ANSALDO Correnti Vaganti

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GRIFONE\Road Show Presentation\New Road

Show Presentation\19 Road-Show presentation

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Correnti Vaganti

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CorrentiCorrenti VagantiVaganti

IntroduzioneIntroduzione

Una struttura metallica in un mezzo avente conducibilitUna struttura metallica in un mezzo avente conducibilitàà ionica, quale ad esempio acqua, ionica, quale ad esempio acqua,

terreno o calcestruzzo, nel quale sia presente un campo elettricterreno o calcestruzzo, nel quale sia presente un campo elettrico associato alla o associato alla

circolazione di corrente continua, può subire attacchi di circolazione di corrente continua, può subire attacchi di corrosione percorrosione per interferenzainterferenza..

L'interferenza risulta tanto maggiore quanto piL'interferenza risulta tanto maggiore quanto piùù intenso intenso èè il campo elettrico. Se la struttura il campo elettrico. Se la struttura

estranea estranea èè dotata di un rivestimento dotata di un rivestimento ““perfettoperfetto””, l'interferenza non può avvenire; ma se , l'interferenza non può avvenire; ma se èè

presente anche un solo difetto nelle zone di rilascio della corrpresente anche un solo difetto nelle zone di rilascio della corrente, allora gli effetti di ente, allora gli effetti di

interferenza diventano molto severi, poichinterferenza diventano molto severi, poichéé la corrente intercettata viene scambiata tutta in la corrente intercettata viene scambiata tutta in

quel punto.quel punto.

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Si parla di Si parla di interferenza non stazionariainterferenza non stazionaria quando il campo elettrico quando il campo elettrico èè variabile: variabile: èè il caso il caso

classico di interferenza derivante dalle classico di interferenza derivante dalle correnti vaganticorrenti vaganti disperse dai sistemi di trazione a disperse dai sistemi di trazione a

corrente continua. corrente continua.

In figura In figura èè riportato l'esempio di interferenza di una struttura metallica riportato l'esempio di interferenza di una struttura metallica interrata situata interrata situata

parallelamente ad una linea di tranviaria elettrificata.parallelamente ad una linea di tranviaria elettrificata.

terrenoterrenoterrenoterreno

sottostazionesottostazionesottostazionesottostazione

strutturastrutturastrutturastruttura metallicametallicametallicametallica interferitainterferitainterferitainterferita

trattotrattotrattotratto catodicocatodicocatodicocatodico trattotrattotrattotratto anodicoanodicoanodicoanodico

+

_

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Gli impianti di trazione a corrente continua utilizzano un conduGli impianti di trazione a corrente continua utilizzano un conduttore isolato collegato al ttore isolato collegato al

polo positivo, mentre il polo negativo, o ritorno, polo positivo, mentre il polo negativo, o ritorno, èè costituito dalla rotaia. costituito dalla rotaia.

Questa non può mai essere perfettamente isolata da terra.Questa non può mai essere perfettamente isolata da terra.

Durante il movimento di un convoglio, la corrente di alimentazioDurante il movimento di un convoglio, la corrente di alimentazione dal polo positivo della ne dal polo positivo della

sottostazione percorre il conduttore fino al treno, quindi attrasottostazione percorre il conduttore fino al treno, quindi attraverso le ruote passa ai binari verso le ruote passa ai binari

per rientrare al polo negativo della sottostazione. per rientrare al polo negativo della sottostazione.

In questo ultimo tratto, la corrente può utilizzare per il ritorIn questo ultimo tratto, la corrente può utilizzare per il ritorno le rotaie, oppure il terreno, no le rotaie, oppure il terreno,

oppure entrambi.oppure entrambi.

Solo le correnti disperse di tipo continuo che provocano effettiSolo le correnti disperse di tipo continuo che provocano effetti di corrosione significativi; di corrosione significativi;

quelle alternate danno luogo a corrosione unicamente per densitquelle alternate danno luogo a corrosione unicamente per densitàà di corrente molto di corrente molto

elevate, nellelevate, nell’’ordine di alcune decine di ampere per metro quadrato.ordine di alcune decine di ampere per metro quadrato.

