Resilienza di una rete di distribuzione MT alle "ondate di calore"

The increasing frequency, duration and intensity of climate extreme events caused by climate change imposes the necessity to deepen the issue of the electric grid resilience. The following thesis proposes a mathematical method with the aim to evaluate the resilience of the distribution electrical grid towards the climatic phenomenon of growing importance “heat waves”. In recent years, indeed, during these periods a fault incidence higher than twice with respect to ordinary periods is encountered. The interested components are cables and joints, due to thermal degradation of their insulation layer. Due to the fault exact position unpredictability, a statistical approach is used. The thermal behaviour of the cable lines is modeled through an electrical-thermal equivalent, the thermal aging of the cable insulation is quantified through the Arrhenius’ law and the fault occurrence risk is evaluated with a statistical approach based on the Weibull distribution. Thanks to the results of the aforementioned models the resilience indexes are then evaluated for the specific area of interest. These indexes are useful both for assessing the grid resilience level and to evaluate the beneficial impact of possible enhancement interventions. Thus, the way renovation actions, proposed by the major distribution system operators, act on the resilience level of the grid is deepened through numerical analysis. Finally, the whole model is applied to a real grid case to get feedback with respect to the previous theoretical analysis. The versatility of the exploited model allows its applicability to any electrical distribution grid affected by the “heat waves” phenomenon since it can be adapted to the specific features of the grid to be analysed.

L’aumento di frequenza, durata e intensità di fenomeni climatici estremi a causa del cambiamento climatico impone la necessità di approfondire il concetto di resilienza della rete elettrica. Il presente lavoro di tesi propone un metodo matematico finalizzato a quantificare lo stato di resilienza di una rete elettrica di distribuzione a fronte del fenomeno sempre più rilevante delle “ondate di calore”. Negli ultimi anni, infatti, nei periodi interessati da questo fenomeno si è riscontrata sulle reti MT in cavo un’incidenza di guasti più che doppia rispetto a condizioni ordinarie di esercizio. I componenti interessati sono cavi e giunti per via della degradazione termica del materiale isolante che li caratterizza. Vista l’impossibilità di prevedere l’esatta posizione del guasto dovuto alle “ondate di calore”, si utilizza un approccio statistico. Si modellizza il comportamento termico del conduttore tramite un equivalente elettrico-termico, si quantifica l’invecchiamento del materiale isolante che caratterizza il cavo tramite l’equazione di Arrhenius e si stabilisce la probabilità di accadimento di guasto tramite un approccio affidabilistico basato sulla distribuzione di Weibull. Sfruttando i risultati forniti dai modelli sopra citati, si calcolano gli indici di resilienza per le porzioni di rete di interesse. Tali indici si rivelano utili non solo per definire la resilienza di una rete di distribuzione MT ma anche per quantificare l’efficacia di possibili interventi di potenziamento. Si analizza quindi come gli interventi correttivi proposti dalle principali società di distribuzione agiscano nel migliorare il livello di resilienza di rete. Il modello viene infine applicato ad una rete reale per ottenere un riscontro di quanto precedentemente studiato in teoria. La versatilità del modello proposto ne permette l’applicabilità a qualsiasi rete di distribuzione interessata dal fenomeno ambientale “ondate di calore”, potendo essere adattato alle specifiche condizioni della rete che si desidera analizzare.