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Metodi e strumenti per la localizzazione di scariche parziali in dielettrici con geometrie assial-simmetriche

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Metodi e strumenti per la localizzazione di scariche parziali in dielettrici con geometrie assial-simmetriche

Il programma di ricerca mira ad approfondire la comprensione dei fenomeni di scariche parziali e della loro propagazione all’interno dei giunti dei cavi in media e alta tensione. Inizialmente sono analizzati gli algoritmi di localizzazione su di un simulacro con difetto noto. Sulla base delle misure e dei risultati sono sviluppati dei sensori basati su schede elettroniche per l’acquisizione e il trattamento dei segnali. Infine sono realizzati due giunti reali di media tensione in cui sono inglobati prototipi del sensore, denominato Nabla.

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 distinte tipologie di connessioni elettriche, ossia line aeree e linee in cavo. Le prime, molto più diffuse, in particolare in aree extraurbane, 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 in cavo è rappresentato dalla connessione tra i cavi stessi, denominata “giunto”. Tale configurazione si rende necessaria in quanto ogni cavo presenta una lunghezza finita 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 deterioramento più o meno rapido del materiale isolante.

La presenza di difetti è all’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 compromessa la tenuta dielettrica del materiale, 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 consente la localizzazione dei difetti né, conseguentemente, la previsione della 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 e conseguentemente disservizi in linea.

Inizialmente è stato prodotto un simulacro atto a riprodurre, in maniera semplificata ed in miniatura, un giunto, nel quale è stato inserito un prototipo di sensore progettato e sviluppato appositamente, denominato Nabla. All’interno del simulacro è stato inserito un difetto noto, al fine di generare delle scariche parziali. Tali scariche sono state acquisite ed analizzate mediante gli algoritmi di localizzazione precedentemente sviluppati al fine di identificare la sorgente di tali scariche.

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