Stoccaggi vicini a elettrodotti AT: verifica della distanza antincendio mediante FSE e CFD

Il caso studio pubblicato da INGENIO analizza, tramite Fire Safety Engineering (FSE), la distanza di separazione tra uno stoccaggio esterno di materiale plastico riciclato e una linea elettrica aerea ad alta tensione (150 kV), in un contesto in cui la soluzione conforme del Codice di Prevenzione Incendi non risultava applicabile per vincoli di spazio. Attraverso modellazione CFD con FDS, curva RHR sperimentale (ISO 9705-1) e verifica del rischio di scarica elettrica, l'analisi dimostra il rispetto delle soglie di 90 °C e 12,6 kW/m², definendo una configurazione progettuale sicura senza ricollocare lo stoccaggio. Il contenuto offre a progettisti antincendio, tecnici elettrici e direttori lavori un riferimento metodologico concreto per casi analoghi con vincoli geometrici.

Fire Safety Engineering: quando la soluzione conforme non basta

La Fire Safety Engineering (FSE) è un approccio progettuale basato sulla valutazione quantitativa dei fenomeni fisici coinvolti negli scenari di incendio, utilizzato per dimostrare il raggiungimento degli obiettivi di sicurezza anche in presenza di vincoli progettuali non risolvibili mediante soluzioni conformi.

Nel presente caso studio viene analizzata la sicurezza di uno stoccaggio esterno di materiale combustibile posizionato al di sotto di una linea elettrica aerea ad alta tensione. L’obiettivo della valutazione è verificare che un eventuale incendio dello stoccaggio non determini condizioni tali da compromettere l’integrità, la funzionalità o l’isolamento elettrico dell’elettrodotto.

L’analisi è stata sviluppata mediante modellazione avanzata CFD con il software FDS, utilizzando dati sperimentali per la definizione della curva di rilascio termico (Heat Release Rate - RHR) del materiale combustibile e integrando i risultati della simulazione incendio con una valutazione specifica del rischio di scarica elettrica.

L’approccio prestazionale ha consentito di individuare una configurazione di stoccaggio compatibile con la presenza della linea elettrica, definendo condizioni limite relative a quantità, geometria e disposizione del materiale, da mantenere attraverso specifiche misure di gestione della sicurezza antincendio.

Distanza di separazione tra stoccaggi esterni e linee elettriche ad alta tensione: il caso studio

La progettazione antincendio di aree di stoccaggio esterne può risultare particolarmente complessa quando il deposito di materiali combustibili si trova in prossimità di infrastrutture o elementi sensibili, per i quali un eventuale scenario di incendio potrebbe determinare conseguenze non limitate alla sola attività coinvolta.

Il presente articolo descrive un caso studio di applicazione della Fire Safety Engineering (FSE) relativa alla valutazione degli effetti di un incendio che interessa uno stoccaggio esterno di materiale combustibile nei confronti di una linea elettrica aerea ad alta tensione presente in prossimità dell’area.

L’obiettivo dell’analisi è stato quello di verificare il mantenimento delle condizioni di sicurezza della linea elettrica in caso di incendio dello stoccaggio sottostante, valutando sia gli effetti termici prodotti dalle fiamme e dai gas caldi, sia il possibile rischio di perdita dell’isolamento con conseguente formazione di scariche elettriche.

L’approccio prestazionale ha consentito di valutare quantitativamente il fenomeno fisico e di definire opportune limitazioni progettuali e gestionali, permettendo il mantenimento della configurazione di stoccaggio prevista a progetto in un contesto caratterizzato da vincoli geometrici non superabili mediante l’applicazione delle soluzioni conformi.

Stoccaggio di materiale plastico a 20 metri da un elettrodotto a 150 kV: il contesto impiantistico

L’attività oggetto di studio riguarda un’azienda specializzata nel recupero di cavi elettrici e metalli provenienti dal settore automotive, attraverso processi finalizzati alla separazione e valorizzazione dei materiali riciclabili e alla gestione delle componenti potenzialmente dannose.

Nell’area esterna dello stabilimento è previsto lo stoccaggio di materiale plastico derivante dalla lavorazione di cavi elettrici post consumo. Il materiale, costituito da scaglie di plastica, viene conservato all’interno di big bag posizionati su bancali in legno. Lo stoccaggio avviene su un unico livello e non prevede l’impilamento verticale di più unità. La configurazione di progetto prevede pertanto una distribuzione planimetrica del materiale combustibile con altezza limitata, ma con quantitativi complessivi significativi.

In corrispondenza dell’area di stoccaggio è presente una linea elettrica aerea ad alta tensione, rispetto alla quale non risulta verificata la distanza di separazione minima prevista dalle soluzioni conformi del Codice di Prevenzione Incendi. La linea elettrica è costituita da un elettrodotto a 150 kV con configurazione a semplice terna e mensole isolanti. I tralicci sono ubicati esternamente al confine dell’attività, mentre nella zona interessata dallo stoccaggio i conduttori attraversano l’area ad una quota di circa 20,55 m rispetto al piano di campagna.

