MITIGAZIONE DEL RUMORE PRODOTTO DAI TRASFORMATORI

Associazione Italiana di Acustica
34° Convegno Nazionale
Firenze, 13-15 giugno 2007
MITIGAZIONE DEL RUMORE PRODOTTO DAI TRASFORMATORI
DELLE STAZIONI DI INTERCONNESSIONE IN ALTA TENSIONE
Francesco Borchi (1), Alberto Giorgi (2), Manuel Gori (3), Sergio Luzzi (3),
1) Dipartimento di Meccanica e Tecnologie Industriali - Università di Firenze, Firenze
2) Terna S.p.A., Firenze
3) Vie En.Ro.Se. s.a.s., Firenze
1. Introduzione
La situazione legislativa italiana in termini di impatto acustico, a partire dal DPCM
1/3/1991 e dalla Legge Quadro 26/10/95 n. 447 si è sostanzialmente modificata, fissando i livelli massimi di esposizione al rumore negli ambienti abitativi e nell’ambiente esterno, con conseguente obbligo del contenimento delle emissioni da parte di insediamenti industriali e di impianti elettrici.
L’approvazione dei Piani Comunali di Classificazione Acustica e la conseguente determinazione dei livelli di emissione e di immissione ammessi, oltre ai fenomeni di espansione urbana in prossimità degli impianti, hanno comportato oneri per gli adeguamenti necessari.
Alcune prime applicazioni, a parte i primi studi svolti negli anni 70 [1] sono state
adottate in stazioni di interconnessione della Lombardia e della Toscana [2].
In particolare, nelle stazioni elettriche di interconnessione in alta tensione (380 kV,
220 kV e 150-132 kV) sono presenti trasformatori la cui rumorosità, inizialmente contenuta entro limiti di legge, potrebbe, con le nuove classificazioni, determinare livelli di
impatto acustico significativi per i ricettori eventualmente presenti nelle vicinanze e
rendere necessario, in alcuni casi, sostituire i trasformatori con altri di costruzione più
recente e quindi con livelli di emissione ridotti, oppure eseguire interventi per
l’insonorizzazione e la mitigazione del rumore prodotto dagli stessi trasformatori.
Il rumore dei trasformatori è prodotto da sorgenti diversamente caratterizzate: il nucleo magnetico, ove la magnetostrizione produce emissioni sonore dal profilo stazionario e gli aerotermi, che possono avere fattori di utilizzo e di contemporaneità diversi, legati alla temperatura del liquido refrigerante del trasformatore.
Nella prima parte di questa memoria sarà descritto l’approccio modellistico al problema, con particolare riferimento alla caratterizzazione della sorgente trasformatore,
nella seconda parte sarà invece descritta la fase di progettazione acustica dei sistemi di
mitigazione.
34° Convegno Nazionale AIA
F. Borchi, A. Giorgi, M. Gori, S. Luzzi
La metodologia descritta nel presente articolo è stata applicata al sistema di trasformatori della stazione di interconnessione 380 kV di Colunga della società TERNA situata nel Comune di Castenaso in provincia di Bologna.
2. La caratterizzazione acustica del trasformatore
La stazione di interconnessione 380 kV di Colunga consente la trasformazione dalla
rete 380 kV alla rete 132 kV.
I tre trasformatori presenti sono caratterizzati da un’emissione derivante da due
componenti rumorose:
dalla magnetostrizione del nucleo magnetico del trasformatore
dalla presenza di un numero variabile di aerotermi.
La magnetostrizione, con macchine collegate alla rete produce un rumore continuo e
costante. L’emissione rumorosa è differente per i suddetti trasformatori, ma è caratterizzata, in frequenza, da componenti principali nelle bande di terzi di ottava con centro
banda 100, 200, 315 Hz.
Gli aerotermi, presenti su tutti i trasformatori, hanno funzione di raffreddamento.
Ai fini della valutazione di impatto acustico a elevata distanza dalla macchina, ovvero in corrispondenza di possibili edifici ricettori, in generale risulta sufficiente la modellazione del trasformatore attraverso una singola sorgente puntiforme omnidirezionale
(posizionata al centro della macchina) [3].
