In qualità di fornitore leader di quadri ad alta tensione per esterni, ho constatato in prima persona l'importanza fondamentale di progettare questi sistemi per resistere alle forze della natura, in particolare ai terremoti. I terremoti possono causare gravi danni alle infrastrutture elettriche, causando interruzioni di corrente, guasti alle apparecchiature e significative perdite economiche. In questo post del blog condividerò alcuni spunti e best practice su come progettare quadri ad alta tensione per esterni resistenti ai terremoti.
Comprendere la minaccia del terremoto
Prima di addentrarsi negli aspetti progettuali è fondamentale comprendere la natura della minaccia sismica. I terremoti generano movimenti del suolo che possono essere caratterizzati dalla loro intensità, contenuto di frequenza e durata. Questi movimenti del terreno possono sottoporre i quadri ad alta tensione esterni a vari tipi di forze, comprese forze laterali, forze verticali e forze di torsione.
L’intensità di un terremoto viene tipicamente misurata utilizzando la scala Richter o la scala di intensità Mercalli. La scala Richter misura la magnitudo di un terremoto in base all'ampiezza delle onde sismiche, mentre la scala di intensità Mercalli valuta gli effetti di un terremoto in un luogo particolare. Il contenuto di frequenza di un terremoto si riferisce alla distribuzione dell'energia su diverse frequenze. I movimenti del terreno ad alta frequenza possono causare rapide oscillazioni nel quadro, mentre i movimenti del terreno a bassa frequenza possono provocare grandi spostamenti.
Anche la durata di un terremoto è un fattore importante da considerare. I terremoti di lunga durata possono sottoporre il quadro a forze prolungate, aumentando la probabilità di danni strutturali. Inoltre, possono verificarsi scosse di assestamento a seguito del terremoto principale, aggravando ulteriormente il danno.
Considerazioni sulla progettazione per la resistenza ai terremoti
Quando si progettano quadri ad alta tensione per esterni resistenti ai terremoti, è necessario tenere in considerazione diverse considerazioni chiave. Questi includono la progettazione strutturale, la progettazione delle fondazioni, la selezione delle attrezzature e le pratiche di installazione e manutenzione.
Progettazione strutturale
La progettazione strutturale del quadro gioca un ruolo cruciale nella sua resistenza ai terremoti. Il quadro dovrebbe essere progettato per resistere alle forze laterali e verticali generate da un terremoto senza crollare o subire danni significativi. Ciò può essere ottenuto attraverso l’uso di materiali strutturali robusti, come acciaio o cemento, e incorporando caratteristiche antisismiche, come sistemi di rinforzo e smorzamento.
Un aspetto importante della progettazione strutturale è l'uso di un approccio di progettazione modulare. I sistemi di quadri modulari sono composti da singoli moduli che possono essere facilmente assemblati e smontati. Ciò consente un trasporto, un’installazione e una manutenzione più semplici, nonché una migliore resistenza alle forze sismiche. Inoltre, i progetti modulari possono essere adattati più facilmente alle diverse condizioni e requisiti del sito.
Un'altra considerazione importante è l'uso di collegamenti flessibili tra i componenti del quadro. Le connessioni flessibili possono aiutare ad assorbire l'energia sismica e ridurre il trasferimento di forze tra i componenti. Ciò può prevenire danni ai componenti e migliorare le prestazioni sismiche complessive del quadro.
Progettazione della fondazione
La progettazione della fondazione è un altro fattore critico nella resistenza ai terremoti dei quadri ad alta tensione esterni. La fondazione dovrebbe essere progettata per fornire una base stabile per il quadro e per trasferire le forze sismiche al suolo. Ciò può essere ottenuto attraverso l'uso di fondazioni profonde, come pali o cassoni, o attraverso l'uso di fondazioni superficiali, come plinti diffusi o fondazioni a tappeto.
Il tipo di fondazione utilizzata dipenderà da diversi fattori, tra cui le condizioni del terreno, le dimensioni e il peso del quadro e il rischio sismico del sito. In zone con terreni soffici o instabili possono essere necessarie fondazioni profonde per garantire la stabilità del quadro. Nelle aree con terreni compatti, possono essere sufficienti fondazioni poco profonde.
È anche importante considerare l'interazione tra il quadro e la fondazione durante un terremoto. La fondazione deve essere progettata per consentire alcuni movimenti del quadro senza causare sollecitazioni o danni eccessivi. Ciò può essere ottenuto attraverso l'uso di connessioni flessibili tra il quadro e la fondazione, oppure attraverso l'uso di sistemi di isolamento, come isolatori di base o smorzatori sismici.
