AEIT-IEEE PES
Workshop on
US and Italian Blackouts: Causes and Countermeasures
I limiti termici di portata delle linee aeree
Realtà e convenzioni
Thermal limits of power line capability: reality and practice
(Luigi Paris, AEE)
May 10th, 2004
Sala Bernini, Residenza di Ripetta
Rome, Italy
Un maledetto albero . . .
anzi due ! ! !
Scariche conduttori – alberi
Qualche considerazione statistica
Da informazioni raccolte dagli organismi federali di controllo
risulta che sulle linee 380-220 kV l’ordine di grandezza
della frequenza delle scariche sugli alberi sarebbe di:
1 caso ogni 1000 km anno
concludendo che:
“Le scariche di una linea aerea ad alta tensione dovute
al contatto con alberi sono sempre possibili, ma rare
…………le cause che hanno determinato l’evento del
28 settembre non hanno nulla di eccezionale.”
Basandosi sui dati statistici risulterebbe effettivamente che
la probabilità di scarica in una certa ora sulle linee in
considerazione, tenuto conto della loro lunghezza
sarebbe estremamente bassa; un ordine di grandezza
intorno a:
10-5
Basandosi sui dati statistici risulterebbe effettivamente che la
probabilità di scarica in una certa ora sulle linee in
considerazione, tenuto conto della loro lunghezza sarebbe
estremamente rara con un ordine di grandezza di:
10-5
Proprio per questo la concomitanza di due scariche nella
stessa ora sarebbe statisticamente impossibile se gli
eventi non fossero avvenuti in circostanze eccezionali e
fortemente correlanti.
Tra queste circostanze certamente si può annoverare un
carico di queste linee molto superiore alla media anche
se condizioni climatiche particolari potrebbero aver
giocato.
Le regole usate per il progetto e l’esercizio di linee così
caricate non possono essere quelle applicate nella media
delle linee
Scariche conduttori – alberi
Ricostruzione dell’evento
Sils - Soazza
Tutti i rapporti sul blackout del 28 settembre 2003
parlano di alberi troppo cresciuti e di conduttori troppo
caldi.
Sulla crescita degli alberi non si fanno considerazioni
quantitative mentre sulle temperature dei conduttori si
esprimono incredibili certezze quali ad esempio:
…..the temperature of the conductor reached 103°C just
before it tripped …..
Negli stessi rapporti non si porta molta attenzione a
come la temperatura dei conduttori si traduce in
aumento di freccia da confrontare con la crescita degli
alberi.
Sorge inevitabile la curiosità di vedere come stanno
veramente le cosele cose
Overload of the line Silzconvenzioni
- Soazza assunte
Massima temperatura conduttore 80°C
Temperatura ambiente
10°C
Velocità del vento 0.6 m/sec
3300
3200
calculated overload
allowed
3100
3000
average overload
between 3.05- 3.25
A 2900
2800
maximum overload
reached between
3.05- 3.25
2700
2600
2500
0
5’
10’
time
15’
20’
25’
…. allowing an operation time of up to around 15 minutes…
The operators were unaware of the fact that the overload on
Sils-Soazza was only allowable for about 15 minutes.…
Le condizioni convenzionali cui si fa riferimento si
assomigliano molto a quelle scritte 50 anni fa su un famoso
libro in maniera del tutto esemplificativa; l’argomento era
trattato più che altro per completezza di trattazione
A quei tempi il limite termico era più che altro un riferimento in
quanto, non essendovi problemi nell’istallare nuove linee,
ragioni economiche ponevano limiti più severi; non valeva la
pena di dedicarvi molta attenzione
Queste condizioni si sono tramutate in un “ipse dixit” troppo
comodo per rimetterlo in discussione e perciò assunto come
verità assoluta; valida in tutto il mondo senza alcun
riferimento alle meteorologie locali
Posizione di progetto
conduttore 40°C
0
1
0
3
5,50
4
10
0
Condizioni climatiche
convenzionali invernali
Linea Sils-Soazza
Campata 333-334
5m
1
20
2
2
3
km/h
°C
Lunghezza 393 m
Posizione di progetto
Posizione di progetto 40°C
0
950 A -> 1350 A
1
0
3
2
2
5,50
3
4
5m
km/h
°C
1
20
10
0
Posizione di progetto 40°C
0
1
2,30
0
3
km/h
°C
1
2
2
3
4
2,30
5m
E’ singolare, anche se
puramente casuale, che
crescita degli alberi e aumento
di freccia si siano ripartiti in
parti uguali le responsabilità
della riduzione di franco e
quindi del blackout italiano!
20
10
0
0
1
0
3
km/h
2
2
3
4
5m
°C
1
20
10
0
0
1
00
33
3,60
2
3
4
5m
0,90
km/h
km/h
22
0
A
°C
1
20
10
0
0
1
0
3
2
km/h
°C
1
20
10
0
2
30 cm
was only allowable for about 15 minutes
3
4
230 cm
5m
L’albero è cresciuto di 230
cm mentre i 10 minuti di
prolungamento dell’attesa
Chi è più responsabile
considerati
responsabili del
blackout30italiano
valevano
cm !!! l’albero o
il prolungamento
dell’attesa?
Posizione di progetto 40°C
0
1
0
3
2
2
3
4
5m
km/h
280cm
230 cm
°C
1
20
10
0
0
1
0
3
km/h
°C
1
20
10
0
2
2
3
4
230 cm
5m
Chi è più responsabile del
blackout italiano: il vento o
il prolungamento
dell’attesa?
