Nuovo utente
Password dimenticata?

  Servizi Tecnici   
  Area abbonamento   
  Software Edilizia   
  Editoria tecnica   
  News   
  Applicazioni Strutturali   
  Appalti e Sicurezza   
  Quesiti tecnici   
  Bioedilizia   
  Links siti utili   
  Privacy Policy   


Ritorna

 

Domanda


Vorrei conoscere la fisica dei fenomeni che provocano la dispersione delle correnti nelle ferrovie (impianti di trazione).
Per rilevare tali correnti si utilizza il modello multiconduttore?
Attualmente quali sono le tecniche per la loro limitazione?


Risposta


Le invio parte del capitolo sulle correnti disperse delle mie dispense del corso di Corrosione che tengo al Politecnico di Milano. Qui il termine usato è interferenza, ma si tratta di correnti disperse.

 

Si definisce interferenza l'alterazione del campo elettrico all'interno di un elettrolita provocato dalla presenza di corpi estranei. Uno schema generale di interferenza è  illustrato in Fig. 1. La corrente intercetta il corpo estraneo, se conduttore (elettronico o ionico) oppure è allontanata, se isolante; in ogni caso ha luogo una ridistribuzione delle correnti e delle linee equipotenziali del campo elettrico. Le situazioni di interferenza che danno problemi di corrosione si riscontrano praticamente solo quando il corpo estraneo è metallico.

 

Fig. 1    Schema generale di interferenza tra due elettrodi con corpo estraneo a) conduttore; b) non conduttore

 

Per meglio illustrare il meccanismo e le conseguenze di una situazione di interferenza, consideriamo i casi classici che si verificano sulle tubazioni interrate, spesso classificati come: interferenza stazionaria e interferenza non stazionaria.

 

L'interferenza stazionaria, si verifica quando la struttura (in generale una tubazione metallica) si trova immersa in un campo elettrico stazionario, ad esempio, generato da un dispersore anodico di un impianto di protezione catodica. Perché si instaurino condizioni di interferenza è necessario che la struttura si trovi vicina al dispersore, dove il campo elettrico è più forte. Si possono generalizzare due casi. Nel primo (Fig. 2) la tubazione estranea attraversa quella protetta: la zona vicina all'anodo tende a raccogliere corrente, mentre la zona che incrocia la tubazione tende a cederla: la prima zona risulta protetta, la seconda subisce corrosione. Nel secondo caso (Fig. 3) le due tubazioni sono parallele; la zona di rilascio di corrente è in genere più estesa e diffusa, in corrispondenza a zone del terreno con minore resistività.

 

Se la struttura estranea è dotata di un rivestimento integro (ideale), l'interferenza non può avvenire; con i rivestimenti reali, in cui sono presenti difetti, gli effetti di interferenza diventano molto severi, poiché gli scambi di corrente tra metallo e elettrolita (terreno) avvengono in corrispondenza dei difetti con aree piccolissime, per cui con elevata densità di corrente.
 

Fig. 2    Schema di interferenza stazionaria con tubazioni che si incrociano


 


 

Fig. 3   Schema di interferenza stazionaria con tubazioni parallele

 

Si incontrano invece fenomeni di interferenza non stazionaria quando il campo elettrico è variabile: è il caso classico di interferenza derivante dalle "correnti vaganti" disperse dai sistemi di trazione a corrente continua, ad esempio treni, tram e metropolitane. Gli effetti di interferenza (e quindi di corrosione) si manifestano solo durante il passaggio del treno; spesso, anche se il tempo è breve (dell'ordine dei minuti) gli effetti possono essere molto severi, date le elevate correnti in gioco.

 

Il meccanismo di interferenza in questo caso è illustrato in Fig. 4. Gli impianti di trazione a corrente continua hanno un conduttore aereo collegato al polo positivo, mentre il polo negativo, o ritorno, è costituito dalla rotaia, mai isolata da terra per ragioni di sicurezza. Durante il movimento di un convoglio, la corrente di alimentazione parte dal polo positivo della sottostazione, percorre il cavo aereo fino al treno, quindi attraverso le ruote (o i contatti a slitta) passa ai binari per rientrare al polo negativo della sottostazione. In quest'ultimo tratto, la corrente ha varie possibilità: il ritorno attraverso le rotaie, oppure attraverso il terreno o entrambi. Sebbene si adottino negli impianti moderni tutti gli accorgimenti possibili per rendere minima la dispersione nel terreno, la quota parte di dispersione supera sempre il 50% della corrente totale, almeno nel caso di treni e tram, le cui rotaie sono posate sul terreno. Si comprende, perciò, come una struttura metallica posta nelle vicinanze dei binari possa costituire parte del circuito di ritorno della corrente che passa nel terreno.