Tuttavia tale tipologia di modellazione non risulta adeguata alla stima di eventuali
interventi di risanamento passivo (barriera) spesso necessari a seguito della valutazione
di impatto acustico delle stazioni di interconnessione.
Nel caso in cui si debba dimensionare un intervento con barriera posta a breve distanza dalla macchina, l’utilizzo di una singola sorgente puntiforme non risulta sufficiente ed è necessario ricorrere ad una modellazione più accurata della sorgente “trasformatore”, soprattutto in esito alle considerazioni riportate di seguito:
ai fini del risanamento occorre poter considerare la presenza del macchinario (per l’instaurarsi di eventuali riflessioni multiple fra sorgente e barriera);
l’altezza delle sorgenti sonore utilizzate, la loro posizione in pianta e direttività risultano importanti per dimensionare correttamente l’altezza e la lunghezza del dispositivo di protezione posto a ridosso del trasformatore.
In pratica, il modello acustico della sorgente deve essere semplice e con il minor
numero di elementi sorgente, ma, al tempo stesso, deve essere in grado di rappresentare
al meglio anche la propagazione del rumore nell’intorno del trasformatore.
Il modello di dettaglio che viene proposto è rappresentato da un insieme di sorgenti
puntiformi disposte sulle facce di un parallelepipedo avente le dimensioni perimetrali
caratteristiche del trasformatore (superficie contornata con tratto rosso in figura 1).
In particolare, le sorgenti rappresentative della rumorosità del nucleo interno
(_NUC) sono state posizionate ad un’altezza pari a tre quarti di quella della cassa. Tale
altezza risulta cautelativa ai fini del dimensionamento dell’eventuale barriera.
Il numero delle sorgenti è stato scelto in base alle dimensioni planimetriche della
cassa; in generale, si è inserita una sorgente ogni 3 m lungo il perimetro del box.
Le sorgenti rappresentative degli aerotermi, invece, sono state posizionate in corrispondenza del centro degli stessi.
La modellazione acustica della sorgente trasformatore, ad esempio in riferimento al
trasformatore tipo ATR 301 (6 ventilatori su i due lati lunghi del trasformatore), è
schematizzata in figura 1.
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3 sorgenti
301_Nuc
2 sorgenti
301_Vent
LEGENDA
1 sorgente
301_Nuc
Sorgente puntiforme − rumorosità derivante dal
nucleo del trasformatore
Sorgente puntiforme − rumorosità derivante dai
ventilatori
Figura 1 – Schema di modellazione del trasformatore tipo ATR 301.
Calibrazione
Una volta definito il modello acustico della macchina esso viene inserito all’interno
di un software previsionale che implementa lo standard ISO 9613 [4; 5].
Si determina quindi il livello di potenza sonora del nucleo: il livello di potenza sonora delle singole sorgenti sulla cassa viene determinato attraverso una procedura ai minimi quadrati di minimizzazione dell’errore in riferimento ai livelli di pressione sonora
acquisiti in alcuni punti di controllo situati in prossimità della macchina [6].
Come condizione al contorno si considera che le sorgenti abbiano lo stesso livello di
potenza sonora, almeno su uno stesso lato del trasformatore.
Al fine di procedere alla taratura del livello di potenza sonora del nucleo secondo la
procedura precedente, si è effettuata la campagna di rilevazioni fonometriche
nell’intorno del trasformatore nella condizione di funzionamento sotto massimo carico,
ma con gli aerotermi spenti.
Il livello di potenza sonora degli aerotermi viene determinato in maniera analoga, inserendo le sole sorgenti relative agli stessi. In questo caso, come condizione al contorno
si considera che tutti gli aerotermi abbiano lo stesso livello di potenza sonora.
In questo caso vengono realizzate nuove misurazioni fonometriche nelle stesse posizioni relativamente alla condizione di massimo carico dei trasformatori con tutti i ventilatori in funzione.