Il vincolo geometrico e l'impossibilità di ricollocare lo stoccaggio

Dal punto di vista progettuale, il principale vincolo è rappresentato dalla limitata disponibilità di spazio all’interno del piazzale. L’area deve infatti garantire anche la movimentazione degli automezzi e le necessarie condizioni operative per la gestione dello stabilimento. La ricollocazione dello stoccaggio in una posizione alternativa non risulta pertanto compatibile con le esigenze funzionali dell’attività.

Dall'approccio prescrittivo alla verifica prestazionale: la strategia FSE adottata

La presenza della linea elettrica aerea costituisce un elemento sensibile nei confronti del quale deve essere valutato il possibile effetto di un incendio sviluppato nello stoccaggio sottostante. L’applicazione delle soluzioni conformi previste dal Codice di Prevenzione Incendi per la determinazione delle distanze di separazione non consente di dimostrare il rispetto dei requisiti richiesti nella configurazione geometrica prevista.

In tale contesto è stato adottato un approccio prestazionale basato sui principi della Fire Safety Engineering, con l’obiettivo di dimostrare, attraverso una valutazione quantitativa dei fenomeni fisici coinvolti, il raggiungimento di un livello di sicurezza equivalente.

L’analisi è stata quindi finalizzata alla determinazione degli effetti prodotti dallo scenario di incendio di progetto sulla linea elettrica, definendo opportune soglie di accettabilità e verificandone il rispetto mediante simulazione numerica avanzata.

Soglie di sicurezza verificate: temperatura a 90 °C e irraggiamento a 12,6 kW/m²

L’obiettivo principale della progettazione è stato quello di verificare che l’esposizione termica della linea elettrica, in caso di incendio dello stoccaggio sottostante, non determini condizioni tali da compromettere:

• l’integrità strutturale dei conduttori;
• la funzionalità della linea elettrica;
• il mantenimento delle condizioni di isolamento elettrico;
• la sicurezza delle persone eventualmente presenti nell’area.

I due fenomeni fisici sotto osservazione

La valutazione è stata pertanto sviluppata considerando due principali fenomeni fisici:

• l’esposizione termica della linea, attraverso la verifica della temperatura raggiunta in corrispondenza dei conduttori e dell’irraggiamento termico incidente;
• la possibile riduzione della capacità isolante dell’aria, conseguente alla presenza della fiamma e dei gas caldi prodotti dall’incendio.

Per la verifica degli effetti termici sono state definite specifiche soglie prestazionali riferite ai parametri maggiormente significativi.

La temperatura limite è stata assunta pari a 90 °C, valore indicato nella documentazione tecnica CESI come temperatura massima ammissibile per conduttori in alluminio e leghe Al-Mg-Si in condizioni di esercizio continuo. Per quanto riguarda l’irraggiamento termico incidente sulla linea, è stato assunto il valore limite pari a 12,6 kW/m², adottato come criterio cautelativo per valutare l’esposizione termica del bersaglio nei confronti dello scenario di incendio considerato.

Curva RHR sperimentale: come è stato caratterizzato l'incendio dello stoccaggio

La definizione dello scenario di incendio di progetto ha rappresentato uno degli aspetti principali dell’analisi, in quanto il comportamento termico del materiale stoccato costituisce il parametro fondamentale per la valutazione degli effetti sulla linea elettrica.

Per la caratterizzazione del focolare sono stati utilizzati dati sperimentali ottenuti mediante prove di laboratorio in scala reale, eseguite su un campione rappresentativo dello stoccaggio reale. Il test sperimentale ha riguardato un big bag contenente materiale plastico in scaglie, posizionato su bancale in legno, in condizioni analoghe alla configurazione presente nello stabilimento.

La prova in scala reale secondo ISO 9705-1

La prova è stata eseguita sotto cappa calorimetrica con riferimento al metodo ISO 9705-1 Room Corner Test, rilevando i principali parametri necessari alla caratterizzazione dell’incendio, tra cui il rilascio termico (HRR – Heat Release Rate) e la produzione dei principali prodotti della combustione (CO e particolato).

La curva RHR sperimentale è stata successivamente adattata alla configurazione reale mediante un processo di parametrizzazione basato sulla superficie esposta e sul volume effettivamente presente nello scenario di progetto, seguendo un criterio ragionevolmente cautelativo.

Tale approccio ha consentito di utilizzare dati sperimentali direttamente riferibili al materiale combustibile analizzato, evitando l’impiego di curve teoriche non rappresentative del comportamento reale del deposito.

Propagazione dell'incendio alle unità di stoccaggio adiacenti

Oltre all’innesco iniziale, è stata valutata anche la possibile propagazione dell’incendio alle unità di stoccaggio adiacenti aventi caratteristiche equivalenti. A tale scopo sono state considerate le condizioni di propagazione previste dal Codice di Prevenzione Incendi in termini di temperatura e irraggiamento termico, valutando quindi l’evoluzione dello scenario più gravoso compatibile con la configurazione reale.