A A titolotitolo esemplificativoesemplificativo, n, nelel caso del ferro il passaggio di 1 A provoca la dissoluzione di caso del ferro il passaggio di 1 A provoca la dissoluzione di circa 9 kg di ferro in un anno. Oppure, in altri termini, una decirca 9 kg di ferro in un anno. Oppure, in altri termini, una densitnsitàà di corrente di di corrente di 1 A/1 A/mm²² (= 100 A/(= 100 A/cmcm²²) provoca una diminuzione di spessore alla velocit) provoca una diminuzione di spessore alla velocitàà di 1 mm/anno.di 1 mm/anno.

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La corrente di ritorno, dispersa dalle rotaie verso il terreno, La corrente di ritorno, dispersa dalle rotaie verso il terreno, investe le strutture metalliche investe le strutture metalliche

situate in prossimitsituate in prossimitàà. .

Nel caso di una condotta interrata parallela alla linea ferroviaNel caso di una condotta interrata parallela alla linea ferroviaria, illustrato dalla figura, la ria, illustrato dalla figura, la

corrente dispersa nel terreno utilizza la condotta stessa come ucorrente dispersa nel terreno utilizza la condotta stessa come ulteriore circuito alternativo lteriore circuito alternativo

di ritorno alla sottostazione. di ritorno alla sottostazione.

Le superfici metalliche dove la corrente circola dal terreno verLe superfici metalliche dove la corrente circola dal terreno verso il metallo risultano so il metallo risultano

polarizzate catodicamente e quindi in parte o completamente protpolarizzate catodicamente e quindi in parte o completamente protette; viceversa quelle ette; viceversa quelle

dove la corrente circola in senso opposto, dal metallo verso ldove la corrente circola in senso opposto, dal metallo verso l’’ambiente, sono polarizzate ambiente, sono polarizzate

anodicamenteanodicamente e i processi di corrosione risultano accelerati.e i processi di corrosione risultano accelerati.

terrenoterrenoterrenoterreno

sottostazionesottostazionesottostazionesottostazione

strutturastrutturastrutturastruttura metallicametallicametallicametallica interferitainterferitainterferitainterferita

trattotrattotrattotratto catodicocatodicocatodicocatodico trattotrattotrattotratto anodicoanodicoanodicoanodico

+

_

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Interferenza elettrica delle armature nel calcestruzzoInterferenza elettrica delle armature nel calcestruzzo

Come per le strutture metalliche interrate, anche le armature neCome per le strutture metalliche interrate, anche le armature nel calcestruzzo possono l calcestruzzo possono

risultare interferite; il cemento risultare interferite; il cemento èè infatti un ambiente con conducibilitinfatti un ambiente con conducibilitàà ionica, seppure ionica, seppure

caratterizzato da elevata resistivitcaratterizzato da elevata resistivitàà..

Valgono per il caso in esame delle armature nel calcestruzzo le Valgono per il caso in esame delle armature nel calcestruzzo le considerazioni generali considerazioni generali

viste sopra. In particolare lviste sopra. In particolare l’’interferenza provoca corrosione dellinterferenza provoca corrosione dell’’armatura nelle zone armatura nelle zone

anodiche della struttura, dove la corrente circola nel verso da anodiche della struttura, dove la corrente circola nel verso da armatura a calcestruzzo.armatura a calcestruzzo.

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Criteri di accettabilitCriteri di accettabilitàà

Gli effetti di corrosione sono trascurabili se il potenziale si Gli effetti di corrosione sono trascurabili se il potenziale si mantiene nellmantiene nell’’intervallo di intervallo di

passivitpassivitàà, indicativamente sino a +0,6 V (rispetto all, indicativamente sino a +0,6 V (rispetto all’’elettrodo di riferimento al calomelano) elettrodo di riferimento al calomelano)

per strutture non per strutture non carbonatatecarbonatate, n, néé contaminate da ioni cloruro.contaminate da ioni cloruro.