Il livello di emissione dei ventilatori, dato di partenza per la calibrazione del livello
di potenza sonora dei singoli aerotermi, viene ottenuto in ogni posizione di misura come
sottrazione energetica dei livelli di pressione sonora dovuti al solo nucleo dai livelli di
pressione sonora dovuti al nucleo più aerotermi.
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Validazione
Per la validazione del modello si utilizzano punti diversi da quelli utilizzati nella fase di calibrazione. In particolare, vengono scelte postazioni di misura ad elevata distanza dai macchinari (in generale coincidenti con il perimetro della stazione di interconnessione o comunque con gli edifici ricettori più vicini) così da valutare anche gli errori
dovuti alla propagazione.
Inoltre, dato che i livelli di rumore ambientale misurati (LAexp) in posizioni ad elevata
distanza dal trasformatore potrebbero essere facilmente influenzati da altre sorgenti, nelle stesse posizioni dovrebbe essere misurato anche il livello di rumore residuo(LRexp).
Noti i livelli di rumore ambientale e di rumore residuo, il livello di emissione sperimentale del solo impianto (LEexp) può essere calcolato attraverso la seguente relazione:
(
LE exp = 10 log10 10
LAexp / 10
− 10 L Re xp / 10
)
dB(A)
Il modello viene considerato validato se le differenze fra i livelli di emissione simulati ed i livelli sperimentali risultano inferiori a 2 dB(A) [3]. Si considerano comunque
accettabili scostamenti fino a 3 dB(A) nel caso che la simulazione risulti a favore di sicurezza (livelli di emissione simulati superiori ai livelli sperimentali).
Valutazione di impatto acustico del trasformatore e simulazione di interventi di risanamento
Una volta che, per la specifica tipologia di trasformatore, il modello sorgente sia stato definito (costruzione del box, definizione delle sorgenti) calibrato e validato (determinazione del livello di potenza sonora da assegnare alle singole sorgenti) esso è utilizzabile sia per la valutazione di impatto acustico del trasformatore, che per il dimensionamento di eventuali interventi di risanamento, in particolare per la progettazione di interventi sulla sorgente (previsione di condizioni di lavoro del trasformatore a medio/basso carico con spegnimento di una parte degli aerotermi) o in prossimità di questa
(barriere antirumore).
Progettazione di un intervento con barriera
Relativamente alla fase di progettazione di un intervento con barriera in prossimità
del trasformatore, il dimensionamento acustico e la scelta delle caratteristiche acustiche
intrinseche del manufatto potrà essere realizzato utilizzando il modello acustico precedentemente descritto.
Gli elementi di maggiore novità della progettazione di un intervento in prossimità
del trasformatore sono invece dati dall’ambito vincolato in cui questa si sviluppa. Il caso dei trasformatori risulta infatti particolarmente interessante per le specifiche ed i vincoli ad esso collegati:
vicinanza dei cavi e distanze minime da essi;
necessità di accesso al trasformatore per manutenzione ordinaria;
rimovibilità delle barriere per movimentazione del trasformatore.
Per quanto riguarda le distanze minime dai conduttori è stata elaborata una apposita
tavola di lavoro denominata “Tavola dei vincoli”, di cui si riporta la schematizzazione
in figura 2.
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F. Borchi, A. Giorgi, M. Gori, S. Luzzi
4,80
8,70
Tale documento risulta di ausilio al progettista acustico per la scelta della posizione
ottimale di installazione della barriera nonché per la definizione dell’altezza massima
del manufatto, dipendente dalla sua posizione in pianta.
In particolare, la posizione della barriera sarà scelta in modo da minimizzare
l’altezza del manufatto, ovvero sarà posizionata il più vicino possibile alla sorgente
compatibilmente con i vincoli di sicurezza (distanza minima dai conduttori) e funzionamento (distanza minima imposta per il corretto funzionamento degli aerotermi).
2,50
Conduttore
2,6
2.60
Sagoma limite ATR
Minima
2,6 m
4,00
3,4 m
9,00
8,00
2,50
Asta
Minima
Area di intervento in cui non si
prevedono dispositivi appositi
di isolamento o modifiche
elementi strutturali
dell’impianto
Figura 2 – Esempio della “Tavola dei vincoli” (misure espresse in [m]).
