BE CALC

Il software BE CALC nasce per sostituire i due software BCALC ed ELF2, comprendendo le funzionalità di entrambi ed aggiungendone delle nuove.
Lo Studio Tecnico, nonostante abbia realizzato anche un evoluto software con codice tridimensionale (denominato SELF3D) per il calcolo a bassa frequenza, ha voluto egualmente investire in un nuovo software più semplice, con codice 2D, come BE CALC, per una serie di motivi:

  • I software con codice 2D sono ancor oggi ampiamente utilizzati, sia dagli enti di controllo che da Studi ed Aziende che offrono consulenza in questo settore
  • In una grande varietà di situazioni, un software con codice 2D è ritenuto sufficiente nel determinare il modello di valutazione
  • BE CALC è, a mio avviso, un tool ideale per chi si appresta ad entrare nel settore dell'analisi previsionale a bassa frequenza
  • Anche per chi sia in possesso di un tool molto più evoluto, come SELF3D, il possesso di BE CALC rappresenta comunque una comodità sia per una prima analisi veloce della situazione, sia perchè si ha accesso in modo rapido ad alcune utility di calcolo

    La home di BE CALC è di seguito rappresentata:



    Figura 1: Pagina principale di BE CALC




    DImensionamento del Progetto dei Conduttori



    Nella Home BE CALC permette di dimensionare i conduttori che fanno parte di un progetto da simulare. Quindi, il progetto appena definito può essere salvato, e, se del caso, richiamato nel momento in cui se ne presenti la necessità utilizzando i tasti "salva progetto" e "carica progetto". Nell'inserimento dei parametri vengono richiesti sia i parametri di corrente (necessari al calcolo dell'induzione magnetica), sia quelli di tensione ed il raggio conduttori (necessari al calcolo del campo elettrico). E' chiaro che, nel caso si sia interessati alla sola induzione magnetica, non serve indicare i parametri associati al campo elettrico, e viceversa. Inoltre vanno inserite le coordinate dei conduttori di fase e, nel solo caso di campo elettrico, anche quelle delle funi di guardia. Nel dimensionare le coordinate dei conduttori di deve scegliere la posizione di una sistema di riferimento, rispetto al quale saranno definite anche le coordinate del punto di calcolo (simulazione in un punto) e le coordinate che delimitano il piano di simulazione (simulazione su un piano). Questo sistema di riferimento giacerà su un piano ortogonale all'asse longitudinale dell'elettrodotto e avrà generalmente un origine posta a livello del terreno.

    Una visualizzazione di questo piano, che d'ora in poi chiameremo "piano verticale normale" è presente nella figura seguente:



    Figura 2: Posizionamento del sistema di riferimento in BE CALC




    La scelta di far giacere il sistema di riferimento sul terreno è opzionale nel caso si desideri effettuare sole simulazioni del campo magnetico, mentre è un obbligo nel caso di campo elettrico. Questo perchè il modello utilizzato nella CEI 211-4 (e quindi in BE CALC) effettua il calcolo del Campo Elettrico utilizzando i conduttori immagine, ossia disposti specularmente (rispetto al terreno ad ordinata zero) a quelli reali. Ne consegue che non ponendo il sistema di riferimento ad altezza del terreno crea una diversa distanza tra i conduttori immagine e reali, e, pertanto, un modello non corretto nella valutazione del Campo Elettrico.

    Nel caso in cui, invece, si conoscano le coordinate dei conduttori in corrispondenza del traliccio (sempre su un piano verticale ortogonale all'asse longitudinale dell'elettrodotto), è possibile ricavare le coordinate su una sezione posta ad una arbitraria distanza dal traliccio stesso considerando il parametro di posa della catenaria. A questa funzionalità si accede selezionando il pulsante "calcola su una sezione della catenaria", ottenendo l'apertura della seguente finestra:



    Figura 3: Calcolo delle coordinate dei conduttori su una sezione della Catenaria.




    Selezionando invece la finestra "Modifica ascissa e ordinata dei conduttori del Progetto" si apre la seguente schermata:



    Figura 4: Modifica l'ascissa e l'ordinata dei conduttori.




