Lelettrodotto in ingegneria elettrica è un'infrastruttura di rete destinata al trasporto di energia elettrica in alta tensione, comprendendo in tale accezione sia le linee elettriche aeree sia le linee elettriche in cavo, realizzate in appositi cavidotti interrati.
L'insieme degli elettrodotti costituisce la rete elettrica primaria, sulla quale vengono amministrate la trasmissione dell'energia elettrica (trasferimento di energia ad alta tensione su grandi distanze) e la distribuzione dell'energia elettrica (trasferimento di energia a media-bassa tensione su una rete capillare) sul territorio a partire dalle centrali elettriche fino agli utenti finali passando per le cabine elettriche di trasformazione a diversi livelli di tensione.
Descrizione La costituzione e le caratteristiche degli elettrodotti sono fortemente variabili, principalmente in funzione della tensione di esercizio e dal fatto che la trasmissione avvenga in corrente continua o in corrente alternata trifase, oltre che per la diversa scelta impiantistica (elettrodotto aereo o in cavo).
Gli elettrodotti per la trasmissione di potenza in alta e altissima tensione sono per la gran parte aerei, e sono costituiti da sostegni a traliccio o tubolari in acciaio zincato, opportunamente progettati al fine di mantenere le corde metalliche in tensione (il "conduttore") a un'altezza dal terreno sufficientemente elevata da assicurare isolamento elettrico e rispetto dei valori limite dei campi elettromagnetici al suolo. Poiché al crescere della tensione di esercizio è necessario aumentare sia la distanza tra i conduttori stessi (elettricamente appartenenti a diverse fasi) sia la distanza dal suolo e dalle opere attraversate, i sostegni per la trasmissione in alta tensione sono di dimensioni maggiori rispetto a quelli per la distribuzione in media tensione.
L'impiego della soluzione in cavo interrato viene solitamente ristretta ad aree densamente abitate e dove sia tecnicamente possibile realizzare gli scavi per il passaggio del cavidotto. Al crescere della potenza trasmissibile aumentano infatti anche le sezioni conduttive e isolanti dei cavi e, conseguentemente, la sezione della trincea che li deve ospitare e permetterne lo smaltimento del calore dovuto principalmente alle perdite per effetto Joule. Se tale soluzione risulta adatta all'impiego in corrispondenza di un'altra infrastruttura esistente (strade, viadotti, ecc.), diviene al contrario visibilmente impattante ed economicamente onerosa qualora comporti abbattimento di alberi, sbancamenti e realizzazione di cavidotti in aree rurali. In caso di guasto, un cavidotto richiede generalmente tempi e costi di intervento molto superiori rispetto ad un elettrodotto aereo per l'individuazione dell'anomalia e la sua risoluzione.
La trasmissione in cavo, al contrario, può costituire l'unica soluzione applicabile per connettere due punti separati da un braccio di mare troppo ampio per realizzare un attraversamento aereo; in tal caso può realizzarsi una connessione sia in corrente continua, sia in corrente alternata, e nel mondo sono ormai diffusi diversi esempi di connessioni nazionali o internazionali attraverso cavo sottomarino.
Un elettrodotto in linea aerea è composto da una serie di elementi che possono essere globalmente suddivisi in "sostegni", "conduttori" ed "equipaggiamenti" (isolatori, morsetteria, corna e/o anelli spinterometrici, dispositivi antivibranti).
I sostegni
Per linee a bassa e media tensione i sostegni consistono in semplici pali in legno, acciaio o cemento armato centrifugato.
