Come scegliere un sistema di monitoraggio della linea locale del trasformatore? Confronto tra soluzioni a ultrasuoni, HF e UHF

• metodo a ultrasuoni: Localizza il punto di scarica rilevando i segnali ultrasonici (20 kHz-300 kHz) generati dalle scariche parziali. Il sensore è installato sulla parete esterna del serbatoio ed è sensibile alle scariche interne, mentre presenta una sensibilità inferiore alle scariche a corona.
• metodo della corrente ad alta frequenza: Rileva le correnti di scarica parziale (30 kHz-30 MHz) tramite un trasformatore di corrente ad alta frequenza montato sul cavo di terra; offre la massima sensibilità ed è in grado di rilevare anche i segnali di scarica parziale più deboli
• Metodo UHF: Utilizza antenne o sonde per ricevere le onde elettromagnetiche delle scariche parziali (300 MHz-3 GHz); offre la massima resistenza alle interferenze ed è ideale per le stazioni di trasformazione in ambienti con forte campo elettromagnetico
• Fusione multisensore: Ciascuno dei tre metodi ha i propri punti di forza: gli ultrasuoni eccellono nella localizzazione, le correnti ad alta frequenza nella sensibilità e le frequenze ultra-alte nella resistenza alle interferenze; la soluzione combinata copre il maggior numero di scenari

1. Principi e caratteristiche dei tre metodi di analisi

2. Suggerimenti per la scelta in base al contesto

2.1 Soluzione a sensore singolo: un'opzione economica per chi è alle prime armi

Se il budget è limitato e sono richieste solo funzioni di base di allarme per le scariche parziali, la soluzione con sensore a ultrasuoni singolo rappresenta l'opzione più semplice. L'installazione è estremamente agevole: è sufficiente applicare il sensore direttamente sulla parete del serbatoio. È adatta al monitoraggio di base dei trasformatori di distribuzione fino a 35 kV. I limiti risiedono nella scarsa sensibilità alle scariche a corona e nell'incapacità di distinguere i diversi tipi di scarica.

2.2 Soluzione a doppio sensore: la scelta più conveniente

La combinazione di sensori a ultrasuoni e a corrente ad alta frequenza è la più comunemente utilizzata. Il sensore a corrente ad alta frequenza garantisce un'elevata sensibilità di rilevamento, mentre il sensore a ultrasuoni fornisce un riferimento per la localizzazione delle scariche. I due sensori sono complementari e coprono sostanzialmente tutti i tipi di scariche parziali più comuni nei trasformatori. Sono adatti alle esigenze di monitoraggio delle scariche parziali nei trasformatori principali delle sottostazioni urbane da 110 kV.

2.3 Soluzione con fusione di tre sensori — Configurazione di punta

La soluzione tripla che combina ultrasuoni, corrente ad alta frequenza e ultraalta frequenza rappresenta la configurazione di punta per il monitoraggio delle scariche parziali. I segnali dei tre sensori vengono analizzati e integrati nell'unità diagnostica: la corrente ad alta frequenza cattura i segnali deboli, gli ultrasuoni aiutano nella localizzazione e le microonde filtrano le interferenze ambientali. Adatto a sottostazioni di snodo da 220 kV e oltre e alle applicazioni con i requisiti più elevati in materia di monitoraggio delle scariche parziali.

3. Il valore della fusione multisensore

L'uso di più sensori non consiste semplicemente nella visualizzazione parallela dei dati, ma risiede nella loro fusione: quando due o più sensori rilevano segnali di scariche parziali nello stesso intervallo di tempo, è possibile aumentare notevolmente l'affidabilità del segnale ed escludere i falsi allarmi generati da un singolo sensore. Allo stesso tempo, la sensibilità dei diversi sensori ai diversi tipi di scariche è complementare: gli ultrasuoni sono sensibili alle scariche interne nei vuoti d'aria, le correnti ad alta frequenza sono sensibili alle correnti impulsive nei circuiti di terra, mentre le frequenze ultra-alte sono sensibili alle scariche precursori dell'arco ad alta energia.

