Tesina 1 - ITIS

ELEMENTI
DI
“OPERE DI SOSTEGNO”
Parte I –Nozioni generali sulla trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica.
Parte II – Opere di sostegno delle linee elettriche.
Parte III – Posa in opera dei conduttori.
Parte IIII – Schemi & Tabelle relativi alla trattazione dell’argomento.
Componenti del gruppo di ricerca:
Diego BARLETTA
Salvatore ESPOSITO
Domenico NISI Ingegnere: D. Risi
CLASSE: 5 a B / ELETTROTECNICA & AUTOMAZIONE
Grottaglie, lì 09 Gennaio 1997
I.T.I.S. “E. Fermi” - Francavilla Fontana (BR)
Ribattitura a macchina digitale effettuata da: TAURISANO EMANUELE
IV A-ET a.s. 2003-2004
Francavilla Fontana, lì 27 Marzo 2004

INDICE:
Pagg.
ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
2 Nozioni generali
“Opere di Sostegno”
4-11 Sostegni per le opere delle linee di trasmissione
12-16 Posa in opera
17-30 Tabelle & Schemi
31 Bibliografia
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Nozioni Generali
Fin dall’inizio dell’industria elettrica ci fu la necessità
di trasmettere l’energia dal luogo di produzione al luogo di
consumo, tuttavia si cercò di limitare tale trasmissione, che
riusciva difficile e costosa, sia costruendo le centrali termiche
in prossimità dei luoghi di consumo, sia avvicinando gli
stabilimenti che assorbivano molta energia alle centrali idroelettriche.
Attualmente i progressi tecnici nella trasmissione sono tali
da rendere conveniente, per economia generale del paese, produrre
e rispettivamente consumare l’energia elettrica nei siti
naturalmente più adatti e coprire con linee di trasmissione la
distanza fra centrali di produzione in luogo di consumo.
La tensione di queste linee è via via crescente con
l’aumentare delle distanze da copiare e dalle potenze da trasmettere.
La distribuzione dell’energia elettrica può essere considerata
la prosecuzione della trasmissione fino a raggiungere
l’utenza.
La distribuzione si effettua a tre livelli di tensione decrescenti:
- alta tensione (A.T.);
- media tensione (M.T.);
- bassa tensione (B.T.).
La distribuzione in A.T. richiede una linea a tensione compresa
fra 60 e 150 kV allacciata a entrambe l’estremità con
stazioni ricevitrici dalle quali è alimentata.
Dalle cabine primarie escono parecchie linee di M.T. con andamento
radiale. La tensione preferenziale di queste linee è
di 20 kV. Codeste linee coprono distanze assai diverse da casi
in casi con un massimo di 20-30 km nelle zone a basso carico
elettrico.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Gli allacciamenti in B.T. che costituiscono molti casi sono
ormai tutti costituiti nelle tensioni unificate e precisamente:
- a 380/220 kV (neutro a terra);
- a 220/127 kV.
In seguito alla trattazione de “Opere di Sostegno” verranno
anche citati alcuni cenni sui vari tipi di isolatori, sulle
varie connessioni e sui conduttori.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Sostegni per linee di trasmissione.
I materiali usati nella costruzione dei sostegni delle linee
sono il legno, il ferro ed il cemento armato.
I pali in legno, semplici o abbinati a formare dei cavalletti,
si usano esclusivamente per linee di secondaria importanza.
I legni più usati sono l’abete, il larice, il castagno
selvatico: fra questi il castagno è quello che dà i migliori
risultati.
Il maggiore inconveniente dei pali in legno è quello della
breve durata, che raramente supera gli 8÷10 anni.
In questi ultimi anni però è andato diffondendosi, specialmente
all’estero, l’uso dei pali iniettati di sostanze antisettiche,
le quali ostacolando la putrefazione del legno, riescono
a prolungare la durata dei pali dai 15 ai 20 anni.