Selezione dell'attrezzatura
Anche la scelta delle apparecchiature utilizzate nei quadri ad alta tensione per esterni è una considerazione importante per la resistenza ai terremoti. L'apparecchiatura deve essere progettata e testata per resistere alle forze sismiche e per continuare a funzionare in modo sicuro e affidabile durante e dopo un terremoto.
Quando si seleziona l'attrezzatura, è importante considerare la classificazione sismica dell'attrezzatura. La classificazione sismica indica il livello di resistenza sismica dell'apparecchiatura e si basa generalmente sui risultati dei test sismici. Le apparecchiature con una classificazione sismica più elevata sono generalmente più resistenti alle forze sismiche e hanno maggiori probabilità di continuare a funzionare in sicurezza durante e dopo un terremoto.
È inoltre importante considerare la compatibilità delle apparecchiature con la progettazione sismica del quadro. L'attrezzatura dovrebbe essere in grado di sopportare le forze e gli spostamenti generati dalla progettazione sismica senza subire danni o malfunzionamenti. Inoltre, le apparecchiature dovrebbero essere installate in modo da consentire un facile accesso e manutenzione durante e dopo un terremoto.
Pratiche di installazione e manutenzione
Anche le pratiche di installazione e manutenzione dei quadri di alta tensione esterni sono importanti per la resistenza ai terremoti. Il quadro deve essere installato in conformità con le istruzioni del produttore e le pertinenti norme di progettazione sismica. Ciò include garantire che il quadro sia adeguatamente ancorato alla fondazione, che i collegamenti tra i componenti siano sicuri e che l'apparecchiatura sia adeguatamente allineata e livellata.
Anche una manutenzione regolare è essenziale per garantire la continua prestazione sismica del quadro. Ciò include l'ispezione del quadro per eventuali segni di danneggiamento o usura, il controllo delle connessioni e degli elementi di fissaggio e il test dell'apparecchiatura per garantire che funzioni correttamente. Eventuali danni o problemi devono essere risolti tempestivamente per prevenire ulteriori danni o malfunzionamenti.
Casi di studio
Per illustrare l'importanza di progettare quadri ad alta tensione per esterni per resistere ai terremoti, diamo un'occhiata ad alcuni casi di studio reali.
Nel 2011, un terremoto di magnitudo 9.0 colpì al largo delle coste del Giappone, provocando un enorme tsunami. Il terremoto e lo tsunami hanno causato danni estesi alle infrastrutture elettriche in Giappone, compresi i quadri esterni ad alta tensione. Tuttavia, alcuni sistemi di quadri progettati e installati per resistere ai terremoti sono stati in grado di resistere alle forze sismiche e continuare a funzionare in sicurezza.
Un esempio è il sistema di quadri installato presso la centrale nucleare di Kashiwazaki-Kariwa. Il sistema di quadri è stato progettato per resistere ad un terremoto di magnitudo 8.0 ed è stato dotato di dispositivi di isolamento sismico. Nonostante il terremoto di magnitudo 9.0, il sistema di distribuzione è rimasto intatto e ha continuato a funzionare, contribuendo a prevenire un disastro nucleare.
Un altro esempio è il sistema di quadri installato nel grattacielo Taipei 101 a Taiwan. Il sistema del quadro è stato progettato per resistere ad un terremoto di magnitudo 7.0 ed è stato dotato di collegamenti flessibili e sistemi di smorzamento. Durante un terremoto di magnitudo 6.4 nel 2016, il sistema di quadri è rimasto operativo, dimostrando le sue eccellenti prestazioni sismiche.
Conclusione
Progettare quadri elettrici ad alta tensione per esterni resistenti ai terremoti è un compito complesso e impegnativo. Tuttavia, considerando la progettazione strutturale, la progettazione delle fondazioni, la scelta delle apparecchiature e le pratiche di installazione e manutenzione, è possibile progettare sistemi di quadri in grado di resistere alle forze della natura e continuare a funzionare in modo sicuro e affidabile durante e dopo un terremoto.
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Riferimenti
- "Progettazione sismica di apparecchiature elettriche", IEEE Std 693-2018
- "Linee guida per la progettazione sismica delle sottostazioni", Istituto di ricerca sull'energia elettrica (EPRI)
- "Progettazione di strutture resistenti ai terremoti", Associazione degli ingegneri strutturali della California (SEAOC)
