SIMULAZIONE E SPERIMENTAZIONE DI SCHERMATURE MAGNETICHE PER

INFRASTRUTTURE ELETTRICHE

Prof. Aldo Canova, Ing. Luca Giaccone, Ing. Davide Bavastro, Ing. Michele Manca

Politecnico di Torino (DELET), Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino

e-mail: davide.bavastro@polito.it

C.I.S.A.M. 30-31 Maggio 2012

• Sorgenti di campo in bassa frequenza

• Schermi passivi

– Ferromagnetici

– Conduttivi

– Misti

• Continui

• Discreti

Argomenti

• Linee elettriche

– Cavo

– Aeree

– Condotti sbarra

• Stazioni elettriche

– Trasformatori

– Quadri elettrici

componenti di impianti elettrici

GENERATION TRANSMISSION DISTRIBUTION

11-25 kV 400 kV 400 kV 130 kV

10 kV

0.4 kV

0.4 kV

0.4 kV

Loads

Loads

Loads

Sorgenti di campo in bassa frequenza

• Integrazione della legge di Biot-Savart

Sorgenti: linee elettriche

• Caso di conduttori rettilinei finiti

30

4 r

rdlirB

2

1

3

P

P r

rld

r

dli

P B

cbabacc

cbabcbcaakakak zzyyx

24

22x

211221

211221

211221

yyxyyxyyxk

zzxzzxzzxk

zzyzzyzzyk

QQQz

QQQy

QQQx

21

21

21

121121121

221

221

221

2

QQQ

QQQ

zzyyxxc

zzzzyyyyxxxxb

zzyyxxa

dlr

xQ, yQ, zQ

x1, y1, z1

x, y, z

A. Canova, F. Freschi, M. Repetto, M. Tartaglia, " Description of power lines by equivalent source system"COMPEL; Vol. 24, No 3, 2005 pagg. 893-905.

Sorgenti: connessioni BT di cabine

A. Canova, D.M. Carrara,M.T. Cazzaniga, G. Gruosso, M. Zavatti, “Campo magnetico prodotto da cabine di trasformazione”, Terzo convegno nazionale: Controllo ambientale degli agenti fisici, dal monitoraggio alle azioni di risanamento e bonifica, 7-9 Giugno, Biella, 2006.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

T

X [m]

Y [

m]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0-4,0

-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

T

X [m]

Y [

m]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Induzione magnetica al livello del pavimento del locale sopra la cabinaMeasured Computed

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0-4,0

-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

T

X [m]

Y [

m]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9Measured

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0-3,5

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

T

X [m]

Y [

m]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9ComputedInduzione magnetica a 50 cm dal pavimento del locale sopra la cabina

Sorgenti: Cabine MT/BT.

A. Canova, D.M. Carrara,M.T. Cazzaniga, G. Gruosso, M. Zavatti, “Campo magnetico prodotto da cabine di trasformazione”, Terzo convegno nazionale: Controllo ambientale degli agenti fisici, dal monitoraggio alle azioni di risanamento e bonifica, 7-9 Giugno, Biella, 2006.

Sorgenti: Trasformatori MT/BT

DMV

DLV Dax N1I1

N2I2

DMV

DLV Dax N1I1

N2I2

usenr

mB

ur

mB rr

30

30

4

cos24

12

3

4

5

A.Canova, L. Giaccone, M. Manca, R. Turri, P. Casagrande, “Simplified power transformer models for environmental magnetic impact analysis”, 2° Int. Conf. on EMF-ELF, Paris, 24-25 Marzo 2011.

Sorgenti: Trasformatori MT/BT

Linea S1 Linea S2

Ending ofSecondarywindings:

A.Canova, L. Giaccone, M. Manca, R. Turri, P. Casagrande, “Simplified power transformer models for environmental magnetic impact analysis”, 2° Int. Conf. on EMF-ELF, Paris, 24-25 Marzo 2011.

Schermature

• Conduttive:• Rame (55MS/m)

•Alluminio (35MS/m)

• Ferromagnetiche:•Lamierini Fe-C-Si•Leghe Ni-Fe (Mumetal)

• Miste ferromagnetiche-conduttive•Naturali (es. ferro)•Composte continue (es. alluminio e laminati GO)•Composte discrete (es. nuclei e cavi in rame)

MITIGATION TECHNIQUES OF POWER-FREQUENCY MAGNETIC FIELDS ORIGINATED FROM ELECTRIC POWER SYSTEMS, Working Group C4.204, February 2009

Schermature

•Ferromagnetiche•Strutture di dimensioni medio-piccole•Chiuse o semi chiuse•Distanza schermo-sorgente superiore alla distanza schermo-vittima (“effetto Ombrello”)•Necessità di elevata riduzione del campo vicino allo schermo

•Conduttive•Strutture di dimensioni medio-grandi•Aperte•Distanza tra schermo-sorgente e schermo-vittima intermedie•Necessità di schermare ad una data distanza dallo schermo

TRIFOGLIO:Sistema trifase 1000 A (valore efficace)

SCHERMO:Spessore 0.7 mm (2x0.35 FEGO)Dimensioni totale: 5x2.5 m

Schermature Ferromagnetiche

Schermature Ferromagnetiche

Schermature Ferromagnetiche

Schermature Conduttive (Centro Commerciale-Parma)

Schermature Conduttive (Capannone Industriale-Pescia)

Schermature Composte Continue

•Strutture di dimensioni medie•Aperte•Distanza tra schermo-sorgente e schermo-vittima intermedie•Schermature con necessità di schermare in modo significativo sia vicino sia ad una data distanza dallo schermo

Schermature Composte Continue

•Analisi su singola lastra piana Field points

Shield

Coil

0.1

1

10

100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Z (m)

B (

mic

roT

)

Measured - NoShield

Measured - Shield - Al 5mm - FEGO 2x0.35mm

Calculated - Shield - Al 5mm - FEGO 2x0.35mm

0.1

1

10

100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Z (m)

B (

mic

roT

)

Measured - NoShield

Measured - Shield - Al 5mm - FEGO 4x0.35mm

Calculated - Shield - Al 5mm - FEGO 4x0.35mm

A.Canova, L. Giaccone, D.Bavastro, “Multilayer shields for MV/LV electrical substations”, 2° Int. Conf. on EMF-ELF, Paris, 24-25 Marzo 2011.

Schermature Composte Continue

•Composizione di lastre piane

A.Canova, L. Giaccone, D.Bavastro, “Multilayer shields for MV/LV electrical substations”, 2° Int. Conf. on EMF-ELF, Paris, 24-25 Marzo 2011.

Schermature Composte Continue

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

B (T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0

0.80

1.60

2.40

3.20

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

B (T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50B

(T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

B (T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0.38

0.40

0.42

0.44

0.46

0.48

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

B (T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

B (T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0.44

0.46

0.48

0.50

0.52

0.54

0.56

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

B (T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

B (T

)

Y Coo

rdina

te (m

)

X Coordinate (m)

0.18

0.19

0.20

0.21

0.22

0.23

Senza schermo FEGO lato sorgenteAL non connesso

AL lato sorgenteAL non connesso

AL lato sorgenteAL connesso

A.Canova, L. Giaccone, D.Bavastro, “Multilayer shields for MV/LV electrical substations”, 2° Int. Conf. on EMF-ELF, Paris, 24-25 Marzo 2011.

Grazie per l’attenzione