Le motivazioni della ricerca si inseriscono nel contesto della già avviata transizione energetica e della trasformazione del parco di generazione dell'energia elettrica. Nella prospettiva di incremento della produzione da fonti rinnovabili capillarmente distribuite sul territorio, le linee di distribuzione dell'energia in media tensione hanno acquisito un ruolo più centrale nel garantire la qualità del servizio all'utente finale, peraltro oggetto di valutazione da parte dell'Autorità Regolatoria.
Le linee di trasmissione di alta tensione sono dotate di conduttori di guardia e di dispositivi di contenimento e protezione dagli effetti dovuti ad eventi di fulminazione atmosferica diretta o indiretta; soluzioni di analoga efficacia, che si vogliono investigare nell'ambito del progetto, si renderanno necessarie per quelle di distribuzione aeree in media tensione. La ricerca si concentrerà sul possibile equipaggiamento delle linee con conduttori di terra e/o con dispositivi non lineari di protezione basati su diverse disponibili tecnologie.
La prospettiva di avanzamento rispetto all'attuale stato dell'arte coinvolge due ambiti principali: l'ambito teorico e quello pratico. Entrambi gli aspetti concorrono alla proposta di soluzioni innovative per il miglioramento della performance di linee di distribuzione dell'energia elettrica in media tensione (MT) quando sollecitate da fenomeni di fulminazione diretta e indiretta; entrambi i fenomeni, infatti, concorrono all'insorgenza di guasti, pregiudicando la continuità e la qualità del servizio attraverso la propagazione di elevate sovratensioni indesiderate causate da fulminazione di un conduttore di fase o da accoppiamento con il campo elettromagnetico prodotto da attività ceraunica nelle aree limitrofe alla linea MT.
Dal punto di vista teorico, il progetto si propone di sviluppare modelli matematici adeguati per studi di carattere ingegneristico in forma di equazioni o sistemi di equazioni, lineari e non lineari per la caratterizzazione del comportamento elettrico di dispositivi di protezione a scarica per applicazioni di MT (di eventuale semplice estensione per dispositivi adatti ad applicazioni a diversi livelli di tensione, purché basati sulla stessa tecnologia). Un'adeguata caratterizzazione matematica, basata su opportune ipotesi semplificative di natura fisica e che includa l'influenza della messa a terra (terreni sfavorevoli ad alta resistività elettrica), consentirebbe l'integrazione dei suddetti dispositivi in codici FDTD (Finite Difference Time Domain), di natura esplicita o implicita, adottando un approccio di sistema.
Questi codici, in parte sviluppati, non verranno impiegati solamente per la soluzione delle equazioni delle onde nel dominio del tempo per lo studio della propagazione di onde di tensione e corrente lungo linee di trasmissione; a questa si affiancheranno la computazione di integrali convolutivi che consentano di tener conto nel dominio del tempo della dipendenza in frequenza delle perdite interne ai conduttori e di quelle nel terreno, e l'implementazione di boundary conditions non lineari e non omogeneamente distribuite lungo la linea, quali quelle legate alla simulazione dell'effetto corona o del comportamento non lineare degli scaricatori, connessi elettricamente a specifici nodi della linea. Pertanto, il processo di ottimizzazione delle scelte progettuali (in termini di definizione ottima dei gradi di libertà disponibili, come il numero di conduttori addizionali di terra, il posizionamento degli stessi, il numero di scaricatori installati per nodo trifase, lo schema di installazione, etc.), asservita alla soluzione delle equazioni descriventi il sistema complessivo, può delinearsi non immediato.
Dalla precedente considerazione discende l'innovazione anche dal punto di vista pratico: a partire da studi atti a valutare singolarmente l'efficacia di scaricatori (ad ossidi metallici o a scarica in aria) e di conduttori di terra nel limitare gli effetti causati da fulminazioni dirette e indirette, si mira ad investigare soluzioni alternative che possano prevedere l'integrazione di diverse tecnologie (scaricatori e funi in modo congiunto), o schemi particolari di connessione di tali dispositivi (ad esempio prevedendo la permutazione periodica della fase protetta tramite dispositivo a scarica, o la permutazione periodica di coppie di fasi protette). Attenzione particolare dovrà essere rivolta ai limiti di tenuta di tali dispositivi non lineari, soprattutto di natura termica, legati alla capacità di smaltimento del calore da parte del singolo scaricatore a causa delle elevate correnti di scarica; di conseguenza, le possibili soluzioni dovranno essere subordinate alle caratteristiche tecniche dei dispositivi sul mercato (limiti in corrente, tensione massima applicabile, tensione di esercizio continuativa, etc.). Le indagini che verranno condotte potranno rivestire importanza anche presso società di distribuzione, indirizzando progetti di possibili upgrade di linee aeree esistenti di rilevanza strategica o site in aree geografiche ad intensa attività atmosferica.