    Questa finestra permette di modificare le coordinate dei conduttori del Progetto secondo tre modalità:

  • la prima è relativa all'esistenza di un angolo alfa, come visibile a sinistra, in una vista dall'alto, nell'immagine sopra. Alfa rappresenta l'angolo formatesi tra il piano verticale ove giace il traliccio (rombo in celeste), e il piano verticale ortogonale all'asse dell'elettrodotto (rettangolo in blu chiaro) che rappresenta il piano di simulazione (nel caso in cui si scelga di effettuare una simulazione in corrispondenza del traliccio). Le distanze orizzontali tra i conduttori su piano di simulazione sono ridotte rispetto a quelle presenti sul traliccio, a meno che le due campate consecutive su cui il traliccio è intestato non presentino angolo di deviazione. Quindi, utilizzando questa utility, e conoscendo l'angolo alfa, si può passare dalle coordinate dei conduttori sul piano (celeste) del traliccio, alle coordinate dei conduttori sul piano di simulazione (blu chiaro) ortogonale all'asse longitudinale dell'elettrodotto.
  • La seconda parte di questa utility permette, in un solo colpo, di aggiungere (o di togliere) una certa quantità Delta a tutte le ordinate dei conduttori. Si è voluto inserire questa funzionalità perchè spesso ci si può trovare ad avere dimensionato (e salvato) un progetto di conduttori (ad esempio quelli di una terna a bandiera) che può essere utilizzato anche in lavori successivi a meno dell'altezza da terra (generalmente variabile). Pertanto, introducendo questo Delta sull'ordinata si può utilizzare un traliccio precedentemente dimensionato per il proprio caso specifico.
  • La terza modalità di modifica dei parametri dei conduttori del progetto (presente a destra nella finestra) ha significato solo quando si è interessati alla simulazione del Campo Elettrico. Essa permette di modificare ascissa e ordinata dei conduttori per tener conto di una eventuale inclinazione del suolo lungo il piano di simulazione. Infatti, una inclinazione del suolo implica una diversa posizione dei conduttori immagine, essendo quest'ultimi una riproduzione speculare di quelli reali, con proprio il suolo facente funzione di asse di "ribaltamento". E' sufficiente inserire l'angolo Beta per fare in modo che BE Calc applichi la trasformazione di coordinate necessaria.




    Effettuazioni delle Simulazioni



    Una volta inserito il Progetto di Conduttori si può passare alla simulazione del campo elettrico o dell'induzione magnetica. Per effettuare la simulazione in un punto di entrambi i campi è sufficiente inserire, nel riquadro in basso a destra della finestra principale, le coordinate del punto di calcolo e la scelta magnetico/elettrico. Il valore simulato verrà restituito sia come valore totale che come valore nelle componenti X ed Y.



    Figura 5: Calcolo del Campo Elettrico in un punto (riquadro a destra)




    Per la simulazione su un piano verticale si ricorre alle finestre dedicate al campo magnetico, come di seguito:



    Figura 6: Calcolo del Campo Elettrico in un punto (riquadro a destra)




    ed al campo elettrico, come di seguito visualizzato:



    Figura 7: Calcolo del Campo Elettrico in un punto (riquadro a destra)




    Per effettuare la simulazione su un piano è sufficiente dimensionare il piano di simulazione inserendo ascissa ed ordinata minima e massima, scegliere la risoluzione di calcolo (inserendo, ad esempio, il valore 200, BE CALC effettuerà il calcolo su una matrice di 200 x 200 = 40.000 punti). Terminato il calcolo in BE CALC è possibile osservare i risultati in un file di testo, sia sotto forma di listato, sia sotto forma di matrice di punti.
    Oltre ad osservare i dati in un file di testo BE CALC dispone di un potente visualizzatore grafico interno che permette la visualizzazione dei risultati come mappe colorate ed isolinee. Nella figura seguente vediamo il risultato della simulazione ottenuto come campo elettrico di un elettrodotto a doppia terna:



    Figura 8: Mappa colorata del Campo Elettrico generato da un elettrodotto a doppia terna con isolinea a 1,5kV/m