L’iniezione si fa con soluzioni di solfato di zinco o rame,
sia prima di tagliare la pianta, adattando alla cima mozzata
una specie di grande imbuto contenente la soluzione, sia dopo
il taglio, ma non più tardi di 10÷15 giorni. In quest’ultimo
caso alle teste dei tronchi inclinati si adattano dei cappucci
in ghisa in comunicazione con le tubazioni che portano la soluzione
ad una pressione inferiore ai 10 m di acqua: la durata
dell’operazione varia dai 10 ai 15 giorni e la concentrazione
della soluzione deve essere del 2%. I sali sopradetti presentano
l’inconveniente di essere molto igroscopici e solubili e
di essere quindi in breve tempo asportati dalle acque piovane.
Assai migliore, sebbene molto costoso, è il processo di iniezione
dei pali con creosoto e cloruro di zinco: i pali vengono
immersi per circa 4 ore in bagno di creosoto a 140°, quindi
passati per circa mezz’ora in un bagno di olio di catrame
freddo e successivamente ancora per 4 ore in un terzo bagno di
cloruro di zinco.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Un ottimo processo conservativo dei pali consiste nel praticare
a livello del terreno in cui il palo è piantato, un foro
radiale comunicante con un secondo foro praticato lungo l’asse
del palo della parte del piede e tappato: la cavità interna
così ottenuta si riempie con una sostanza antisettica, la quale
mantiene il piede del palo in ottime condizioni di resistenze
contro la putrefazione. Un altro sistema protettivo
contro la putrefazione, consiste nella spalmatura con catrame
della parte del palo che deve essere interrata. Di minore efficacia
è invece il sistema, pure qualche volta usato specie
per i pali di castagno e robinia, di carbonizzare superficialmente
il piede dei pali: i risultati che si ottengono non compensano
in generale la spesa dell’operazione e l’indebolimento
della sezione resistente.
L’altezza massima dei pali in legno non supera generalmente
i 16÷18 metri ed il diametro al piede varia progressivamente
da circa 15 cm per pali da 8÷10 metri di altezza, fino a 25÷30
cm per le altezze maggiori: il diametro in sommità non deve
essere troppo piccolo affinché il sostegno riesca sufficientemente
resistente.
Le norme tedesche prescrivono che il diametro alla sommità
dei pali non sia inferiore ai 15 cm per tensioni da 250 a 1000
volt e non inferiore ai 18 cm per tensioni più elevate.
L’attacco degli isolatori ai pali in legno si può fare semplicemente
per mezzo di porta isolatori a gancio direttamente
avvitati al palo. Se la distanza fra i fili deve essere notevole,
gli isolatori si fissano a traverse in legno o in ferro
applicate alla sommità del palo preferibilmente per mezzo di
collari o staffe metalliche in modo da evitare la foratura del
palo.
Sostegni in legno di speciale resistenza, si possono formare
accoppiandone due o più fra loro paralleli o ad angolo per
mezzo di traverse in legno o metalliche.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
La messa in opera dei pali in legno si fa incastrandoli nel
terreno per circa 1/5 della loro lunghezza consolidandoveli
per mezzo di pietre. Quando il terreno è molto umido si usa
talvolta incastrare il palo con un blocco di calcestruzzo:
questa pratica però non è consigliabile perché riduce la durata
del sostegno.
In questi casi il miglior sistema è quello di formare nel
terreno un blocco di calcestruzzo fino a fior di terra, ed incastrare
verticalmente in esso due ferri ad U affacciati e
sporgenti dal blocco per circa 1,5 metri di altezza: il palo
viene appoggiato sul blocco di fondazione ed abbracciato dai
ferri ai quali viene assicurato per mezzo di opportuni collari
e chiavarde.
Questa disposizione offre anche il vantaggio di permettere
il facile ricambio del palo senza rimuovere il blocco.
La cima dei pali si taglia a punta o a cuneo e per evitare
la spaccatura, è bene cingerla con uno stretto anello di ferro:
per proteggerla dalle intemperie, si usa poi incatramarla
o coprirla con un cappuccio in ghisa o ferro zincato.