Strutture in cemento armato (CA):Strutture in cemento armato (CA):

perdita di aderenzaE < -1,1 V

passività (corrosione trascurabile)-1,1 V < E < 0,6

passività (corrosione trascurabile)

E > 0,6 V per una quota non continuativa

di tempo inferiore al 5 % del tempo di

esposizione

corrosioneE > 0,6 V

EVENTI ASSOCIATICAMPO DI POTENZIALE

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StrategieStrategie didi minimizzazioneminimizzazione delledelle correnticorrenti vagantivaganti

Massimo Massimo isolamentoisolamentorotaierotaie verso terraverso terra

per per minimizzareminimizzare le le correnticorrenti disperse disperse dalledalle

rotaierotaie

MassimaMassima conduttanzaconduttanzalongitudinalelongitudinale rotaierotaie

per per agevolareagevolare ilil ““correttocorretto””ritornoritorno delladella correntecorrente in in

sottostazionesottostazione

SezionamentoSezionamento strutturestrutturemetallichemetalliche potenzialmentepotenzialmente

interessateinteressate dada correnticorrentivagantivaganti

per per minimizzareminimizzare la la propagazionepropagazione delledelle correnticorrenti

vagantivaganti

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Come regola generale, al fine di minimizzare la propagazione delCome regola generale, al fine di minimizzare la propagazione del fenomeno delle fenomeno delle

correnti vaganti nei sistemi di trazione in corrente continua (mcorrenti vaganti nei sistemi di trazione in corrente continua (metropolitane, etropolitane,

tramvie,tramvie,……), occorre che le strutture in cemento armato connesse al sistem), occorre che le strutture in cemento armato connesse al sistema di a di

trazione (tunnel, viadotti, trazione (tunnel, viadotti, solettonisolettoni, edifici,, edifici,……), siano opportunamente sezionate ), siano opportunamente sezionate

mediante giunti dielettrici.mediante giunti dielettrici.

Ne consegue che il sistema delle terre deve essere progettato inNe consegue che il sistema delle terre deve essere progettato in stretto stretto

coordinamento con le strategie di minimizzazione delle correnti coordinamento con le strategie di minimizzazione delle correnti vaganti adottate.vaganti adottate.

ProgettazioneProgettazioneSistemaSistema delledelle TerreTerre

StrategiaStrategia minimizzazioneminimizzazione correnticorrenti vagantivaganti((posizionamentoposizionamento giuntigiunti dielettricidielettrici))

La norma EN 50122La norma EN 50122--2 costituisce il principale riferimento in materia.2 costituisce il principale riferimento in materia.

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Enti terzi:Enti terzi:

Quando strutture di Enti terzi (non direttamente coinvolte nel sQuando strutture di Enti terzi (non direttamente coinvolte nel sistema di trazione) quali ad istema di trazione) quali ad

esempio tubazioni, edifici, esempio tubazioni, edifici, …… , sono soggette a rischio reale di corrosione dovuta a correnti, sono soggette a rischio reale di corrosione dovuta a correnti

vaganti, vaganti, èè necessario adottare provvedimenti precauzionali (sezionamento lnecessario adottare provvedimenti precauzionali (sezionamento longitudinale, ongitudinale,

rivestimenti dielettrici,rivestimenti dielettrici,……) per garantirne l) per garantirne l’’immunitimmunitàà..