Di conseguenza dove la corrente passa dalla tubazione al terreno, la tubazione funziona da anodo e quindi si corrode (questo succede soprattutto in vicinanza delle sottostazioni). Dove invece la corrente passa dal terreno alla tubazione quest'ultima funziona da catodo e risulta quindi protetta. Nel tratto della tubazione che rilascia corrente nel terreno il potenziale si nobilita rispetto al potenziale di corrosione misurato in assenza di interferenza. Il contrario avviene nel tratto della tubazione che riceve corrente dal terreno.


Fig. 4    Schema di interferenza non stazionaria provocata da correnti vaganti disperse da un treno elettrificato
 


Foto  1 Corrosione da interferenza su tubazione interrata rivestita con strato bituminoso. L'attacco si è verificato in corrispondenza a difetti nel rivestimento.

 

 

Foto 2  Corrosione da interferenza su tubazione interrata rivestita con strato bituminoso. L'attacco si è verificato in corrispondenza a difetti nel rivestimento.

 

Da un punto di vista elettrico, l'entità dell'interferenza può essere valutata dal bilancio delle cadute ohmiche, potendo in prima approssimazione trascurare rispetto a queste ultime gli effetti di sovratensione sulla tubazione interferita e sulle rotaie.


Con riferimento alla Fig. 5 dove I è la corrente che percorre la rotaia e i è quella di interferenza che percorre la tubazione, si indichino con Rr, Rt, R1 e R2 rispettivamente la resistenza ohmica della rotaia, della tubazione e dei tratti di terreno interessati alla circolazione della corrente i. Quest’ultima, detta corrente di interferenza, è data, considerato il sistema ohmico, da:

 

                                       i  =  I Rr / (R1 + Rt + R2)

 

Ne deriva che gli effetti di corrosione, quantificati da i, diminuiscono nei casi in cui è piccola la resistenza della rotaia Rr (binari saldati) e grande quella del percorso parallelo (R1 + R2) e della tubazione (interruzione della tubazione con giunti isolanti; rivestimenti protettivi, soprattutto nelle zone catodiche della tubazione).

 

Fig. 5   Schema elettrico di interferenza non stazionaria

 

Misura dell'interferenza
I fenomeni di interferenza stazionaria sono messi in evidenza e, per quanto possibile, quantificati mediante misure di potenziale. Ad esempio, in Fig. 6 è mostrato il profilo di potenziale di una tubazione che subisce interferenza: l'individuazione delle zone di corrosione è immediata.

 

Fig. 6     Profilo di potenziali in presenza di interferenza

 

La quantificazione dell'interferenza, o meglio la definizione della sua severità, è effettuata con misure di accensione o di spegnimento della protezione catodica (dette tecnica ON-OFF); nel caso di due tubazioni estranee che si incrociano, si pone l'elettrodo di riferimento sulla verticale dell'incrocio e si misurano i potenziali della struttura interferita rispetto a quella estranea (interferente) nelle due condizioni: alimentatore struttura interferente ON (Eon) e OFF (Eoff). Se DE = Eon - Eoff è diverso da zero, si ha interferenza. 

 

Quando l'interferenza è non stazionaria, ad esempio dovuta a correnti vaganti derivanti dagli impianti di trazione a corrente continua, l'accertamento delle condizioni di interferenza è diverso e si limita alla misura del potenziale nel tempo: se il potenziale misurato è costante  catodica (negativa).

 


Foto 3 – Attacco da corrente alternata

 

Interferenza da corrente alternata
La corrosione per interferenza da corrente alternata si riscontra molto raramente perché richiede particolari condizioni per prodursi. L'interferenza da corrente alternata può essere causata dal funzionamento di impianti ferroviari alimentati in corrente alternata (come i nuovi impianti per l'alta velocità) o dalla vicinanza di linee aeree di alta tensione (>150 kV) da eventi di guasto sulle reti elettriche, secondo due meccanismi: per conduzione o per induzione.

 

In ogni caso l'esperienza mostra che sulla struttura interferita anche dopo tempi molto lunghi non si producono effetti corrosivi se la densità di corrente scambiata con il terreno risulta inferiore a 100 A/m2 (anche se le norme parlano di 30 A/m2). Sono queste condizioni che difficilmente si realizzano. In ogni caso l'attacco si distingue da quello prodotto da corrente continua perché da luogo a larghi crateri poco profondi e a fondo piatto. (Foto. 3)

 

Una situazione non ancora chiarita è quella in cui ad un'interferenza da corrente continua si somma quella da corrente alternata. Questo potrebbe succedere nel prossimo futuro in Italia alle strutture interrate nelle zone dove le linee ad alta velocità (in corrente alternata) si affiancano alle vecchie linee in corrente continua.


Prof. Pietro Pedeferri
 

Copyright © 2001,2006 - Fin.Fer. S.p.A. - P.I. 00490250305 - Tutti i diritti sono riservati