilità a lungo termine.
Esperienza della istallazione in loco
L'istallazione in loco è stata compiuta come parte del programma regolare di sostituzione dei
Bracci Trasversali e durante l'installazione di vari Bracci Trasversali a struttura ad H di 138 kV,
230 kV e 287 kV sono stati raccolti i feedback degli operai.
Durante queste installazioni sotto tensione i Bracci Trasversali sono stati innalzati sia con le gru
tradizionali sia con l'elicottero.
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Immagine 1. Installazione sotto tensione (energizzata) di Bracci Trasversali in FRP con
sollevamento tramite gru
Immagine 2. Istallazione sotto tensione (energizzata) di Bracci Trasversali in FRP con
sollevamento tramite elicottero
Immagine 3. Un tecnico impegnato nella manutenzione della linea di trasmissione mentre
installa un apparecchio su una linea sotto tensione (energizzata) sulla cima del Bracci Trasversali
in FRP
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Il risultato è stato che gli operai hanno apprezzato moltissimo i nuovi Bracci Trasversali. Ecco
alcuni motivi che hanno spiegato:
1. La leggerezza. È facile da sollevare da due persone, facile da muovere quando è sollevato
dal terreno.
2. Un elicottero leggero potrebbe essere utilizzato per il sollevamento, garantendo una
istallazione dai costi efficienti.
3. I Bracci Trasversali compositi a fibre rinfrozate sono elettricamente non conduttivi.
Quando istallati su linee sotto tensione energizzate, essi non sono pericolosi per gli operai
e non causano guasti se c'è un contatto tra fase intermittente e palo o tra fase e fase, a
differenza di quanto accade per i Bracci Trasversali in acciaio o legno; nei Bracci
Trasversali in FRP infatti non c'è induzione e non c'è rischio di elettrocuzione. Gli operai
si sentivano sicuri durante l'istallazione sotto tensione. Erano protetti da lampi accidentali
causati da conduttori sotto tensione o da altre forme di contatto elettrico dei Bracci
Trasversali.
4. La superficie è liscia ma non scivolosa. Il personale può sedercisi sopra e c'è una
posizione comoda per il supporto delle gambe nella flangia inferiore. Non ci sono
schegge o altri elementi in superifcie che possono potenzialmente causare infortuni al
personale.
5. Facile da forare o tagliare sul campo quando necessario
6. Gli stessi apparecchi utilizzati per i Bracci Trasversali in legno o metallo sono usati anche
per quelli in FRP. L'unico elemento aggiuntivo che hanno trovato utile ma non essenziale
nel loro set di attrezzi è stata una prolunga che permette di stringere i bulloni di
collegamento dei pali al di fuori del piano della flangia con una rotazione di 360°.
Prestazioni a lungo termine
L'uso di nuovi materiali e componenti solleva sempre il problema delle prestazioni a lungo
termine di tali prodotti.
I test di invecchiamento accelerato eseguiti da un laboratorio indipendente hanno confermato che
i Bracci Trasversali in composito di poliuretano a due componenti di TII hanno un'aspettativa di
vita di oltre 75 anni. Questa durata di vita è molto migliore di quella dei Bracci Trasversali in
legno o di quelli in acciaio galvanizzato senza che intervengano fenomeni di corrosione quando
il rivestimento galvanizzato si usura, il che succede circa dopo 35 anni nella maggior parte degli
ambienti urbani.
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Produzione
FRP TII è un'azienda canadese ed ha un'alleanza strategica con Creative Pultrusions Inc.
(www.creativepultrusions.com) negli Stati Uniti.
Questo rinomato impianto produce prodotti pultrusi ad alta qualità, con specializzazione nella
iniezione ad alta pressione di pultrusioni di resine poliuretaniche. CPI è nel mercato da quaranta
anni e produce i nostri Bracci Trasversali creando lavori manifatturieri ad alta tecnologia,
sostenibili e di buona qualità americana. L'impianto è collocato nella rurale Alum Bank, in
Pennsylvania. La struttura opera 24 ore su 24, 7 giorni alla settimana, chiudendo solo per le
vacanze e per manutenzione. Le strutture hanno controllo climatico e sono ben mantenute grazie
al loro staff di ingegneri. L'impianto è anche localizzato in posizione centrale rispetto al sistema
dei trasporti, il che rende più facile rispondere ad esigenze di approvvigionamento urgente,
aiutando le strutture in necessità, supportando i loro bisogni di recupero.
Immagine 4. Schema del Processo di Pultrusione nella progettazione di Bracci Trasversali
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Immagine 5 Realizzazione in fabbrica di fori per la connessione di apparecchi per i Bracci
Trasversali ad H di 287kV
Beneficio nei costi con l'uso di Bracci Trasversali in FRP
Il maggiore costo nella sostituzione dei Bracci Trasversali riguarda l'effettivo costo degli operai che
devono recarsi in loco (il che potrebbe essere molto costoso se, a causa del terreno irregolare, l'unica via
di accesso al sito è tramite elicottero). I Bracci Trasversali in legno devono essere sostituiti circa ogni 2540 anni, a seconda delle condizioni ambientali e la qualità originale del legname. I Bracci Trasversali in
FRP consentono di saltare fino a 2 cicli di sostituzione, se paragonati a quelli in legno. Se si analizza il
costo dell'intero ciclo di vita, si tratta di risparmi considerevoli.
C'è un calcolo del ciclo di vita molto semplificato qui. Modelli specifici più dettagliati del sito, delle
competenze e delle strutture potrebbero essere sviluppati facilmente.
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Esempio del risparmio dei costi con una aspettativa di vita di 75 anni per i Bracci Trasversali in
FRP di TII.
Ipotesi:

