I limiti termici di portata delle linee aereeRealtà e convenzioni 

Thermal limits of power line capability: reality and practice

(Luigi Paris, AEE)

AEIT-IEEE PESWorkshop on

US and Italian Blackouts: Causes and Countermeasures

May 10th, 2004Sala Bernini, Residenza di Ripetta

Rome, Italy

Un maledetto albero . . .

anzi due ! ! !

Scariche conduttori – alberiQualche 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 – alberiRicostruzione 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

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

0 5’ 10’ 15’ 20’ 25’

calculated overloadallowed

average overloadbetween 3.05- 3.25

maximum overloadreached between3.05- 3.25

Overload of the line Silz - Soazza

A

time …. allowing an operation time of up to around 15 minutes…

convenzioni assunteMassima temperatura conduttore 80°CTemperatura ambiente 10°CVelocità del vento 0.6 m/sec

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

0

1

2

3

4

5 m

20

10

0

°C

2

13

0km/h

Posizione di progetto

conduttore 40°C

5,50Condizioni climatiche convenzionali invernali

Linea Sils-Soazza

Campata 333-334

Lunghezza 393 m

Posizione di progetto

0

1

2

3

4

5 m

20

10

0

°C

2

13

0km/h

Posizione di progetto 40°C

5,50

950 A950 A -> 1350 A

2,30

2,30 20

10

0

°C

0

1

2

3

4

5 m

2

13

0km/h

Posizione di progetto 40°C

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

°C

0

1

2

3

4

5 m

2

13

0km/h

0A

2

13

0

km/h

20

10

01

0,90

3,60

°C

0

1

2

3

4

5 m

2

13

0km/h

20

10

0

0

1

2

3

4

5 m

°C

30 cm2

13

0km/h

230 cm

L’albero è cresciuto di 230 cm mentre i 10 minuti di prolungamento dell’attesa considerati responsabili valevano 30 cm !!!

Chi è più responsabile del blackout italiano l’albero o il prolungamento dell’attesa?

was only allowable for about 15 minutes

0

1

2

3

4

5 m

20

10

0

°C

2

13

0km/h

Posizione di progetto 40°C

230 cm280cm

20

10

0

°C

0

1

2

3

4

5 m

2

13

0km/h

2

13

0km/h

Chi è più responsabile del blackout italiano: il vento o il prolungamento dell’attesa?

230 cm

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……

0

1

2

3

4

5 m

20

10

0

°C

2

13

0km/h

Posizione di progetto 40°C

230 cm

C=1,2 Ceq

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:

che fa pensare ai 15 minuti come frontiera tra una 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.

The operators were unaware of the fact that the overload on Sils-Soazza was only allowable for about 15 minutes.…

la condizione N-1 appoggiata ai limiti termici non stabilisce di per sé un livello di sicurezza

nel nostro caso si trattava di uno stato N-1 estremamente pericoloso

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

0

1

2

3

4

5 m

5,50

28%

40°C

Cond. meteo reali

Dens. probabilità1200 A

Cond. meteo convenzionali80°C

C/Ceq=1,0

E-3

E-5

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

0

1

2

3

4

5 m

5,50

40°C

80°CCond. meteo convenzionali

1200 A

C/Ceq=1,2

E-3

E-5

28%

Cond. meteo reali

Dens. probabilità

0

1

2

3

4

5 m

5,50

40°CDens. probabilità

1200 ADens. probabilità

80°C

C/Ceq=1,0

C/Ceq=1,2

80°C

E-3

E-3

80°C

E-3

0

1

2

3

3,70

80°C

1200 A

Dens. probabilità

C/Ceq=1,0

C/Ceq=1,2

E-3

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