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Algoritmi di localizzazione per scariche parziali in cavi e giunti

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Algoritmi di localizzazione per scariche parziali in cavi e giunti

Il programma di ricerca mira ad approfondire la comprensione dei fenomeni di scariche parziali all’interno dei giunti dei cavi in media e alta tensione. In particolare, oltre a correlare fisicamente i fenomeni di scarica interni al giunto con le misure accessibili dall’esterno, si mostreranno diverse tecniche algoritmiche in grado di localizzare con precisione i difetti all’interno del giunto stesso. Sulla base dei risultati ottenuti tramite i modelli e gli algoritmi, verrà analizzato un plausibile set-up sperimentale al fine di validare la metodologia proposta.

L’attività di ricerca descritta in questo rapporto di ricerca è volta all’incremento della resilienza e al miglioramento dell’affidabilità del sistema elettrico, con particolare riferimento alle linee di Trasmissione e Distribuzione in cavo.

La trasmissione e la distribuzione dell’energia elettrica sono oggi assicurate principalmente per mezzo di due distinti vettori, ossia line aeree e linee in cavo. Le prime, molto più diffuse, comportano lo svantaggio di un notevole impatto ambientale. Le seconde, di contro, permettono di trasmettere energia senza una sostanziale modifica del territorio, tuttavia presentano ulteriori criticità: ma su tutte è la vulnerabilità del cavo per effetto delle sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto. Uno degli elementi più critici all’interno di un sistema di connessione con cavo è rappresentato dalla connessione tra i cavi stessi, denominata “giunto”. Tale configurazione si rende necessaria in quanto non è possibile realizzare cavi con lunghezze superiori a certi valori sia per questioni costruttive che per problemi di installazione. La realizzazione dei giunti è un’operazione molto delicata ed è condotta in loco a cura di operai altamente qualificati. Dovendo spesso operare in ambienti angusti e caratterizzati dalla presenza di materiale polverulento, in molti casi la realizzazione di tali giunti presenta delle impurità e delle imperfezioni che portano, una volta energizzata la linea, ad un deterioramente più o meno rapido del materiale isolante.

La presenza di “difetti” è l’origine della nascita di micro scariche denominate Scariche Parziali (SP). Con il tempo tali scariche erodono il materiale isolante interposto tra l’anima conduttrice e lo schermo esterno metallico. Questa erosione prende il nome di “Treeing”. Una volta attraversato l’intero isolante il cavo subisce una scarica distruttiva che porta inevitabilmente alla messa fuori servizio della linea.

L’utilizzo delle attuali tecniche di diagnostica, che comprendono sia sensori che algoritmi, non consentono una localizzazione dei difetti né conseguentemente una loro evoluzione.

L’obiettivo del presente lavoro mira quindi ad una migliore e precisa localizzazione dei difetti all’interno di un giunto nonché alla ricostruzione della loro evoluzione nel tempo. Questo aspetto risulta cruciale per stimare lo “stato di salute” dei giunti con maggiore accuratezza al fine di prevenire guasti intempestivi e conseguentemente disservizi in linea.

Partendo dal modello fisico-matematico, totalmente analitico, sviluppato nel triennio precedente, vengono analizzati tre algoritmi di minimizzazione in grado di identificare, attraverso la misura di grandezze fisiche come cariche e correnti agli effetti esterni, le coordinate spaziali di un difetto in simmetrie cilindriche come quelle dei giunti. Tali algoritmi vengono poi messi a confronto al fine di valutarne i pregi e i difetti di ognuno. Al fine di valutare la robustezza e la bontà della metodologià è stata inoltre eseguita un’analisi di sensitività introducendo nei dati di partenza rumore artificiale.

Avvalendosi di tecniche numeriche quali l’analisi FEM, si sono infine estese tali metodologie a configurazioni tridimensionali complesse.

I risultati mostrano come tali modelli, uniti agli algoritmi di localizzazione, sono in grado di localizzare con elevata accuratezza la posizione radiale ed angolare dei difetti sede di SP all’interno dei giunti.

Inoltre consentono di rilevarne la loro evoluzione nel tempo, rendendo la stima dello stato di degrado del giunto molto precisa ed accurata. Tale metodologia consente inoltre di ricavare la vera carica generata durante i fenomeni di scarica a differenza dei metodi convenzionali che si basano su di un modello equivalente che porta alla definizione della così detta “carica apparente”.

La determinazione della vera carica elettrica coinvolta nel fenomeno è di fondamentale importanza, in quanto consente di stimare con buona precisione l’energia della scarica stessa e quindi l’impatto, fisico-chimico, di essa sul materiale polimerico. Rapporto 19012956 Pag. 6/39 L’intera attività ha dunque mostrato una notevole potenzialità applicativa in merito alla diagnostica predittiva dei fenomeni di invecchiamento e degrado all’interno dei giunti di cavi di media e alta tensione. L’obiettivo nel prossimo futuro è rappresentato dalla validazione sperimentale di questi risultati.

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