il Braccio Trasversale in legno costa circa quanto quello in FRP per tutto il
periodo

Nel corso dei 75 anni, è stato necessario sostituire il Braccio Trasversale in legno
ogni 25 anni

I costi di sostituzione di un Braccio Trasversale di legno o di FRP sono di circa
$25.000 (sostituzione pianificata, non di emergenza. In caso di sostituzione di
emergenza, il costo richiesto potrebbe facilmente essere il doppio)

Installazione iniziale: $25,000

Prima sostituzione del Braccio Trasversale di legno, 25 anni dopo la prima
istallazione (costo pari a quello della prima istallazione): $25,000

Smaltimento speciale del Braccio Trasversale trattato chimicamente: $500

Seconda sostituzione del Braccio Trasversale di legno a 50 anni dalla prima
istallazione (costo pari a quello della prima istallazione): $25,000

Smaltimento speciale del Braccio Trasversale trattato chimicamente: $500

Terza sostituzione del Braccio Trasversale di legno a 75 anni dalla prima
istallazione (costo pari a quello della prima istallazione): $25,000

Smaltimento speciale del Braccio Trasversale trattato chimicamente: $500
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Immagine 6 Costo totale dei Bracci Trasversali in legno e in FRP nel corso dei 75 anni
Prima installazione
Prima sostituzione del Braccio
Trasversale di legno dopo 25
anni
Smaltimento del Braccio
Trasversale trattato
chimicamente
Seconda sostituzione del Braccio
Trasversale di legno dopo 50
anni
Smaltimento del Braccio
Trasversale trattato
chimicamente
Terza sostituzione del Braccio
Trasversale di legno dopo 75
anni
Smaltimento del Braccio
Trasversale trattato
chimicamente
Prima sostituzione del Braccio
Trasversale di FRP dopo 75 anni
Riciclo del Braccio Trasversale
di FRP
Somma
Braccio Trasversale in legno
trattato
$25,000
$25,000
Braccio Trasversale in
composito di FRP
$25,000
$500
$25,000
$500
$25,000
$500
$25,000
$100
$101,500
$50,100
Utilizzando i Bracci Trasversali in FRP di TII e saltando 2 cicli di sostituzione, l'impresa di
pubblici servizi avrebbe potuto risparmiare $50.000 per una sola struttura. Considerando 1.000
strutture, si risparmierebbero $50 milioni in 75 anni. I risparmi coprono di molto il costo dei
Bracci Trasversali in FRP di TII.
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Vantaggi della gestione patrimoniale
I Bracci Trasversali in FRP di TII potrebbero essere prodotti in breve tempo, fornendo strutture
di buona qualità secondo le grandi quantità richieste dalle imprese di pubblici servizi. I tempi di
consegna correnti potrebbero partire da sole 3 settimane.
I Bracci Trasversali in FRP di TII sono inerti dal punto di vista ambientale, non causando
emissioni di elementi chimici nell'ambiente. È molto importante utilizzare i Bracci Trasversali in
FRP di TII in aree sensibili dal punto di vista ambientale. Alcuni gruppi ambientalisti hanno
abbracciato l'uso delle strutture in FRP di TII in acquitrini, zone paludose e regioni simili.
