Protezione delle centrali eoliche

Una messa a terra efficace è essenziale per il funzionamento sicuro delle centrali eoliche, ma la misurazione accurata della resistenza di terra in questi punti presenta diverse sfide.

Se normalmente in funzione, i pericoli posti dalle centrali eoliche per il pubblico sono minimi. Tuttavia, come qualsiasi altro tipo di installazione elettrica, le turbine eoliche possono guastarsi e, anche se molto raramente, possono causare il fluire di correnti elevate nel loro sistema di messa a terra. Quest’ultimo è stato progettato per tenere conto della resistenza di terra locale sul sito e per gestire le correnti di guasto in tutta sicurezza, a condizione che tale resistenza non sia cambiata in modo significativo.

Ma se la resistenza di terra è notevolmente aumentata, forse a causa di un lungo periodo di siccità,

eventuali guasti possono comportare pericoli che potrebbero mettere a repentaglio l'incolumità delle persone che si trovano nelle vicinanze. Questa preoccupazione è particolarmente sentita in Scozia, dove la legislazione "Right to Roam" (Diritto di vagabondare) significa che il pubblico ha accesso quasi illimitato a tutte le zone della campagna.

I due problemi principali correlati ai guasti che interessano i parchi eolici sono la tensione di fase e la tensione di contatto. La corrente che fluisce a terra determina un gradiente potenziale sulla superficie. Per questo motivo, chiunque cammini nell'area interessata sperimenterà una differenza di potenziale, la tensione di fase, tra i piedi. La combinazione di alta corrente di terra dovuta a un guasto e di resistenza di terra inaspettatamente alta può produrre una tensione di fase sufficientemente elevata da causare una scossa elettrica pericolosa.

La tensione di contatto è simile, ma si riferisce alla tensione tra un oggetto collegato a terra, ad esempio una recinzione metallica che circonda un parco eolico, e una persona che lo tocca. Ancora una volta, questa tensione deriva dal flusso di corrente a terra e la sua ampiezza dipende in larga misura dalla resistenza di terra.

Gli operatori di parchi eolici fanno di tutto per eliminare questi pericoli. Prima di costruire un parco eolico, vengono condotte indagini dettagliate sulla resistenza di terra e, tenendo conto dei risultati di queste indagini, si progettano sistemi di messa a terra in grado di affrontare le condizioni di guasto peggiori. Tuttavia, come già detto, la resistenza di terra può cambiare nel tempo. Per garantire che i sistemi di messa a terra dei parchi eolici rimangano sicuri ed efficaci, è pertanto estremamente opportuno effettuare misurazioni regolari per confermare che la resistenza di terra non sia aumentata in modo significativo.

Purtroppo, tali misurazioni sono tutt'altro che semplici da eseguire. Mentre le turbine eoliche sono in funzione, producono rumore elettrico nella terra circostante e ciò rende difficile una misurazione accurata della resistenza di terra. La soluzione apparentemente ovvia di arrestare le turbine durante le misurazioni è poco pratica per motivi operativi e anche a causa degli elevati costi associati all'arresto di un intero sito.

Un altro problema riguarda la lunghezza dei puntali. Per ottenere risultati precisi nelle applicazioni in parchi eolici, è necessario utilizzare il metodo della caduta di potenziale per determinare la resistenza di terra. Si tratta di un test a tre poli: viene creato un primo collegamento alla barra di messa a terra della turbina del sistema di messa a terra da testare, e un secondo a un picchetto di terra temporaneo al di fuori della sfera di influenza del sistema di messa a terra. In pratica, ciò significa che si trova ad almeno 500 m di distanza dal primo collegamento. Il terzo collegamento viene effettuato con un altro picchetto di terra temporaneo, che viene spostato tra gli altri due collegamenti con incrementi di distanza del 10%, rilevando le letture a ogni incremento.