Questo esercizio è stato fatto sulla campata in cui si è
verificata la scarica (secondo IFICF). Ma la sensibilità della
freccia alla temperatura dipende dalla lunghezza della
campata considerata rispetto alle vicine
La campata considerata era relativamente poco sensibile
perché inserita in un tratto di linea relativamente uniforme.
(C=Ceq).
Se la campata fosse stata come quella cui è avvenuto il
guasto della Mettlen Lavorgo (C=1,2 Ceq ) sensibilmente
più lunga di quelle vicine……
Posizione di progetto 40°C
C=1,2 Ceq
0
1
0
3
km/h
°C
1
20
10
0
2
2
3
4
230 cm
5m
Chi è più responsabile del
blackout italiano: la
geometria della linea o il
prolungamento
dell’attesa?
a fronte di tutto questo è chiaro che l’affermazione:
la condizione N-1 appoggiata
The operators were unaware of the
the overload
on
ai fact
limitithat
termici
non stabilisce
di per
sé un
livello di sicurezza
Sils-Soazza was only allowable for
about
15 minutes.…
nel nostro caso si trattava di
che fa pensare ai 15 minuti come
frontiera
tra una
uno stato
N-1 estremamente
pericoloso
condizione sicura e una insicura,
è del tutto fuorviante.
Sarebbe stato meglio rendere consapevole l’operatore
che la situazione era estremamente pericolosa e doveva
essere risolta nel tempo più breve possibile senza
speculare sulla dinamica termica.
Dei vantaggi derivanti dalla dinamica termica si dovrebbe
tenere conto statisticamente nel determinare il valore della
portata ammissibile.
Aspetti probabilistici
nel coordinare limiti termici,
franchi elettrici e temperature
di progetto
Il limite termico delle linee dovrebbe essere determinato in
modo da mantenere in limiti accettabili il rischio di scarica
sulle opere attraversate
E ciò primariamente per ragioni di sicurezza dei terzi e
solo in via secondaria per ragioni di esercizio.
Se così è la dinamica termica ha effetti trascurabili su tale
rischio.
Quando ci si spinge a utilizzare le linee con carichi
sempre prossimi ai valori estremi occorre essere meno
approssimati nella valutazione dei limiti termici e farlo in
modo razionale legandoli alle caratteristiche progettuali
delle linee e alle reali condizioni climatiche del luogo
40°C
Dens. probabilità
0
1200 A
C/Ceq=1,0
1
80°C
2
Cond. meteo
convenzionali
28%
5,50
3
E-3
4
5m
E-5
Cond. meteo
reali
Nello stabilire il limite di portata di una linea teso a
limitare il rischio di scarica sugli oggetti sottostanti è
consigliabile utilizzare un approccio probabilistico in
considerazione della elevata dispersione del valore
della freccia, legata alla grande aleatorietà delle
condizioni climatiche
Per razionalizzare questa scelta è però necessario
considerare il forte legame esistente tra i criteri con cui
è progettata la linea e il rischio di scarica
40°C
Dens. probabilità
0
1200 A
C/Ceq=1,2
1
Cond. meteo
reali
2
5,50
3
80°C
Cond. meteo
convenzionali
28%
4
E-3
5m
E-5
40°C
Dens. probabilità
0
1200 A
C/Ceq=1,0
1
C/Ceq=1,2
80°C
80°C
2
5,50
80°C
3
E-3
E-3
4
E-3
5m
1200 A
C/Ceq=1,0
C/Ceq=1,2
Dens. probabilità
80°C
0
1
E-3
2
3
3,70
E-3
Il progetto della linea verificato con catenaria a
temperatura aumentata e franchi ridotti consente, a
parità di corrente, una maggior sicurezza della linea che
in molti casi sono rilevanti.
La verifica del progetto di una linea esistente fatta con
questi sistemi consente:
• di valorizzare in termini di portata le caratteristiche
della linea
• evidenziare i punti critici da sorvegliare al fine di
contenere i rischi di scarica;
• suggerire modifiche puntuali della linea che
consentono di realizzare con poco costo incrementi
sensibili di portata
Riflessioni
Premesso che:
• Utilizzare le linee ai limiti termici, molto superiori ai
tradizionali limiti economici, è divenuto pratica
corrente solo recentemente in relazione alla sempre
maggior difficoltà a realizzare nuove linee
• Non ci si può perciò basare su criteri pragmatici
derivanti da esperienze del passato.
Ci si può domandare se:
Sia opportuno continuare a determinare i limiti di portata
con metodi decisamente obsoleti che ignorano le
informazioni climatiche locali e le caratteristiche
progettuali delle linee o sia meglio affidarsi a metodi
che le considerano e che si basano sull’analisi del
rischio
1. Sia opportuno continuare a determinare i limiti di portata con
metodi decisamente obsoleti che ignorano le informazioni
climatiche locali e le caratteristiche progettuali delle linee o
sia meglio affidarsi a metodi che le considerano e che si
basano sull’analisi del rischio
2. Se il limite di portata debba essere orientato a proteggere la
sicurezza delle persone (safety) o quella dell’esercizio
(security); nel primo caso la considerazione della dinamica
termica perde di significato
3. Sia logico continuare ad affidare la sicurezza del sistema a
verifiche N-1 basate sul limite di portata delle linee che sono
così difficilmente definibili in termini deterministici; se in
questo caso sia utile utilizzare i margini dati dalla dinamica
termica nel definire il limite di portata
4. Sia logico continuare a far dipendere il tempo concesso alle
manovre di ripristino della sicurezza dalla dinamica termica
dei conduttori o sia meglio legarlo alla pericolosità dello stato.
Grazie per l’attenzione