Nelle linee ad alta e altissima tensione, nelle quali le parti in tensione devono mantenere una distanza maggiore dal terreno e i conduttori di energia utilizzati presentano maggior sezione e peso, la soluzione tecnica più efficiente è l'utilizzo di "tralicci", strutture reticolari realizzate con profilati di acciaio zincato con sezioni a L o a T. L'adozione di strutture a traliccio permette di ridurre al minimo la quantità di metallo utilizzato, offrire una bassa resistenza al vento e ridurre l'impatto visivo della struttura. La loro modularità permette, inoltre, la loro installazione in quasi ogni luogo, a differenza dei sostegni di tipo tubolare. Questi ultimi, meno diffusi, sono spesso preferiti per il loro aspetto più "slanciato", ma presentano una minor flessibilità di utilizzo e maggiori costi di installazione, in particolare per la realizzazione delle fondazioni.
Si definiscono "campata" la parte di conduttore di energia o fune di guardia compresa tra due sostegni, e "tratta" l'insieme di campate comprese tra due sostegni di amarro (accomunate da un unico valore del tiro della corda metallica).
I sostegni possono essere classificati secondo diversi parametri: Per tipologia di attacco dei conduttori al sostegno: sostegno d'amarro: serve a supportare il tiro di una tratta di linea e funge, pertanto, da "sezionatore meccanico" della stessa; i conduttori sono fissati alle mensole (tramite inserzione di isolatori) e la continuità elettrica è assicurata da un tratto di conduttore che pende dalla mensola (il cosiddetto "collo morto"); sostegno di sospensione: più leggero del sostegno di amarro, non è progettato per sopportare forti squilibri di tiro in quanto il conduttore è fissato per mezzo di armamenti che, permettendo piccole oscillazioni dei punti di attacco, annullano ogni squilibrio di tiro tra le due campate adiacenti. Per utilizzo: sostegno di rettifilo: sostegno di sospensione leggero, ideato per tratti di linea all'incirca rettilinei; sostegno di vertice: sostegno di sospensione pesante, ideato per sopportare i carichi derivanti dalla presenza di un angolo del tracciato (il tiro su due tratti non rettilinei crea una componente trasversale alla linea che induce al ribaltamento del sostegno); sostegno rompitratta: sostegno di amarro leggero, in grado di sopportare squilibri di tiro tra una tratta e la successiva; sostegno capolinea: sostegno di amarro "a tiro pieno", dimensionato per supportare integralmente il tiro trasmesso da una campata, senza aver alcun contributo dall'altra; è l'ultimo sostegno prima dell'ingresso in stazione; portale: struttura appartenente alla stazione elettrica; destinato ad accogliere una o più linee ed effettuare le calate agli stalli di stazione. Per silhouette: sostegni troncopiramidali, disposizione delle mensole simmetrica, alternata o a bandiera (tutte da un lato): sostegni tradizionalmente utilizzati per elettrodotti realizzati con una o più terne; sostegni a delta rovescio: i punti di attacco dei conduttori sono disposti a una stessa quota, riducendo così l'ingombro verticale e permettendo sottopassi di altre linee aeree (a tensione superiore o uguale); sono spesso utilizzati in aree montane soggette a nevicate, in quanto evitano i disservizi dovuti al colpo di frusta indotto dalla caduta dei manicotti di neve; sostegni gatto: sostegni di derivazione francese (tipo "chat") utilizzati per linee montane ad alto sovraccarico o, più spesso, come capolinea per linee a tensione fino a 150 kV o per le transizioni aereo-cavo; devono il loro nome alla forma della testa del sostegno, con due cimini per le funi di guardia che ricordano le orecchie di un gatto; sostegni a cavalletto: realizzati mediante due tronchi verticali e una traversa orizzontale; sostegni tubolari: realizzati non con strutture reticolari di profilati metallici, ma da elementi scatolari a sezione poligonale in acciaio.
Ogni sostegno presenta: fondazioni: parte interrata in acciaio e calcestruzzo; tronco o fusto: parte verticale; mensole: parti del sostegno che sporgono in direzione trasversale rispetto al fusto, alle quali vengono connessi i conduttori (mediante interposizione degli isolatori); cimino (o cimini): sporgenze verticali superiori, realizzate per connettere al sostegno la fune di guardia sufficientemente in alto da schermare i conduttori dalla fulminazione diretta.