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Sistema di monitoraggioSistema di monitoraggio

Il sistema di monitoraggio delle interferenze elettriche si basaIl sistema di monitoraggio delle interferenze elettriche si basa sulla misura del sulla misura del

potenziale delle armature (o in generale di strutture metallichepotenziale delle armature (o in generale di strutture metalliche) rispetto ad un ) rispetto ad un

elettrodo di riferimento e sulla sua eventuale variazione nel teelettrodo di riferimento e sulla sua eventuale variazione nel tempo (cercando di mpo (cercando di

rendere minimi i contributi di caduta ohmica nel terreno). I datrendere minimi i contributi di caduta ohmica nel terreno). I dati di potenziale delle i di potenziale delle

armature, rilevati in posizioni significative delle opere interparmature, rilevati in posizioni significative delle opere interpretati in accordo ai criteri di retati in accordo ai criteri di

insorgenza di effetti negativi, di corrosione o di infragilimentinsorgenza di effetti negativi, di corrosione o di infragilimento delle armature, o delle armature,

consentono infatti di individuare le situazioni di interferenza consentono infatti di individuare le situazioni di interferenza e di eventuale corrosione e di eventuale corrosione

delle armature da esse derivanti.delle armature da esse derivanti.

Il tempo di misura Il tempo di misura èè di solito di 24 ore, per poter cogliere tutte le possibili situdi solito di 24 ore, per poter cogliere tutte le possibili situazioni di azioni di

campo elettrico nel terreno.campo elettrico nel terreno.

Il sistema di monitoraggio proposto sarIl sistema di monitoraggio proposto saràà costituito da:costituito da:

�� predisposizioni per il collegamento alle armature;predisposizioni per il collegamento alle armature;

�� posti di misura, disposti lungo il tracciato della tranvia.posti di misura, disposti lungo il tracciato della tranvia.

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Ogni posto di misura sarOgni posto di misura saràà costituito da:costituito da:

�� elettrodo di riferimento fisso per la misura del potenziale, anelettrodo di riferimento fisso per la misura del potenziale, annegato nel calcestruzzo;negato nel calcestruzzo;

�� collegamento elettrico all'armatura, in corrispondenza al puntocollegamento elettrico all'armatura, in corrispondenza al punto di misura stesso;di misura stesso;

�� cassetta con morsettiera, alla quale fanno capo il collegamentocassetta con morsettiera, alla quale fanno capo il collegamento elettrico e l'elettrodo elettrico e l'elettrodo

di riferimento, situata in posizione facilmente accessibile e prdi riferimento, situata in posizione facilmente accessibile e protetta.otetta.

In corrispondenza ai posti di misura verranno effettuate le regiIn corrispondenza ai posti di misura verranno effettuate le registrazioni dei potenziali strazioni dei potenziali

delle armature mediante strumento registratore.delle armature mediante strumento registratore.

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CorrentiCorrenti vagantivaganti : : sistemasistema didi monitoraggiomonitoraggio

Le opere civili devono essere coordinate con i criteri di minimiLe opere civili devono essere coordinate con i criteri di minimizzazione delle correnti zzazione delle correnti

vaganti, predisponendo inoltre punti di misura in posizioni stravaganti, predisponendo inoltre punti di misura in posizioni strategiche. tegiche.

PuntoPunto didi misuramisura ed ed elettrodoelettrodo didi riferimentoriferimento installatoinstallato in in corrispondenzacorrispondenza del del sezionamentosezionamento deidei ferriferri didi armaturaarmatura delladella strutturastruttura..

electricelectricelectricelectric cablecablecablecable

referencereferencereferencereference electrodeelectrodeelectrodeelectrode

rodrodrodrod

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Alternativamente, in presenza di un sistema collettore per le coAlternativamente, in presenza di un sistema collettore per le correnti vaganti, rrenti vaganti, èè possibile effettuare il possibile effettuare il

monitoraggio attraverso monitoraggio attraverso la misura diretta di corrente sui collegamenti predisposti versola misura diretta di corrente sui collegamenti predisposti verso il circuito di ritorno di il circuito di ritorno di

trazionetrazione..

Tuttavia si riscontra che lTuttavia si riscontra che l’’utilizzo di questa configurazione di sistema porta ad un globaleutilizzo di questa configurazione di sistema porta ad un globale aumento del fenomeno aumento del fenomeno

delle correnti vaganti.delle correnti vaganti.

la misura diretta di correntela misura diretta di corrente

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LA SOLUZIONE

… e la SICUREZZA ?