La lunghezza massima delle campate (cioè la distanza fra i
sostegni consecutivi) che si può ottenere con i sostegni di
legno non supera i 30-40 m raggiungendo appena i 50 m, o poco
più, nelle linee telegrafiche o telefoniche, i cui conduttori
sono sempre leggerissimi in confronto di quelli di una linea
di trasporto.
Nelle grandi linee moderne si usano pertanto i sostegni in
ferro i quali oltre a presentare una durata assai maggiore di
quelli in legno possono essere calcolati e costruiti razionalmente
per resistere ai più grandi sforzi e soli permettono
quindi di realizzare le lunghissime campate che talvolta si
rendono necessarie. Il calcolo della distanza fra i sostegni
consecutivi, che rende minima la spesa della palificazione di
una linea, porta in generale, per le grandi linee a valori
compresi fra i 150 e i 200 m: in certi attraversamenti di fiu-
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
mi molto larghi o addirittura di valli si richiedono poi frequentemente
delle campate assai maggiori, che possono raggiungere
e anche superare gli 800 metri. È facile intuire come i
sostegni terminali di queste campate eccezionali debbano assumere
l’aspetto di vere torri di acciaio di altezza assai rilevante
onde mantenere il punto più basso dei fili sufficientemente
sollevato da terra.
I sostegni in ferro per le grandi linee si costruiscono tutti
del tipo a traliccio costituendoli generalmente con quattro
montanti, fra loro opportunamente collegati da traverse. La
fig. 3-230 mostra il tipo di palo a traliccio più frequentemente
usato nei nostri impianti per medie tensioni: esso è costituito
da 4 montanti disposti ai vertici
di un quadrato o di un rettangolo, leggermente
convergenti verso l’alto e collegati
da un traliccio semplice costituito da ferri
ad angolo inchiodati a zig-zag. Gli isolatori,
del tipo rigido, sono fissati
all’estremità di tante mensole inchiodate
alla parte superiore del palo. Data la notevole
altezza di questi sostegni, essi
vengono generalmente costruiti in due o tre
tronchi distinti che si collegano fra loro
mediante bulloni all’atto della messa in
opera.
La posa di questi pali si fa mediante
fondazione in calcestruzzo: il valore del
blocco dipende evidentemente dalla resistenza
del terreno: normalmente però è
sufficiente che il blocco sopravanzi in
tutti i sensi di 25-30 cm la parte del palo
che deve essere affondata nel suolo: è poi
consigliabile prolungare il blocco per
parecchi cm fuori terra foggiandone
l’estremità a piramide schiacciata.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
a piramide schiacciata.
In alcuni impieghi è stato adottato un tipo di sostegno elastico,
costituito da due semplici ferri a doppio T, distanti
fra loro di circa 2 m nel senso trasversale alla linea e collegati
da traverse.
Questi sostegni resistono molto bene agli sforzi derivanti
dall’azione dei venti sui fili, mentre risultano assai flessibili
di fronte agli sforzi agenti nel senso della lunghezza
della linea: cosi in caso di rottura dei fili di una tesata i
sostegni si flettono in misura notevolissima i primi, contigui
alla rottura, in misura decrescente i successivi, per il fatto
stesso che la flessione dei primi riduce la lunghezza e quindi
la tensione delle campate adiacenti.
Generalmente i pali contigui alla
rottura rimangono deformati,
mentre gli altri riprendono la loro
posizione iniziale non appena è
ristabilita la continuità della
linea. Questi sostegni che possono
essere usati per linee con profilo
orizzontale, tracciato rettilineo,
e campate sensibilmente eguali,
consentono un’economia del 20% e
più, nel peso complessivo dei sostegni.
La loro messa in opera si
fa per mezzo di due blocchi di
fondazione distinti nei quali
s’incastrano i due montanti.
L’uso degli isolatori a sospensione,
richiedono dei sostegni di
eccezionale altezza e robustezza,
ha portato alla costruzione dei
sostegni tipo americano, di cui la
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
fig. 3-231 dà un’idea.
