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Analisi dellinterferenza elettromagnetica tra linee ad alta tensione e metanodotti Giovanni Falcitelli* Emiliano DAlessandro.

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Presentazione sul tema: "Analisi dellinterferenza elettromagnetica tra linee ad alta tensione e metanodotti Giovanni Falcitelli* Emiliano DAlessandro."— Transcript della presentazione:

1 Analisi dellinterferenza elettromagnetica tra linee ad alta tensione e metanodotti Giovanni Falcitelli* Emiliano DAlessandro Alice Pellegrini

2 Sommario Layout topografico; Modellazione FEM parametrica 2D del sistema condotta-elettrodotto per lanalisi del disturbo induttivo; Valutazione dellimpedenza e dei generatori di tensione del circuito equivalente del sistema condotta-elettrodotto; Risultati relativi al disturbo induttivo; Modellazione FEM parametrica 3D del sistema condotta-elettrodotto per lanalisi del disturbo conduttivo; Risultati relativi al disturbo conduttivo; Conclusioni.

3 Introduzione e motivazioni Problemi caratterizzati da un elevato numero di incognite vengono efficacemente ed efficientemente risolti mediante il metodo agli elementi finiti. Sono state sviluppate delle procedure per il calcolo delle interferenze da disturbo induttivo e conduttivo. Il calcolo dei generatori equivalenti di forza elettromotrice indotta è stato effettuato con modelli agli elementi finiti che generalizzano ed estendono i metodi noti in letteratura. La generazione degli schemi circuitali equivalenti e la soluzione degli stessi è stata demandata anchessa a software parametrizzabili che consentono di ottenere risposte rapide e accurate. I modelli agli elementi finiti sono stati generati e risolti mediante il codice Maxwell di Ansys.

4 Approccio: accoppiamento induttivo Lanalisi viene eseguita nei seguenti passi: Si analizza linterferenza induttiva tra linea ad alta tensione e la condotta su una sezione del modello. Vengono effettuate analisi armoniche al fine di calcolare i generatori di forza elettromotrice (fem) indotta per unità di lunghezza; le analisi sono parametrizzate rispetto alla distanza tra la condotta e la linea, si ottengono così i valori della fem in funzione di detta distanza. Viene costruito il circuito equivalente costituito da celle consecutive basato sulla teoria delle linee di trasmissione. Ogni cella è rappresentativa dellinterferenza per un tratto di 50m di condotta. Le impedenze longitudinali e le ammettenze trasversali vengono calcolate analiticamente mentre i generatori di fem provengono dalloutput dellanalisi agli elementi finiti. La soluzione del circuito fornisce le tensioni lungo la condotta e le correnti longitudinali e trasversali.

5 Disturbo induttivo: modellazione FEM 2D Il modello bidimensionale sfrutta la simmetria del problema riducendo lo studio ad una metà dello stesso. Il modello è completamente parametrico, sia per le dimensioni geometriche di interesse che per le proprietà dei materiali. Il dominio di calcolo è costituito da: Il suolo Laria La linea inducente La condotta del gas

6 Meshing del dominio bidimensionale Lalgoritmo di mesh utilizza elementi triangolari a funzione di forma quadratica. Al fine di cogliere leffetto pelle che si osserva sulla condotta, è stato implementato un controllo che consente di infittire la mesh sulla superficie esterna della condotta stessa

7 Definizione dei materiali Per ciascun materiale sono stati inseriti valori di conducibilità e permeabilità magnetica opportuni c_soil conducibilità del suolo p_soil permeabilità del suolo c_lin conducibilità della linea p_lin permeabilità della linea c_cond conducibilità della condotta p_cond permeabilità della condotta c_air conducibilità dellaria p_air permeabilità dellaria

8 Condizioni al contorno e sorgenti Come condizione al contorno è stato imposto che il flusso fosse parallelo al confine del dominio di calcolo Come eccitazione è stata imposta la corrente sulla linea inducente Effetto pelle Linee di flusso

9 Sweep parametrico Estrazione dei generatori di fem indotta tramite fit dei dati numerici ottenuti dal modello agli elementi finiti in funzione della distanza condotta-linea.

10 Il modello matematico Al fine di tener conto della posizione relativa di condotta e linea, i generatori di fem indotta sono stati calcolati mediante la seguente relazione: k è la somma delle seguenti distanze: (distanza linea – terra) + (profondità di interramento condotta) + (raggio esterno condotta). θ è l'angolo tra la proiezione ortogonale al generico tratto di linea e l'asse condotta.

11 Validazione della procedura Studio di Bortels e Purcar Linea 345 kV parallela alla condotta da 20, interrata a 5m di profondità, con un parallelismo tra linea e condotta di 10 Km e una estensione condotta di 20 Km. Distanza linea condotta 25m Valori di letteraturaValori calcolati

12 Il modello circuitale Limpedenza longitudinale è limpedenza propria della tubazione. Limpedenza trasversale rappresenta limpedenza tra la tubazione e la terra. I generatori di forza elettromotrice descrivono linfluenza del sistema inducente sul sistema indotto

13 Layout topografico Linea alta tensione condotta

14 Risultati relativi al disturbo induttivo Effetti delle singole linee e quelli dovuti alla somma di tutte le interferenti nel caso in cui il sistema lavori in condizioni normali.

15 Risultati relativi al disturbo induttivo Interferenza prodotta dalle linee in condizione di guasto monofase a terra.

16 Disturbo conduttivo: modellazione FEM 3D Dimensioni dominio di calcolo: [60mx60mx10m] Il dominio di calcolo è costituito da: Il suolo Laria La condotta del gas Il modello tridimensionale realizzato è completamente parametrico, sia per le dimensioni geometriche di interesse che per le proprietà dei materiali.

17 Disturbo conduttivo: modellazione FEM 3D

18 Meshing del dominio tridimensionale Il dominio tridimensionale è stato discretizzato mediante una mesh di elementi tetraedrici a funzione di forma quadratica. La mesh risulta più fitta in prossimità del rivestimento dielettrico della condotta. N. Elementi

19 Condizioni al contorno e sorgenti Come condizione al contorno è stato imposto che il potenziale sia nullo sulla parte inferiore del dominio di calcolo Come eccitazione è stata imposta una corrente diretta ortogonalmente al terreno

20 Risultati relativi al disturbo conduttivo

21

22 3071[V]

23 Risultati relativi al disturbo conduttivo 3071[V]-1700[V]=1371[V]

24 Parte del circuito equivalente, esercizio normale: Simplorer Modelli fem 2D e 3D: Maxwell fem indotta vs lunghezza condotta Planimetria condotta Conclusioni

25 Sono state analizzate le interferenze di tipo induttivo e conduttivo su una condotta posizionata in prossimità di tre linee ad alta tensione. Per lanalisi dellaccoppiamento induttivo, è stato ottenuto il modello bidimensionale del sistema costituito dallelettrodotto e dal metanodotto. Al fine di valutare la corrente indotta sulla tubazione, è stato analizzato il circuito equivalente del sistema. È stata valutata la tensione indotta sulla condotta in funzione della posizione rispetto alla linea inducente sia in condizioni di normale funzionamento sia nel caso di guasto monofase. Per lanalisi dellaccoppiamento di tipo conduttivo, è stato analizzato il modello 3D della geometria di riferimento. È stata valutata la tensione indotta sia sullisolante sia allinterfaccia tra isolante e condotta.


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