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Mar 22, 2023

La ricerca può limitare le perdite economiche delle centrali elettriche dopo i terremoti

Sitting atop power transformers are bushing systems that play a critical role

Sopra i trasformatori di potenza si trovano sistemi di boccole che svolgono un ruolo fondamentale nel fornire elettricità alle comunità. Tuttavia, questi oggetti sono anche suscettibili di rompersi durante i terremoti. Una volta danneggiate, le boccole possono causare interruzioni diffuse e gravare sullo stato con costose riparazioni.

In uno studio recente, i ricercatori della Texas A&M University hanno dimostrato che durante un’elevata attività sismica, l’integrità strutturale dei sistemi di boccole può essere mantenuta meglio rinforzandone le basi con rinforzi in acciaio. Inoltre, utilizzando studi di valutazione delle perdite basati sulla probabilità, hanno scoperto che l’onere economico dovuto ai danni ai sistemi di boccole dovuti ai terremoti è fino a 10 volte inferiore per i sistemi di boccole per trasformatori rinforzati in acciaio rispetto ad altre configurazioni di boccole.

"I sistemi di boccole per trasformatori sono vitali per le reti di sottostazioni elettriche e questi componenti sono particolarmente vulnerabili nelle regioni ad alto rischio sismico, come in California o in alcune parti del nord-est", ha affermato Maria Koliou, assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria civile e ambientale di Zachry. "Abbiamo condotto una valutazione completa dei rischi e delle perdite sull'impatto delle boccole danneggiate in termini di costi e tempi di ripristino per le reti elettriche."

I dettagli dello studio sono stati pubblicati nel numero di luglio della rivista Structure and Infrastructure Engineering.

Una boccola elettrica è una copertura simile a un manicotto che circonda un conduttore che trasporta una corrente elettrica ad alta tensione. Generalmente posizionati in prossimità di trasformatori o interruttori automatici, questi sistemi garantiscono che la corrente elettrica non fuoriesca dai fili metallici. Le boccole sono realizzate con isolanti, in particolare porcellana, e sono riempite con olio minerale.

Nonostante la loro capacità di resistere a forti campi elettrici, le boccole sono fragili e possono rompersi facilmente in caso di elevata attività sismica. Di conseguenza, qualsiasi danno agli stessi costituisce un pericolo elettrico. Danni strutturali più estesi al sistema di boccole possono causare interruzioni di corrente diffuse e costi di sostituzione elevati.

Un modo possibile per mitigare i danni e ripararli è rinforzare la boccola con piastre di acciaio. Proprio come una fondazione solida può migliorare la stabilità di un edificio, è stato dimostrato che gli irrigidimenti a flessione in acciaio posizionati il ​​più vicino possibile alla base della boccola migliorano la stabilità della boccola durante i terremoti. Tuttavia, Koliou ha affermato che manca un’analisi più completa dell’impatto della vulnerabilità sismica sui sistemi di boccole in termini di costi di recupero.

Per colmare questa lacuna, Koliou e il suo studente laureato, Andrew Brennan, hanno condotto un’analisi probabilistica per confrontare le perdite economiche subite dal danneggiamento delle boccole per diverse intensità di movimenti del terreno. Hanno studiato boccole di diverse geometrie rappresentative di scenari di media e alta tensione. Ancora più importante, alcune boccole erano dotate di rinforzi in lamiera di acciaio mentre altre non ne erano dotate nei loro progetti originali.

Koliou e Brennan hanno scoperto che le perdite economiche per l'intensità dei terremoti considerati nello studio erano inferiori del 33-55% quando le basi delle boccole erano rinforzate con piastre di acciaio. Infatti, le perdite annuali previste per le boccole senza rinforzi in acciaio erano almeno 2,5-10 volte maggiori se sottoposte a diversi movimenti del terreno.

"I nostri risultati mostrano che gli irrigidimenti in acciaio sono efficaci nel prevenire danni alle boccole, ma ciò che significa 'efficace' per un ingegnere strutturale può avere poco significato per qualcuno che non lo è. Volevamo generalizzare i nostri risultati in termini più pratici per le parti interessate diverse dagli ingegneri ", ha detto Koliou. "E così, abbiamo quantificato il vantaggio dell'utilizzo di rinforzi in acciaio in termini di valore in dollari e di tempo necessario per il recupero per una varietà di scenari sismici, il che è più facilmente interpretabile."

Questo articolo di Vandana Suresh è apparso originariamente sul sito web del College of Engineering.

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