La parte superiore del sostegno, che porta le traverse di
sospensione degli isolatori, è costituita da un traliccio a
quattro montanti paralleli e leggermente convergenti; rigidamente
fissato alla sommità di una incastellatura a tronco di
piramide formata da quattro montanti e costituiti ciascuno da
tralicci triangolari: ne risulta una base di appoggio molto
ampia che richiede generalmente per la fondazione blocchi distinti
per i quattro montanti.
Le linee aeree in M.T. e B.T. utilizzano sostegni da 9, 10,
12, 14, 16, 18 m, dopo tale misura ci sono pali flangiati e
tralicci, essi possono essere in C.A.C. (cemento armato centrifugato),
i quali offrono il vantaggio di non richiedere,
dopo la messa in opera, nessuna manutenzione a differenza dei
sostegni in ferro che per buona conservazione richiedono delle
periodiche verniciature. A titolo di esempio vengono citati
alcuni tipi di pali che sono più utilizzati nella realizzazione
delle linee aeree:
- sostegni da 9 A, i quali hanno un’altezza di 9 m e un carico
(tiro) di rottura pari a 600 kg;
- sostegni da 12D , i quali hanno un’altezza di 12 m e un
carico di rottura uguale a 1200 kg.
I sostegni possono arrivare al tipo G i quali hanno un carico
di rottura pari a 3600 kg, e la loro scelta è fatta in base
ai tipi di vertici e al tipo di linea che può essere montata
su di essi; generalmente per linee in M.T. si usano sostegni
12D per la spinta del vento e dei manicotti di ghiaccio che si
vengono a formare sui conduttori. Come già detto, tutti i sostegni
hanno un blocco di fondazione che è commisurato in relazione
al tipo di carico montato su di essi.
Il momento stabilizzante Ms del palo deve essere 5 o 6 volte
maggiore della forza esercitata dalla campata. Ricordiamo che
Ms è pari alla somma delle forze esercitate dal palo e dal
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
blocco di fondazione applicate nei rispettivi baricentri per
b/2 come illustrato in figura.
Il relativo blocco è comunque determinato da tabelle, ma per
pali da 12D il blocco è circa di 1,40 con soletta da 10 cm.
Quando si realizza l’impianto di messa a terra, il neutro è
posto a terra tramite una puntazza lunga 80 cm, la corda che
collega il neutro al picchetto deve essere maggiore o uguale
alla sezione del conduttore di linea; in casi particolari si
utilizzano pali in vetro-resina, e tralicci in metallo di tipo
Mannesman.
L’armamento dei sostegni avviene tramite mensole o traverse,
dall’estremità del sostegno parte una piattina zincata che è
collegata tramite bulloni alle mensole e successivamente al
neutro.
Gli isolatori sono collegati ai sostegni tramite opportuni
maniglioni fissati alle mensole con bulloni.
Le linee aeree devono avere distanze di rispetto a costruzioni
edili, industriali, ferroviari, ecc; il tutto è comunque
regolato dalla norma “1062”.
Per l’esecuzione delle linee aeree elettriche esterne, secondo
le norme C.E.I. 11-4 contenute nel fascicolo 216, edizione
1969, e facendo riferimento all’art. 1.2.08, l’Italia è
divisa in due zone A e B, e per ognuna di esse tre sono le i-
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
potesi di calcolo per la verifica delle sollecitazioni meccaniche
dei conduttori e delle corde di guardia, e precisamente:
a) per le zone A
1 a ipotesi: conduttore e corde di guardia scarichi a +15°C;
in tal caso non vi sono variazioni di peso, ma solo di temperatura;
2 a ipotesi: conduttori e corde di guardia scarichi alla temperatura
di –5°C e vento orizzontale perpendicolare alla superficie
dei conduttori alla velocità di 130 km/h;
3 a ipotesi: conduttori e corde di guardia scarichi alla temperatura
di +55°C;
b) per le zone B
1 a ipotesi: come quella A;
2 a ipotesi: conduttori e corde di guardia alla temperatura
di –20°C coperti da un manicotto di ghiaccio dello spessore di
12 mm e del peso specifico di 0,92 kg/dm e vento alla velocità
di 65 km/h;
3 a ipotesi: conduttori e corde di guardia carichi alla temperatura
di +40°C.