I sostegni di sospensione possono anche essere realizzati con "mensole isolanti", soluzione tecnica nella quale le mensole non sono realizzate da elementi di carpenteria metallica ma da complessi di isolatori che hanno non solo il compito di assicurare anche l'isolamento elettrico fase-terra, ma anche quello di garantire il rispetto delle distanze elettriche minime tra il sostegno e le fasi di conduttori. Tradizionalmente, per gli elettrodotti in alta tensione sono realizzate da tratti tesi (tiranti) realizzati da catene di isolatori cappa e perno in vetro o ceramica e da tratti compressi (puntoni) con bastoni isolanti in ceramica; tuttavia sono sempre più diffusi isolatori in materiale composito.
I conduttori Se nelle linee di distribuzione è diffusa la soluzione del cavo aereo, nel quale il metallo conduttore posto alla tensione di esercizio è elettricamente isolato dalle parti a potenziale di terra mediante un rivestimento polimerico, nelle linee di trasmissione si impiegano conduttori "nudi", nei quali l'isolamento elettrico è realizzato dallo strato di aria interposto tra le parti in tensione e le parti a potenziale di terra. Data la minor rigidità dielettrica dell'aria rispetto agli isolanti solidi, per assicurare la tenuta elettrica è necessario aumentare sensibilmente lo spessore dello strato isolante. A una rigidità dielettrica di circa 10.000 volt per ogni centimetro (minore all'aumentare dell'umidità), per evitare una scarica elettrica tra una fase e il suolo, è necessario mantenere il conduttore a una quota di diversi metri, tanto maggiore quanto maggiore è la tensione di esercizio della linea. Oltre ai vantaggi in termini di riduzione di peso, in caso di scarica elettrica (per condizioni di esercizio fuori progetto, oggetti trasportati dal vento, caduta di alberi, ecc.) l'isolante si auto-ripristina al termine della causa temporanea che ne ha innescato il cedimento.
Per limitare le perdite di potenza e mantenere la temperatura di esercizio dei materiali entro i limiti necessari ad evitarne un rapido degrado, al crescere della corrente transitante è necessario aumentare anche la sezione conduttiva del conduttore. Per sezioni conduttive superiori a 70–80 mm2 l'elemento conduttore viene realizzato non come filo singolo, ma come corda spiroidale con strati avvolti a versi alterni al fine di garantire una miglior flessibilità e meglio ripartire i carichi elettrici e meccanici. I fili possono essere sia a sezione circolare che a sezione sagomata (trapezoidale o a "Z"). Poiché al crescere della tensione i sostegni sono più alti, per ridurre l'impatto visivo è comune aumentarne anche la distanza relativa (campata), richiedendo pertanto ai conduttori anche maggiori prestazioni meccaniche. Se dagli albori dell'elettrificazione il metallo più impiegato per la trasmissione e distribuzione di energia è stato il rame, caratterizzato da ottime prestazioni meccaniche e termiche, a metà degli anni '20 dello scorso secolo per motivi economici e di strategia industriale è stato gradualmente sostituito da conduttori monometallici in lega di alluminio-magnesio-silicio (prestazioni meccaniche superiori all'alluminio e prestazioni elettriche inferiori) o conduttori bimetallici alluminio-acciaio, composti all'interno da fili di acciaio (l'"anima", con funzione esclusivamente di rinforzo meccanico) e all'esterno da fili di alluminio (il "mantello", con funzione prevalentemente elettrica). La scelta della lega di alluminio o il rapporto tra le sezioni di alluminio e acciaio permettono di bilanciare le prestazioni elettriche e meccaniche di ciascuna formazione di conduttore. Negli impianti in cavo interrato il materiale conduttore preferito è il rame, mentre per particolari applicazioni sottomarine le esigenze di riduzione del peso possono rendere preferibile l'alluminio.