Nel caso in cui i Bracci Trasversali in FRP di TII debbano essere smaltiti (l'opzione preferibile è
il riciclo), essi potrebbero essere portati in normali discariche [4]: nessuna parte dei Bracci
Trasversali contaminerebbe l'ambiente.
Per alcune operazioni di trasmissione, c'è preoccupazione per possibili atti vandalici. I Bracci
Trasversali in FRP di TII hanno dimostrato di essere piuttosto resistenti ai danni da proiettile
balistico (colpi di arma da fuoco). Quando testati, si è visto che la maggior parte dei proiettili
semplicemente vi ha rimbalzato contro. Anche i danni causati da proiettili di grandi dimensioni
sparati a breve distanza non hanno causato cedimenti strutturali. [5]
In ambienti caldi ad alta umidità dove i legni trattati non durano a lungo e l'acciaio si corrode
molto velocemente, i Bracci Trasversali in FRP di TII sono veramente una scelta molto
vantaggiosa.
Protezione dai rapaci
In alcune aree di operazioni di trasmissione, la protezione dei rapaci è una particolare
preoccupazione; quando essi si posano sui Bracci Trasversali di trasmissione energizzati in
acciaio, le loro ali fanno da ponte tra i conduttori di fase e i Bracci Trasversali di metallo,
causando ferite o la loro stessa morte. Le società pubbliche devono pagare significativi danni;
inoltre, la relazioni pubbliche diventano difficili, quando si deve gestire la morte o le lesioni
inferte su animali allo stato naturale. L'utilizzo dei Bracci Trasversali in FRP di TII, grazie al
fatto che sono per natura non conduttivi, permetterebbe di prevenire tali incovenienti.
Conclusioni
I nuovi Bracci Trasversali in fibra rinforzata composita sono stati sviluppati grazie all'azione
congiunta di FRP Transmission Innovations Inc. e BC Hydro. Questi nuovi elementi strutturali
sono stati testati in modo estensivo in laboratorio e sono stati utilizzati sul campo per diversi
anni, mostrando grandi promesse per l'uso estensivo in tutto il mondo.
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Bibliografia
[1] BCTC 287kV H-Frame Crossarm Finite Element Analysis Report, 2008 di Creative Pultrusion Inc.
[2] J. K. T. S. a. A. D. Michael Connolly, "Processing and Characterization of Pultruded," 2006. [Online].
Disponibile: http://www.huntsman.com/pu. [Accesso 25 Febbraio 2013].
[3] Powertech Laboratories, "Testing and Performance Evaluation of BC Hydro Cross Arm Alternatives –
Transmission Innovations Cross Arms," BC Hydro, Vancouver, BC, Canada, 2011.
[4] FRP Transmission Innovations, "Recycling and Disposal Information of FRP Transmission
Innovation Cross Arms, Cross Bracings and Poles," FRP TII, Vancouver, BC, Canada, 2012.
[5] FRP TII, "Ballistic Withstand Test of Cross Arms," FRP TII, Vancouver, BC, Canada, 2013.
Per maggiori informazioni, visita il sito web di FRP Transmission Innovations Inc. all'indirizzo
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