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Posa in opera delle linee.
ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
La messa in opera dei sostegni e la tesatura delle linee
viene di solito affidata a ditte specializzate in tal genere
di lavori.
I blocchi di fondazione dei sostegni si fanno con un impasto
di calcestruzzo costituito nelle seguenti proporzioni:
- 1 m 3 Ghiaia di fiume o di cava, lavata
- 0.5 m 3 Sabbia lavata
- 2 q li Cemento
La parte esterna del blocco viene poi lisciata con malta di
cemento.
I sostegni a traliccio molto alti e pesanti, arrivano normalmente
sul posto in due o più tronchi che vengono riuniti
con bulloni: il sollevamento del sostegno si fa quindi mediante
corde e carrucole fissate a incastellature in legno predisposte
in posizione opportuna. In seguito si montano le traverse
ed i pernotti porta isolatori.
Tutti i sostegni in ferro devono essere messi in buona comunicazione
con la terra.
Non è prudente fidarsi del contatto offerto dal blocco di
fondazione, ma conviene mettere direttamente mettere a terra
ogni sostegno mediante un grosso conduttore saldato in diversi
punti del sostegno stesso e connesso con una piastra di terra
affondata nel suolo con l’interposizione di uno strato di carbonella.
Per maggior sicurezza si preferisce talvolta collegare fra
loro tutti i sostegni con un grosso filo di terra teso e saldato
sulla sommità dei sostegni stessi e connesso lungo la linea
con numerose piastre di terra disposte in posizione opportuna:
resta cosi escluso il pericolo derivante da una cattiva
terra in prossimità di qualche sostegno ed il filo di terra
serve inoltre quale filo di guardia per la protezione della
linea.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Il montaggio degli isolatori riesce facile e rapido quando
essi sono muniti di capsula metallica cementata nella cavità
interna, ed applicabile direttamente a vite al pernotto porta
isolatori. Se gli isolatori non sono muniti di questa disposizione
il collegamento ai pernotti va fatto con mastice di litargirio
e glicerina: è questo, infatti, il mastice che dà i
migliori risultati per fatto che esso possiede un coefficiente
di dilatazione sensibilmente eguale a quello della porcellana.
Si capovolge l’isolatore riempiendo la cavità interna di mastice
ed immergendo in questa verticalmente e perfettamente in
centro, il pernotto: l’isolatore è quindi lasciato in questa
posizione, fino a perfetta presa del mastice.
Per il montaggio dei conduttori, si svolgono prima le matasse,
stendendo il filo ai piedi dei sostegni: è buona norma usare
per quest’operazione dei tamburi girevoli di legno, allo
scopo di evitare la formazione di occhielli nel filo, i quali,
causando screpolature, ne riducono la resistenza, anzi, qualora
in un punto del conduttore si formasse un nodo
all’occhiello, è consigliabile tagliare il filo e fare una
giuntura.
Dopo aver steso il filo sul suolo lungo la palificazione esso
viene sollevato sulle traverse degli isolatori e quindi
montato su questi. Prima di procedere alla legatura del filo è
necessario tenderlo in modo da fargli assumere esattamente la
tensione e la freccia stabilita dai calcoli in corrispondenza
della temperatura del filo stesso all’alto della tesatura. Le
considerazioni della temperatura è della massima importanza ed
i suoi effetti sul filo devono essere esattamente valutati,
onde evitare che in seguito ad abbassamenti di temperatura si
producano nel filo delle contrazioni di lunghezza tali da dar
luogo a sforzi di tensione pericolosi.
I valori della freccia e della tensione del conduttore in
corrispondenza delle varie temperature devono essere forniti
in apposite tabelle o diagrammi, dall’ingegnere progettista
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
della linea alla ditta costruttrice, la quale deve scrupolosamente
attenersi ai dati ricevuti.