    Nella figura seguente, invece, vediamo il risultato della simulazione ottenuto come campo magnetico di un elettrodotto a semplice terna:



    Figura 9: Mappa colorata del Campo Magnetico generato da un elettrodotto a terna semplice con isolinea a 5 micro T




    Oltre che su una sezione verticale, la simulazione dell'induzione magnetica può essere effettuata anche su un piano orizzontale, sfruttando la funzionalità disponibile nella seguente finestra:



    Figura 10: Finestra dedicata alla simulazione dell'induzione magnetica su un piano orizzontale.




    In questo caso BE CALC effettua, in base al parametri forniti, il calcolo automatico delle coordinate che i conduttori assumono nello sviluppo della catenaria lungo la campata, dal traliccio 1 a quello 2. Ad esempio, nel caso di un traliccio a doppia terna (non ottimizzata) abbiamo una mappa colorata dell'induzione magnetico (con isolinea a 10 micro T) come quella mostrata in figura:



    Figura 11: Mappa colorata del Campo Magnetico generato su un piano orizzontale da un elettrodotto a doppia terna con isolinea a 10 micro T




    Le possibilità di output di BE CALC non si esauriscono con i file di testo, con le mappe colorate ed isolinee del visualizzatore interno. BE CALC offre la possibilità di visualizzare sia le isolinee sul piano verticale, sia quelle sul piano orizzontale, in un ambiente CAD in grado di leggere file di tipo .FAS (ad esempio autocad full). Infatti, in bundle con BE CALC viene fornito uno script denominato BECALC.fas che permette di visualizzare direttamente in CAD le isolinee generate dallo stesso BE CALC, secondo lo schema seguente:




    Figura 12: Utilizzo dello script BECALC.fas per la visualizzazione in CAD delle isolinee generate.




    Nella figura seguente vediamo, visualizzata in ambiente CAD, una isolinea dell'induzione magnetica sul piano verticale associata a tre conduttori disposti alla stessa altezza.




    Figura 13: Visualizzazione isolinee in CAD permessa dallo script BECALC.fas




    Inoltre, con riferimento alla simulazione sul piano orizzontale, BE CALC offre altresì la possibilità di georiferire le isolinee appena simulate. Agendo infatti sul pulsante "GEO REF" presente a destra, nella parte bassa della finestra di simulazione su un piano, si ottiene l'apertura della finestra di georeferimento seguente:



    Figura 14: Finestra dedicata al georeferimento della simulazione dell'induzione magnetica su un piano orizzontale.




    Inserendo le coordinate geografiche/cartografiche del primo traliccio, quelle del secondo (o di un punto giacente sull'asse dell'elettrodotto, BE CALC applica una matrice di rototraslazione all'isolinea, trasportandola dalle coordinate locali iniziali alle coordinate geografiche/cartografiche effettive. Oltre a questo viene generato il file raw associato per la visualizzazione in un ambiente CAD, tramite lo script BECALC.fas testè menzionato, dell'isolinea appena georiferita.


    Proiezione dell'Isolinea



    La proiezione dell'isolinea permette il calcolo della DPA (Distanza di Prima Approssimazione) ossia di una fascia di terreno dove, ad una prima analisi semplificata, non è possibile erigere nuovi edificati (o cambiarne destinazione d'uso) nelle vicinanze di elettrodotti esistenti, oppure, costruire nuovi elettrodotti in prossimità di edifici esistenti. La finestra dedicata a questa funzionalità è di seguito rappresentata:



    Figura 15: Finestra dedicata alla proiezione dell'isolinea dell'Induzione Magnetica




    Nella parte sinistra della finestra, inserendo il valore dell'inolinea in micro Tesla (ad esempio il valore di 3 che identifica l'induzione delineante la fascia di rispetto), ed agendo sul pulsante "Calcola Proiezione dell'Isolinea", si ottiene il valore della proiezione sia a destra che a sinistra dell'asse verticale scelto nel dimensionamento dei conduttori (che in genere coinciderà con l'asse del traliccio). Inoltre verrà indicata la posizione orizzontale del baricentro dei conduttori (sempre rispetto all'sse di cui sopra) e la posizione relativa delle proiezioni rispetto al baricentro.