Per facilitare la movimentazione, il cavo del picchetto mobile è alloggiato su un avvolgicavo ma, in particolare quando il picchetto è vicino alla turbina, la bobina del filo attorno al tamburo aggiunge una notevole induttanza al circuito di test. L'esperienza pratica ha dimostrato che questo può portare a misurazioni che indicano che la resistenza di terra è inferiore al suo valore reale, una situazione potenzialmente pericolosa.

Tenendo conto di tutti questi problemi, Megger e SSE, una delle maggiori compagnie energetiche del Regno Unito, hanno condotto delle prove con l'obiettivo principale di stabilire se sia possibile effettuare misurazioni affidabili della resistenza di terra nei siti di centrali eoliche senza mettere fuori servizio il sito.

Le prove sono state eseguite su un sito in Scozia in cui sono in funzione 16 turbine eoliche. Le misurazioni sono state effettuate utilizzando strumenti Megger e, a fini comparativi, strumenti non Megger. Il primo passo era quello di effettuare le misurazioni del rumore elettrico presente nei sistemi di messa a terra in vari punti del sito.

Come previsto, questi test hanno rivelato la presenza di livelli significativi di rumore, in gran parte concentrati sulle armoniche della frequenza di alimentazione. I tecnici Megger erano certi, tuttavia, che il rumore non avrebbe influenzato i risultati dei set di test della resistenza di terra di fascia alta della gamma Megger, progettati per fornire misurazioni accurate e ripetibili anche in condizioni difficili.

I risultati dei test sono stati illuminanti. Le misurazioni condotte con il tester DET4 di Megger erano instabili e costantemente inferiori a quelle prodotte dagli altri strumenti Megger utilizzati nella prova. Ma non era del tutto inaspettato. Il tester DET4 è uno strumento economico che si è dimostrato in grado di soddisfare regolarmente le esigenze degli utenti in applicazioni "standard". Non è mai stato progettato per l'uso in luoghi difficili come le centrali eoliche in servizio.

Al contrario, il tester DET2/2 di Megger, uno strumento ad alte prestazioni sviluppato per l'uso anche nelle condizioni più difficili, ha fornito risultati coerenti e credibili in tutti i test. In effetti, era l'unico strumento a farlo: gli strumenti non Megger utilizzati nella prova non hanno prodotto risultati migliori del DET4.

A seguito di un'ulteriore convalida dei risultati prodotti dal DET2/2, questi sono stati confrontati con le misurazioni storiche della resistenza di terra effettuate al momento dell'indagine iniziale del sito della centrale eolica. È stata raggiunta un'intesa eccellente in ogni caso, confermando che il tester DET2/2 può essere utilizzato per misurare la resistenza di terra nelle installazioni di centrali eoliche anche quando le turbine sono in servizio.

Tuttavia, bisogna fare una precisazione. Per questa prova iniziale, SSE e Megger hanno scelto di effettuare misurazioni sui sistemi di messa a terra associati alle turbine intorno al bordo del sito, per lo più a causa della difficoltà di ottenere una distanza sufficiente per gli elettrodi di test al centro del sito, dove le turbine sono più vicine tra loro. Si sta lavorando per risolvere questo limite.

Nel frattempo, sia SSE che Megger ritengono che i risultati prodotti finora siano di grande valore e significato, non da ultimo perché è improbabile che il centro di una centrale eolica possa essere influenzato da condizioni così localizzate che cambierebbero sostanzialmente la resistenza di terra senza che questo cambiamento si rifletta, almeno in qualche misura, in una variazione della resistenza di terra delle aree periferiche del sito.

Le prove congiunte condotte da Megger e SSE hanno dimostrato che la misurazione della resistenza di terra su una centrale eolica in servizio è tanto impegnativa come previsto. Tuttavia, con apparecchiature commerciali già disponibili, è possibile ottenere risultati accurati e affidabili, rendendo i test periodici di routine un'opzione realistica e finanziariamente sostenibile. Tali test hanno un ruolo importante nell'aiutare gli operatori a mantenere sicuri i parchi eolici e a ridurre al minimo i rischi per il pubblico, anche in condizioni di guasto.