L’operazione di tesatura si fa afferrando il filo con morse
speciali, comunemente dette rane, ed esercitando su questi uno
sforzo di trazione mediante un sistema di carrucole assicurato
ad uno dei sostegni. Durante quest’operazione si deve evitare
in modo assoluto che il conduttore venga intaccato alla superficie:
le morse, ed altri utensili che servano ad afferrarlo,
devono quindi essere muniti di ganasce di rame o di cuoio.
La freccia e la tensione delle catenarie può essere portata
ai valori richiesti, collocando sui sostegni ad una altezza
opportunamente misurata dei segni ben visibili: traguardando
allora da un segno all’altro si regola la tensione del filo
finché il punto più basso della catenaria risulta allineato
con i segni stessi.
Se l’altezza del filo dal suolo non è molto grande la freccia
può essere misurata per mezzo di pertiche graduate. Il sistema
migliore di tesatura è però quello di misurare direttamente
la tensione del filo mediante un dinamometro inserito
fra la morsa che afferra il filo e le carrucole che servono a
tenderlo.
La misura della temperatura del filo va fatta con speciali
accorgimenti perché in generale un metallo esposto al sole assume
una temperatura diversa da quella ambiente: per mettersi
nelle condizioni di misurare la vera temperatura del conduttore
si usa un termometro con il bulbo annegato in un grosso filo
di rame.
Una volta regolata la tensione dei conduttori, questi vengono
assicurati agli isolatori mediante legatura: nei tronchi di
linea a tracciato rettilineo vengono appoggiati sulla scanalatura
superiore mentre negli angoli della linea i conduttori
vengono assicurati al collo degli isolatori. Le legature si
fanno con filo di rame stagnato di 2÷3 mm di diametro e devono
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
essere tali da non permettere lo scorrimento longitudinale dei
conduttori.
È stato anche proposto di fare le legature in modo da lasciar
liberi gli scorrimenti dei fili, affinché le tensioni
delle varie campate possono sempre equilibrarsi: questa disposizione
non è però consigliabile perché lo sfregamento dei fili
sugli isolatori può danneggiare gli uni e gli altri.
Nelle linee a campate molto lunghe il fissaggio dei conduttori
vien fatto sempre mediante morsetti speciali che si applicano
al collo degli isolatori e stringono fortemente il
conduttore.
Le giunzioni del conduttore si facevano una volta con legature
saldate: questo sistema presenta però l’inconveniente di
ridurre assai la resistenza meccanica del giunto per la ricottura
che subisce il rame durante la saldatura. Per questa ragione
si usano oggi esclusivamente dei giunti meccanici a cuneo
e a bulloni costruiti in modo che la tensione stessa dei
conduttori tenda a serrare il morsetto e migliorarne il contatto.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Nelle pagine successive sono illustrate “Tabelle & Schemi
relativi alle opere di sostegno”.
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Sostegno tipo Tronchi
D1
2+3
D2 2+3+4
D3 2+3+4+5
D4 2+3+4+5+6
D5 2+3+4+5+6+7
D6 2+3+4+5+6+7+8
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Grandezze caratteristiche dei pali in cemento armato centrifugato
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Blocchi di fondazione affioranti per pali
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
Blocchi di fondazione interrati per pali
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
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ELEMENTI DI “OPERE DI SOSTEGNO”
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BIBLIOGRAFIA
- “Tecnica degli impianti elettrici”
(Libreria tecnica – Edizione – Torino 1988)
- “Costruzioni delle linee elettriche aeree”
(Ing. Italo Brunelli)
- “La produzione dell’energia elettrica in Italia”
(Brown - Boveri Tecnomasio)
- “L’energia elettrica”
(G. Solari - A.Manduit Zanichelli)
- “Elementi di impianti”
(Olivieri - Ravelli CEDAM 481)
- “Impianti elettrici”
(G. Biasutti Hoepli)
- “Impianti elettrici”
(G. Sagripanti SANSONI)
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