Modellazione CFD con FDS: geometria dello stoccaggio e sonde virtuali sulla linea AT

La simulazione degli scenari di incendio è stata effettuata mediante modello di campo CFD utilizzando il software FDS (Fire Dynamics Simulator).

La geometria dello stoccaggio è stata ricostruita secondo la configurazione reale prevista a progetto, considerando la disposizione dei big bag, la posizione della linea elettrica e le caratteristiche geometriche del piazzale. In corrispondenza dei conduttori della linea aerea sono state inserite sonde virtuali per la misura della temperatura dei gas e dell’irraggiamento termico incidente, consentendo una valutazione quantitativa dell’esposizione del bersaglio.

...CONTINUA LA LETTURA DELL'ARTICOLO INTEGRALE SUL PDF.

Si ringrazia FSE Progetti per la gentile collaborazione

FAQ TECNICHE -Distanza antincendio da elettrodotti: un caso studio con FDS e CFD

Perché in questo caso non è stato possibile applicare direttamente una soluzione conforme per la distanza di separazione?

La soluzione conforme prevista dal Codice di Prevenzione Incendi non risultava applicabile a causa della particolare configurazione del sito: lo stoccaggio esterno di materiale combustibile era infatti localizzato in prossimità di una linea elettrica aerea ad alta tensione, con spazi disponibili insufficienti per garantire la distanza richiesta.

L’approccio prestazionale ha consentito di sostituire una valutazione basata esclusivamente su distanze geometriche con una verifica quantitativa degli effetti reali prodotti dall’incendio sul bersaglio sensibile.

Qual è il vantaggio dell’utilizzo della Fire Safety Engineering in presenza di una linea elettrica ad alta tensione?

Il principale vantaggio dell’approccio prestazionale è la possibilità di valutare direttamente il fenomeno fisico, verificando se l’incendio possa effettivamente compromettere il livello di sicurezza richiesto.

Nel caso analizzato, la modellazione CFD ha permesso di determinare temperatura e irraggiamento realmente incidenti sulla linea elettrica, dimostrando il rispetto delle soglie prestazionali senza dover ricorrere necessariamente all’allontanamento dello stoccaggio.

Come è stata definita la curva RHR utilizzata nella simulazione incendio?

La curva RHR (Heat Release Rate) è stata definita utilizzando dati sperimentali ottenuti mediante prove di laboratorio in scala reale su un campione rappresentativo dello stoccaggio. I risultati della prova sono stati successivamente adattati alla configurazione reale attraverso un processo di parametrizzazione basato sulle dimensioni effettive del materiale stoccato e sulla superficie esposta all’incendio.

Questo approccio consente di utilizzare una caratterizzazione del focolare maggiormente rappresentativa rispetto all’impiego di curve teoriche standard.

Quali parametri sono stati verificati per valutare l’effetto dell’incendio sulla linea elettrica?

La verifica è stata condotta considerando principalmente due parametri fisici: la temperatura raggiunta in corrispondenza dei conduttori e l’irraggiamento termico incidente sulla linea. I risultati della simulazione sono stati confrontati con specifiche soglie prestazionali definite in fase progettuale, valutando la possibilità che l’incendio potesse compromettere il comportamento in esercizio della linea elettrica.

Perché è stata effettuata anche una valutazione del rischio di scarica elettrica?

L’incendio non determina solamente un’esposizione termica della linea, ma può modificare anche le proprietà isolanti dell’aria circostante. L’aumento della temperatura e la presenza della fiamma possono infatti ridurre la rigidità dielettrica dell’aria, aumentando il rischio di scariche elettriche tra conduttori o verso terra.

Per questo motivo la verifica antincendio è stata integrata con una valutazione elettrotecnica basata sulle caratteristiche della linea e sulla geometria della fiamma ottenuta dalla simulazione CFD.

Come è stata valutata l’altezza raggiunta dalle fiamme nello scenario di incendio?

L’altezza della fiamma è stata determinata attraverso i risultati della simulazione CFD condotta con FDS. In particolare, sono state analizzate le zone del dominio caratterizzate da temperature dei gas superiori a 400 °C, considerate rappresentative della presenza della regione di combustione. La posizione della fiamma rispetto ai conduttori ha consentito successivamente di verificare le condizioni di mantenimento dell’isolamento elettrico.

Quali limitazioni gestionali sono necessarie dopo una valutazione prestazionale di questo tipo?

L’approccio prestazionale è valido esclusivamente rispetto alle condizioni assunte nella progettazione. Per questo motivo devono essere mantenute nel tempo specifiche condizioni relative a: tipologia e quantitativi massimi di materiale stoccato, geometria e disposizione dello stoccaggio, altezza massima di impilamento. Qualsiasi variazione significativa di questi parametri deve essere oggetto di una nuova valutazione degli effetti sulla sicurezza della linea elettrica.