    Nella parte sinistra di questa finestra di calcolo si effettua sempre il calcolo della proiezione dell'isolinea ma, in aggiunta, si ha la possibilità di impostare l'angolo Alfa visto in precedenza, ossia l'angolo Alfa tra il piano del traliccio ed il piano verticale ortogonale all'asse longitudinale dell'elettrodotto. All'aumentare dell'angolo Alfa c'è un ravvicinamento dei conduttori, considerati sul piano verticale, ortogonale all'asse longitudinale dell'elettrodotto, rispetto al piano del traliccio e, pertanto, una diminuizione dell'induzione magnetica generata e, in ultima analisi, una diminuizione della fascia di rispetto.
    E' possibile quindi impostare un intervallo di variazione dell'angolo Alfa lungo il quale effettuare il calcolo, impostare un dato valore fisso di Alfa e, quindi, ottenere un grafico come quello qui visualizzato:



    Figura 16: Proiezione dx / sx dell'isolinea la variare di alfa. In sovrapposizione la retta Y=alfa




    in cui si osserva la variazione delle proiezioni dell'isolinea destra e sinistra al variare di Alfa, sovrapposta alla retta individuata dal valore fisso di alfa precedentemente impostato. Grazie al fatto che il visualizzatore mostra le coordinate associate al puntatore del mouse, la retta permette di valutare visualmente (per la valutazione numerica si può aprire il file di testo generato) l'intersezione del fissato valore di alfa con le proiezioni destra e sinistra dell'isolinea.
    Nel grafico è possibile apprezzare il fatto che l'estensione della proiezione dell'isolinea diminuisca all'aumentare di alfa e, inoltre, una assenza di linearità della proiezione in funzione dell'angolo alfa.


    Utility di calcolo: PCSN



    BE CALC presenta tre utility di calcolo. Una di esse è quella dedicata al calcolo della PCSN (Portata in Corrente in Servizio Normale). Questa è una corrente, che può essere mantenuta anche per il 100% del tempo, individuata sino ad oggi (2013) dalla Normativa e Legislazione per la definizione delle fasce di rispetto.
    Un immagine della finestra demandata a questa funzionalità, tra l'altro autoesplicativa nella comunicazione dei parametri necessari e forniti, è di seguito presentata:



    Figura 17: Utility per il calcolo della Portata in Corrente in Servizio Normale (PCSN)





    Utility di calcolo: Raggio Conduttori a Fascio



    Questa utility permette il calcolo del raggio equivalente di un insieme di conduttori disposti a fascio. La necessità del calcolo del raggio dei conduttori è peraltro presente solo per il calcolo del Campo elettrico. La finestra dedicata, anch'essa autoesplicativa è mostrata di seguito:



    Figura 18: Utility per il calcolo del Raggio Equivalente di Conduttori a Fascio.





    Utility di calcolo: Calcolo approssimato Induzione Magnetica generata da Conduttori Elicordati



    Questa utility permette il calcolo approssimato dell'Induzione magnetica nel caso di conduttori disposti in configurazione di terna elicordata. Per un calcolo preciso, in questi casi, è possibile ricorrere a SELF3D , oppure ad HELMAG (il quale introduce anche alcune opzioni cautelative, nello spirito di questo tipo di valutazione).
    La finestra dedicata è mostrata di seguito:



    Figura 19: Utility per il calcolo dell'induzione magnetica in presenza di conduttori elicordati.





    L'algoritmo utilizzato da BE Calc, definito approssimato, puo considerarsi molto preciso quanto viene rispettata la condizione R << P < D, dove R è il raggio dell'Elica, P è il passo e D è la distanza di valutazione dal centro elica. In pratica la condizione R << P è sempre verificata. Detto questo, anche nel caso in la condizione P < D non sia strettamente verificata, il codice utilizzato fornisce comunque una buona approssimazione e, infatti, viene spesso utilizzato in questi casi.