HVDM03
monitoraggio disconnettori ad alta tensione
La necessità
Una società internazionale leader nella produzione e commercializzazione di sistemi di disconnessione per sottostazioni elettriche di alta tensione ci ha espresso la necessità di un sistema di monitoraggio appositamente studiato per garantire il corretto funzionamento ed ottimizzare i processi di manutenzione preventiva dei loro dispositivi. Il sistema doveva essere in grado di monitorare alcuni parametri chiave dei dispositivi di disconnessione per alta tensione
- Temperatura di lavoro dei punti di contatto elettrico (coltelli/lamine/piastre/dischi…) per valutarne lo stato d’usura o ossidazione
- Posizione 3D assoluta nello spazio delle parti mobili ad azionamento meccanico per valutarne il corretto posizionamento statico nei normali stati operativi del disconnettore
- Corrente dispersa verso terra dagli isolatori della struttura portante per valutarne lo stato di usura e pulizia
Tali parametri sono considerati altamente rilevanti ai fini del corretto funzionamento dei dispositivi stessi e sono indicativi del loro stato operativo e dell’eventuale necessità d’interventi di manutenzione. Il sistema doveva essere costituito da parti di misura (temperature e posizione 3D) operanti al potenziale HV della linea monitorata (fino a 420kVac o 1,1MVdc) e da parti di misura (corrente dispersa verso terra dagli isolatori) ed interfacciamento operanti al potenziale di terra.
In questa configurazione d’uso era quindi strettamente necessario che le parti operanti al potenziale HV fossero in grado di funzionare pur immerse in forti campi elettrici e magnetici, che fossero alimentate in maniera autonoma da fonti energetiche operanti allo stesso potenziale elettrico HV e che le comunicazioni digitali fra le parti avvenissero in modalità completamente wireless e sicura. Le parti operanti al potenziale HV dovevano essere in grado d’alimentarsi tramite fonti di energy harvesting (magnetico o solare) ed immagazzinare energia al loro interno che ne permetta il funzionamento per un periodo prolungato anche in assenza della fonte primaria d’energia.
Tutti i dati raccolti dai sistemi di monitoraggio richiesti dovevano essere resi disponibili ai sistemi ed applicativi di controllo della sottostazione HV tramite interfacce standard che consentiranno anche l’aggiornamento di tutte le componenti del sistema ed il controllo della loro configurazione operativa. Oltre a questa integrazione nativa negli applicativi di controllo della sottostazione HV il sistema doveva anche poter essere gestito remotamente tramite un’applicazione WEB dedicata grazie ad un modulo di connettività WAN aggiuntivo in tecnologia cellulare.
Il sistema doveva permettere inoltre il controllo autonomo e programmabile di fino a cinque contatti a secco per attivazione allarmi/indicazioni locali in modalità stand-alone senza necessità d’interconnessione a sistemi di controllo esterni.
le sfide progettuali
- Rilevamento di temperature multiple con ampio range di misura (-50 / +200°C)
- Rilevamento angoli d’inclinazione dei tre assi rispetto al terreno (posizione assoluta 3D)
- Rilevamento grandezze ed indicatori statistici (RMS, Picco, StdDev) della corrente dispersa dagli isolatori
- Elevata immunità ai forti campi elettrici e magnetici ed agli effetti di possibili scariche elettriche impulsive
- Comunicazione radio bidirezionale e sicura delle parti a potenziale HV con le restanti parti del sistema
- Design ultra low-power con supporto energy harvesting magnetico e solare e storage energetico locale
- Dimensioni minime ed adattabili a tutta la gamma di disconnettori prodotti dal richiedente
- Supporto di sensori e linee (fasi elettriche) multiple per ogni sistema
- Integrazione nei sistemi/applicazioni della sottostazione HV
- Grado IP e protezione UV per utilizzo outdoor con ampio range di temperatura operativa
- Applicazione WEB dedicata per visualizzazione ed analisi dati e KPI storici e real-time
la realizzazione
Il sistema di monitoraggio HVDM03 per sezionatori HV è composto da una molteplicità di dispositivi che realizzano, in maniera altamente flessibile e scalabile, le funzionalità richieste dal cliente.
Un singolo sistema HVDM03 è pensato per il monitoraggio completo di un disconnettore HV trifase ed è composto dai seguenti elementi
- Fino a sei sensori HVDM03-S wireless in tecnologia BLE 5, posizionati sulle tre fasi del sezionatore ad alta tensione (fino a due sensori HVDM03-S per ogni fase) per rilevare le temperature dei contatti (fino a tre) mediante sonde esterne e la posizione sui tre assi delle barre del sezionatore mediante sensore MEMS integrato. Ogni sensore è alimentato autonomamente attraverso un circuito di harvesting che recupera energia da un pannello solare o da un trasformatore di corrente posto sulla connessione del conduttore di potenza afferente al sezionatore.
- Fino a tre sensori di corrente wired HVDM03-L (uno per ogni fase) che rilevano varie grandezze associate alla corrente di perdita verso terra dovuta alla pollution degli isolatori.
- Un modulo base HVDM03-B, installato su barra DIN all’interno dal quadro di controllo, che interagisce in modalità wireless con i sensori HVDM03-S ed in modalità RS485 con i sensori HVDM03-L, e rende disponibile l’accesso all’intero sistema alle applicazioni di controllo della sottostazione HV mediante interfacciamento RS485 ModbusRTU con funzionalità di slave/server. Il modulo base può inoltre controllare autonomamente fino a cinque contatti puliti (relè) per la segnalazione logica di condizioni d’allarme o d’attenzione configurabili.
Un singolo sistema HVDM03 applicato ad un disconnettore HV trifase, può quindi rilevare le temperature su un massimo di 18 punti (6 temperature per fase elettrica), le posizioni 3D di fino a sei organi mobili (2 posizioni 3D per fase elettrica) e i valori di corrente dispersa a terra di fino a 3 isolatori portanti.
Il modulo base HVDM03-B è il punto centrale del sistema e raccoglie i dati prodotti da tutti i dispositivi di misura ad esso associati per renderli poi disponibili su interfaccia standard RS485 ModbusRTU o tramite un’interfaccia WEB integrata accessibile mediante connessione WiFi.
Le interfacce di controllo del sistema HVDM03 consentono anche l’aggiornamento firmware di tutte le parti del sistema e la completa configurabilità di tutti i parametri di lavoro per la massima flessibilità d’utilizzo del sistema.
Un dispositivo opzionale HVDM-M consente inoltre il controllo e monitoraggio remoto di fino a quattro diversi sistemi HVDM03 completi tramite un’applicazione WEB dedicata disponibile in modalità IaaS, PaaS e SaaS.
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