L'algoritmo diagnostico integrato combina le caratteristiche dei segnali provenienti dai tre sensori, fornendo una diagnosi più accurata e completa rispetto a quella ottenibile con un singolo sensore: questo è il valore fondamentale della soluzione multisensore.

4. Domande frequenti

4.1 Domanda: Quale delle tre soluzioni di sensori è la più adatta per i trasformatori obsoleti?

Risposta: L'isolamento dei trasformatori obsoleti è ormai compromesso, con un rischio maggiore di scariche parziali. Si consiglia di adottare almeno una soluzione a doppio sensore che combini ultrasuoni e corrente ad alta frequenza: l'elevata sensibilità della corrente ad alta frequenza nel rilevare i segnali di scarica parziale garantisce un allarme tempestivo. Se il budget lo consente, la soluzione "tre in uno" offre un livello di sicurezza ancora maggiore.

4.2 Domanda: I sensori a ultrasuoni richiedono l'uso di un agente di accoppiamento?

Risposta: Durante l'installazione è necessario applicare un agente di accoppiamento specifico per eliminare lo spazio d'aria tra il sensore e la parete del serbatoio, garantendo così un buon accoppiamento acustico. Alcuni sistemi prevedono un montaggio a fissaggio magnetico; in questi casi, l'agente di accoppiamento è già applicato sulla superficie di contatto del sensore ed è pronto all'uso.

4.3 Domanda: I sensori a microonde e quelli a ultrasuoni sono intercambiabili?

Risposta: No. I principi fisici alla base dei due sistemi sono completamente diversi: essi rilevano segnali fisici distinti generati dalle scariche parziali (onde elettromagnetiche contro onde sonore) e le bande di frequenza coperte non si sovrappongono. In ambienti con forti interferenze elettromagnetiche, i vantaggi offerti dalle UHF in termini di resistenza alle interferenze sono insostituibili; per quanto riguarda la localizzazione delle scariche parziali, anche i vantaggi offerti dagli ultrasuoni in termini di precisione sono insostituibili.

4.4 Domanda: Qual è la posizione più indicata per l'installazione di un sensore di corrente ad alta frequenza?

Risposta: Di solito vengono installati sul cavo di messa a terra del nucleo del trasformatore, sul cavo di messa a terra dei morsetti o sul cavo di messa a terra del punto neutro. Poiché i segnali di scariche parziali rilevati in posizioni diverse provengono da fonti diverse, i sistemi multicanale consentono di installare sensori in più punti contemporaneamente, aiutando a determinare la direzione della fonte delle scariche grazie alla differenza di tempo di arrivo dei segnali.

4.5 Domanda: È necessario scegliere il sistema con il maggior numero di canali?

Risposta: Il numero di canali determina quanti sensori possono essere collegati contemporaneamente. Un sistema a 4 canali è già in grado di soddisfare le esigenze della maggior parte dei trasformatori principali da 110 kV (ad esempio, 2 sensori a ultrasuoni + 2 sensori ad alta frequenza). I sistemi a 6 canali sono adatti a trasformatori di grandi dimensioni da 220 kV o superiori, oppure a scenari che richiedono il monitoraggio di più posizioni. È sufficiente trovare un equilibrio tra le specifiche tecniche e il budget; non è detto che più canali siano meglio.

5. Sintesi

La scelta del modello deve partire dalle esigenze: se la priorità è la capacità di localizzazione, optare per gli ultrasuoni; se la priorità è la sensibilità, optare per le correnti ad alta frequenza; se la priorità è l'immunità alle interferenze, optare per le frequenze ultra-alte. La combinazione di due sensori soddisfa la maggior parte delle esigenze, mentre la fusione di tre sensori offre la protezione più completa.

Esclusione di responsabilità: il contenuto di questo articolo è solo per scambi e riferimenti tecnici e non costituisce alcuna forma di impegno di approvvigionamento o offerta di contratto. I parametri tecnici del prodotto, la configurazione e il prezzo del contratto effettivo e dell'accordo tecnico prevalgono. I dati tecnici e i casi trattati in questo articolo provengono da informazioni pubbliche e dalla pratica ingegneristica, se aggiornati senza preavviso.

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