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CEI EN 50122-2 par. 5.4

“...la sbarra negativa nelle SSE e simili installazioni deve essere gestita in maniera che risulti isolata da terra…”

CEI EN 50122-1 par. 4.2.2.2 CEI EN 50122-1 par. 5.2.2.2

“ In un sistema di trazione in c.c., allo scopo di minimizzare le correnti vaganti, non èopportuna la messa a terra diretta delle rotaie di corsa ..."

CEI EN 50122-1 par. 8.2

“ Nei sistemi di trazione in c.c. allo scopo di minimizzare le correnti vaganti, la connessione diretta [[[[tra il circuito di ritorno e l'impianto di terra della sottostazione] non deve essere realizzata, salvo quando considerazioni di sicurezza esigano la messa a terra diretta..."

CEI EN 50122-2 par.5.4

“... deve essere predisposto un dispositivo automatico di limitazione della tensione connesso tra la sbarra negativa e la terra ..."

CEI EN 50122-1 par. 5.2.2.2

"... devono essere usati dispositivi di limitazione della tensione per realizzare un collegamento aperto

tra le parti conduttrici esposte e il circuito di ritorno per consentire l'interruzione della corrente di

guasto, in un tempo ridotto e limitare quindi la tensione ..."

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Funzionamento MTA con relè di protezione c.a.

Vcc - Diagramma secondo le norma CEI EN 50122-1

Vca - Diagramma secondo le norma CEI EN 50122-1

INTERVENTO SEMICONDUTTORI

INTERVENTO DISPOSITIVO MTA

Funzionamento MTA con relè di protezione c.c.

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Metro Genova: Metro Genova: sistemasistema didi monitoraggiomonitoraggio delledelle correnticorrenti vagantivaganti

((trattatrattatrattatrattatrattatrattatrattatratta DiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegro –––––––– De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)

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Metro Genova: Metro Genova: sistemasistema didi monitoraggiomonitoraggio delledelle correnticorrenti vagantivaganti

((trattatrattatrattatrattatrattatrattatrattatratta DiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegroDiNegro –––––––– De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)De Ferrari)

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Come si nota dagli schemi precedenti, il sezionamento delle struCome si nota dagli schemi precedenti, il sezionamento delle strutture (tunnel + tture (tunnel +

solettone + sistema di terra) solettone + sistema di terra) èè realizzato mediante introduzione di giunti dielettrici.realizzato mediante introduzione di giunti dielettrici.

AllAll’’interno di ciascuna tratta verrinterno di ciascuna tratta verràà assicurata la continuitassicurata la continuitàà elettrica delle armature della elettrica delle armature della

tratta stessa.tratta stessa.

In base alle esigenze imposte dalla progettazione del sistema glIn base alle esigenze imposte dalla progettazione del sistema globale di terra, in obale di terra, in

coordinamento con i criteri di minimizzazione delle correnti vagcoordinamento con i criteri di minimizzazione delle correnti vaganti, sono presenti dei anti, sono presenti dei

collegamenti di bycollegamenti di by--pass su alcuni giunti dielettrici che garantiscono, in tutte le pass su alcuni giunti dielettrici che garantiscono, in tutte le sezioni, sezioni,

le necessarie condizioni di sicurezza elettrica.le necessarie condizioni di sicurezza elettrica.

In corrispondenza delle estremitIn corrispondenza delle estremitàà di ogni tratta continua di struttura viene predisposto di ogni tratta continua di struttura viene predisposto

ll’’accesso al collegamento elettrico allaccesso al collegamento elettrico all’’armature mediante piastre metalliche. armature mediante piastre metalliche.

Le posizione allLe posizione all’’estremitestremitàà delle tratte continue in cemento armato sono infatti quelle delle tratte continue in cemento armato sono infatti quelle

dove si prevede lo scambio di corrente tra armatura e cemento.dove si prevede lo scambio di corrente tra armatura e cemento.

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