Inoltre, ai fini di garantire l’accesso al trasformatore con i mezzi necessari per la
manutenzione ordinaria sarà necessario prevedere aperture di ampiezza adeguata.
Ad esempio, si riporta in figura 3 una possibile disposizione delle barriere intorno al
trasformatore.
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F. Borchi, A. Giorgi, M. Gori, S. Luzzi
16,65
9,00
8,00
13,50
2,50
10,50
2,5
2,20
2,60
3,20
7,50
2,50
Figura 3 – Esempio di disposizione planimetrica delle barriere intorno al trasformatore (misure espresse in [m]).
Infine, in riferimento alla necessità di movimentazione del trasformatore, tale specifica esigenza avrà conseguenza sulla scelta del tipologico di barriera. In particolare, almeno in riferimento al lato del trasformatore su cui avviene la movimentazione, dovranno essere considerate soluzioni che, pur rispondendo alle caratteristiche acustiche
intrinseche richieste al manufatto dal progetto acustico, dovranno essere il più possibile
modulari o comunque smontabili.
3. Conclusioni
Nella presente memoria sono state affrontate le problematiche relative alla modellazione acustica della sorgente trasformatore ed alla progettazione acustica di interventi di
mitigazione con barriera.
Il modello acustico proposto è risultato idoneo alla modellazione del livello di emissione della sorgente trasformatore nelle diverse condizioni di funzionamento (con tutti o
parte degli aerotermi accesi).
Per quanto riguarda la fase di progettazione degli interventi, sono stati esaminati i
vincoli di sicurezza legati all’esercizio e alla manutenzione della stazione elettrica. Sono
stati quindi elaborati strumenti di ausilio al progettista acustico per la definizione del
layout della barriera.
Le tecniche di modellazione e progettazione acustica sono state validate nel caso
studio della stazione di interconnessione 380 kV di Colunga della società TERNA nel
Comune di Castenaso (BO).
I risultati dello studio risultano comunque facilmente generalizzabili e applicabili a
situazioni diverse dal caso di studio.
In particolare, il modello sviluppato risulta idoneo sia ai fini di una valutazione
dell’impatto acustico di stazioni di trasformazione esistenti e di futura realizzazione sia
per la progettazione di interventi di mitigazione del rumore prodotto da trasformatori esistenti.
34° Convegno Nazionale AIA
F. Borchi, A. Giorgi, M. Gori, S. Luzzi
Bibliografia
[1]
G.Danesi – A.Giorgi – “Considerazioni sul silenziamento dei trasformatori
delle stazioni di interconnessione” – L’Elettrotecnica – Volume LXII – n. 11
- Novembre 1975
[2]
R.Cortina – L. D’Ajello – M. Fiorina – A-Giorgi – G.Rossi “ Interventi di
adeguamento ambientale per il contenimento del rumore acustico in stazioni
di interconnessione esistenti” – Rendiconti 97^ Riunione Annuale AEI – Baveno 1997
[3]
Cotana F., Di Matteo U., “Valutazione dell’impatto acustico di centrali termoelettriche”,
Collana
tecnico-scientifica
“Tutela
dell’Ambiente
dall’Inquinamento Acustico”, CIRIAF, Maggio 2003
[4]
“Calculation of the Absorption of Sound by the Atmosphere,” ISO 9613-1
Standard Acoustic — Attenuation of Sound during Propagation Outdoors
(Part 1), 1993.
[5]
“General Method of Calculation,” ISO 9613-2 Standard Acoustic — Attenuation of Sound during Propagation Outdoors (Part 2), 1996.
[6]
Baldanzini N., Carfagni M., Pierini M., “A Hybrid Numerical-Experimental
Method for Determining the Sound Power of Noise Sources”, in Proceedings
of the Sixth International Congress on Sound and Vibration, Lyngby, Denmark, July 5-8, 1999.