In Nord America ci sono circa 150 milioni di pali elettrici in legno in esercizio. La loro integrità strutturale viene controllata con ispezioni intrusive ogni 8-12 anni, a seconda della zona di degrado. Con i moderni sensori wireless questi pali possono essere monitorati in continuo, per individuare quelli che potrebbero non reggere alla prossima tempesta.

Perché i pali cedono senza preavviso

Un palo in legno perde resistenza dove umidità e ossigeno entrano in contatto con il legno, da pochi centimetri sopra il piano campagna fino a circa 45 cm (18 pollici) sotto. In questo punto fragile del palo, la flessione dovuta al vento e al carico dei conduttori è massima.

Secondo la soglia NESC, adottata dal Bollettino RUS 1730B-121, un palo va sostituito quando la sua resistenza scende sotto i due terzi di quella richiesta all'installazione, o sotto i tre quarti in condizioni di vento estremo e carico di ghiaccio. Purtroppo questo non significa che sia facile stabilire quando un dato palo ha raggiunto quella condizione.

Le ispezioni spesso non riescono a identificare i pali da sostituire. Un'analisi Osmose su oltre 83.000 procedure di ispezione eseguite su 13.000 pali nel 2021 e 2022 ha rilevato che ispezione visiva, battitura con il martello e sondaggio con trapano hanno individuato solo dal 6 al 17 per cento dei pali che lo scavo completo ha poi scartato, sulle specie ad alburno spesso come il pino giallo del sud. Lo scavo parziale basato sulla condizione è arrivato al 70-75 per cento.

Inclinazione

Un palo di distribuzione sottoposto a un carico sbilanciato dei conduttori è leggermente inclinato dal giorno in cui viene posato, quindi l'inclinazione assoluta rispetto al giorno dell'installazione non dice nulla sulla salute e sulla stabilità complessiva del palo.

Ciò che conta è la velocità con cui il palo si sta inclinando, che spesso indica che il palo non è più abbastanza stabile per restare in esercizio. In altre parole, un palo inclinato di 1,5 gradi da dieci anni non è un problema, mentre un palo passato da 1,5 a 2,1 gradi negli ultimi tre mesi lo è.

Per capire se esiste un trend negativo, l'inclinazione generale del palo va separata da due segnali più ampi. Un palo in legno esposto al sole pieno si flette verso il lato fresco di un decimo di grado o più nell'arco di una giornata estiva e torna indietro di notte. Il vento aggiunge una deflessione quasi statica proporzionale al quadrato della velocità delle raffiche. Sono movimenti reversibili che vanno rimossi dal calcolo generale dell'inclinazione, perché non sono di per sé un segno di instabilità.

L'inclinometro di Move Solutions risolve rotazioni inferiori al milliradiante, circa 0,06 gradi, e riporta la temperatura con ogni lettura, così che la componente termica possa essere modellata e rimossa dal segnale di inclinazione.

Risposta dinamica

Un palo di distribuzione in legno lungo 40-45 piedi (12-14 metri) con i conduttori installati ha una frequenza fondamentale di flessione compresa all'incirca tra 1 e 3 Hz, più bassa per i pali più alti con conduttori e mensole più pesanti. Si tratta di una mensola incastrata nel terreno, quindi quella frequenza dipende dalla rigidezza del palo e da quella dell'infissione, e il degrado al piano campagna le riduce entrambe.

La frequenza scala con la radice quadrata della rigidezza, quindi una perdita del 10 per cento di rigidezza effettiva alla base produce un calo di circa il 5 per cento della frequenza fondamentale, da 2,0 Hz a 1,9 Hz su un palo tipico. Un accelerometro wireless lo rileva dal solo vento ambientale. Zhao et al., su Electronics (2019), hanno strumentato un traliccio da 110 kV con accelerometri MEMS e hanno osservato che sollevare una gamba di 5 mm, per simulare un cedimento della fondazione, ha abbassato il secondo, il terzo e il quarto modo di 0,47-0,75 Hz ciascuno.

Un vento di 2-5 m/s eccita in continuo i primi due modi di un palo. L'accelerometro DECKAXE-SHM campiona tra 40 e 640 Hz, e il Modal Analysis Tool di MyMove restituisce frequenza, smorzamento e forma modale da quella registrazione ambientale, senza eccitazione forzata in sito.

Lo smorzamento si muove in direzione opposta. Zhang et al. (2022), testando pali in pino giallo del sud in esercizio per una utility statunitense, hanno rilevato che il palo degradato mostrava uno smorzamento più alto su tutti i modi e uno spettro di frequenze modali compresso, coerente con una perdita di rigidezza. Una massa aggiunta (un nuovo trasformatore, un conduttore più pesante) abbassa la frequenza ma lascia lo smorzamento pressoché invariato, quindi smorzamento in aumento con frequenza in calo indica perdita di sezione e non un cambio di equipaggiamento.

Leggere insieme inclinazione e frequenza

Queste tre combinazioni tra inclinazione e frequenza coprono gran parte di ciò che può accadere a un palo:

• Inclinazione in crescita e frequenza in calo è il caso più problematico e porta al cedimento; è anche quello che l'ispezione visiva manca più spesso, perché un palo a 2 gradi non appare diverso da uno a 1,5.
• Inclinazione in crescita e frequenza stabile significa che qualcosa ha spostato il palo senza indebolirlo, tipicamente il gelo del terreno, l'assestamento del rinterro dopo scavi vicini o una variazione di tiro dei conduttori dopo lavori sulle campate adiacenti; merita un sopralluogo, ma non costituisce un'emergenza.
• Inclinazione stabile e frequenza in calo indica di solito un degrado interno prima che raggiunga il guscio esterno.

Naturalmente, una utility con 500.000 pali non ha bisogno di 500.000 sensori. I sensori servono nei distretti ad alto rischio incendio, sui crinali e sui tratti costieri dove il vento di progetto viene superato più spesso, sui pali che uno scavo parziale ha già segnalato come marginali e su quelli che alimentano ospedali o dorsali di comunicazione.

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