LCS

analisi stato isolatori linee aeree di alta tensione

La necessità

Le reti di trasmissione energia ad alta tensione sono soggette a vari fattori di degrado che possono ridurre le loro performance e caratteristiche, fino a poter produrre la messa fuori servizio di parti della rete stessa.
Uno dei fattori che può portare ad un degrado delle caratteristiche della rete è lo sporcamento (pollution) degli isolatori che fungono da elementi portanti per i cavi di alta tensione e contemporaneamente garantiscono il corretto isolamento delle linee elettriche dalla struttura dei pali/tralicci di elevazione e sostegno e quindi dal terreno.
Una recente ricerca svolta da un primario Ente specializzato in tematiche e studi per lo sviluppo e il miglioramento della resilienza delle reti elettriche cita quanto segue

La severità dell’inquinamento ambientale costituisce un elemento critico per la continuità della fornitura elettrica: elevati livelli di contaminazione superficiale, dovuti a depositi salini o di altri inquinanti (di natura industriale o agricola, per esempio), possono, in presenza di fenomeni di umidificazione, provocare scariche superficiali di isolatori di linee e stazioni, con conseguenti possibili interruzioni del servizio.La mitigazione degli effetti dell’inquinamento degli isolatori può essere conseguita sia mediante un adeguato dimensionamento delle catene di isolatori, sia utilizzando isolatori con caratteristiche di tenuta migliori, sia attraverso l’impiego di trattamenti superficiali di isolatori tradizionali, sia intervenendo con operazioni di pulizia. In questo ambito la possibilità di conoscere e prevedere le condizioni delle superfici isolanti consente un’efficace programmazione e scelta delle azioni suddette.”

Le operazioni di ripristino dopo un distacco elettrico causato da una perdita d’isolamento possono essere onerose in termini di tempo, dovendo ricercare ed identificare il punto di scarica ed intervenire sullo stesso (e sugli eventuali danni da esso subiti a causa della scarica superficiale) prima di poter rendere nuovamente operativa la linea.
Le ricerche in corso, di primario interesse degli operatori che trasportano energia, finalizzate ad individuare metodologie costruttive ed operative (manutenzione/pulizia mirata) che migliorino la resistenza della rete agli effetti dello sporcamento superficiale degli isolatori, hanno evidenziato la necessità di un sistema di monitoraggio attivo che tracci con continuità le grandezze, elettriche ed ambientali, significative per lo studio del fenomeno di sporcamento. Tale dispositivo potrà divenire un efficace sistema di monitoraggio in campo che consentirà l’esecuzione d’interventi di manutenzione mirati (pulizia tramite drone) che evitino il verificarsi di fenomeni di scarica improvvisi.
Le necessità espresse dal suddetto primario Ente di ricerca hanno portato iSEMAR alla definizione di un dispositivo IoT espressamente realizzato per questo tipo d’applicazione.

Le sfide progettuali

  • Rilevamento della corrente dispersa verso terra da un isolatore e relativi indicatori statistici (Picco medio e massimo, deviazione standard, RMS aggregato, minimo e massimo, conteggi a soglie…)
  • Misura corrente dispersa tramite TA apribile ad alta permeabilità (due differenti diametri) con larghezza di banda fino a 4kHz, da applicare sopra la campana dell’ultimo anello dell’isolatore monitorato
  • Rilevamento di temperatura ambiente, umidità relativa e punto di rugiada
  • Rilevamento presenza ed intensità pioggia
  • Misurazioni periodiche continue o controllabili da combinazione di soglie su parametri ambientali
  • Comunicazione radio bidirezionale in tecnologia LPWAN (NB-IoT e LoRaWAN)
  • Alimentazione da batteria ricaricabile integrata con elevata autonomia operativa (design ulta low-power)
  • Pannello solare integrato per ricarica batteria
  • Dimensioni e fissaggi adatti a molteplici tipologie di tralicci e pali
  • Elevata immunità ai forti campi elettrici e magnetici
  • Grado IP e protezione UV per utilizzo outdoor con ampio range di temperatura operativa
  • Piattaforma IoT per acquisizione, processing e storicizzazione dati e generazione allarmi e notifiche
  • Portale WEB dedicato per visualizzazione, esportazione ed analisi dati storici e real-time

La realizzazione

I dispositivi LCS01 sono dei sistemi IoT per il monitoraggio del livello di polluzione degli isolatori di linee elettriche di alta tensione. Il livello di polluzione è valutato misurando varie grandezze della corrente dispersa verso terra (picco, RMS, deviazione standard…) unitamente ad alcuni parametri ambientali chiave come la temperatura, l’umidità relativa, il punto di rugiada e l’intensità della pioggia. La correlazione della corrente dispersa con i valori ambientali corrispondenti consentono una più accurata e corretta valutazione delle reali condizioni di sporcamento dell’isolatore.

I dispositivi LCS01 si alimentano autonomamente tramite un piccolo pannello solare incorporato negli stessi, il pannello provvede anche alla ricarica della batteria integrata che, grazie ad un’implementazione ultra low-power, è grado di garantire fino a 60 giorni di funzionamento continuo anche in assenza di ricarica solare.


Tutti i dati raccolti sono periodicamente inviati ad un’applicazione iTHINGS dedicata utilizzando la connettività LPWAN integrata, di tipo NB-IoT (LCS01-N) o LoRaWAN (LCS01-L) e le opportune integrazioni con le corrispondenti piattaforme di rete.

L’applicazione WEB iTHINGS, disponibile in modalità IaaS, PaaS e SaaS, storicizza e visualizza tutti i dati ricevuti dei dispositivi, permettendone varie viste ed aggregazioni oltre a consentirne l’esportazione verso altri applicativi. La stessa applicazione iTHINGS consente inoltre il controllo remoto dei dispositivi permettendo il completo accesso a tutti i loro parametri di lavoro al fine di meglio adattarli alle reali necessità negli vari ambiti di monitoraggio.

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