Sistemi di gestione e di test impianti di generazione di impulsi di milioni di volt

Author(s):
D. Daloiso - SOFTWARE ENGINEERING
A. Sari - PASSIONI E VILLA

Industry:
Energy/Power

Products:
Compact FieldPoint, LabVIEW, FieldPoint, Modular Instruments

The Challenge:
In ambienti di prova molto perturbati da sommatorie di DISTURBI in ALTA TENSIONE: • Disporre di un unico organico SISTEMA DI COMANDO CONTROLLO E DI TEST insensibile ai disturbi elettromagnetici dovuti alle alte energie in gioco . Di conseguenza • Ripensare e realizzare un nuovo pacchetto di programmi applicativi con un tool di sviluppo potente ed evoluto in grado di gestire al meglio anche le nuove risorse.

The Solution:
L’adozione di NI LabVIEW, l’introduzione di sistemi intelligenti di I/O distribuito (NI FieldPoint, NI CompactFiedPoint), una attenzione particolare al dominio dei disturbi , l’uso di schede Digitizer come strumenti di acquisizione e di visualizzazione delle varie forme d’onda. Tutto ciò ha permesso la realizzazione di un prodotto tecnologicamente avanzato ed affidabile che si è affermato già al suo primo apparire sul mercato internazionale. La definizione del nuovo contesto hardware e sopratutto la completa riprogettazione del pacchetto denominato New Winsdac ( le cui dimensioni in formato eseguibile superano i 13 MB ! ) è avvenuta grazie alla stretta collaborazione tra Software Engineering e PASSONI &VILLA. Data la particolarità e la complessità dell’applicazione, i tempi di sviluppo e la successiva messa a punto hanno richiesto circa 2 anni.

Dal 1923 PASSONI &VILLA è nel mondo sinonimo di qualità e di competenza nel campo dell’High Voltage. Un riferimento di eccellenza che continua a esprimersi attraverso un’ampia gamma di prodotti speciali pertinenti i sistemi di trasmissione e di distribuzione di energia elettrica.
Si va dai singoli componenti (bushings, capacitor voltage transformer, current transformers, grading capacitor, power capacitor, etc.) sino a test equipment completi come gli attuali immensi impianti di generazione di impulsi (vedi Fig.1) in tensione (fino a 6000 KV) o in corrente (fino a 100 KA), ovvero generatori capaci di produrre sollecitazioni elettriche per l‘accertamento e lo studio della tenuta degli isolamenti in caso di eventi atmosferici ( quali fulminazioni) o di oscillazioni della tensione di linea.

Gli impianti di generazione PASSONI &VILLA sono caratterizzati da due famiglie di prodotti distinti (GTU e GTN) che insieme coprono un voltage range da 100 KV a 6000 KV e sono in grado di fornire una energy capacity da 2.5 a oltre i 480 kJ. La serie GTU genera tensioni fino a 2000 Kv con stage voltage di 100 kV mentre la serie GTN arriva fino a 6000 Kv con stage voltage di 200 kV. Le due famiglie si distinguono soprattutto per il sistema di regolazione/innesco dell’impulso ( che avviene sempre attraverso la carica e la scarica di condensatori ): la serie GTU adotta sfere di innesco (spark gaps) in aria libera, con una regolazione motorizzata delle loro distanze mentre nella serie GTN le sfere sono in un cilindro pressurizzato e la regolazione fine della distanza spinterometrica avviene variando la pressione dell’aria purificata ivi contenuta.
Utilizzatori principali degli impianti sono anzitutto i costruttori di “ materiale elettrico ” (quali trasformatori, isolatori, sezionatori, scaricatori,cavi ecc.) sia in MT e sia in AT. Altri importanti Clienti sono rappresentati dai Centri di Sviluppo e di Ricerca specializzati nelle prove di verifica dei comportamenti prestazionali dei materiali isolanti allorché sollecitati da una perturbazione costituita anche da più impulsi in serie. In breve, lo scopo di una prova ad impulso è quello di accertare, in sede di collaudo, che l’oggetto in prova, sottoposto ad una tensione di determinato valore e forma, lo sopporti senza danni ( prova di tenuta ) o dia luogo alla scarica ( prova di scarica ). Viceversa, in sede di Sviluppo e di Ricerca, determinare i valori delle tensioni di tenuta e di scarica per un determinato oggetto, procedendo a prove condotte per valori di tensioni crescenti.
Gli impulsi standardizzati più comuni che riproducono gli effetti sopra citati sono gli impulsi Lightning o di fulminazione, gli impulsi Switching o impulsi di manovra, gli Impulsi in corrente e quelli Steep Front. Ad esempio per quelli Lightning, in base a numerosi dati sperimentali raccolti sulle scariche atmosferiche, si è assunto internazionalmente come andamento tipico di queste sovratensioni quello di un transitorio singolo unidirezionale che sale rapidamente ad un valore massimo, nel tempo di circa 1 secondo e che poi decresce più lentamente, in modo da raggiungere l’emivalore in un tempo pari a circa 50 microsecondi. Queste sovratensioni possono assumere valori molto elevati dell’ordine dei milioni di volt.
Ogni impianto è gestito da un banco di comando in grado di realizzare un controllo semi automatico e automatico del sistema di test attraverso in particolare due macro sezioni operative: control panel unit & charging regulating Section, digital data acquisition and analysis System, che interagiscono con grandezze, trasduttori e attuatori di tipo elettrico, pneumatico e meccanico.

Ogni funzione dell’ impianto è sotto il controllo del pacchetto di Applicativi Winsdac.

Per problemi di spazio, qui ci limiteremo a menzionare sinteticamente le finestre/funzionalità dei singoli programmi che compongono il solo menù della modalità operativa “Acquisition and Control”.

-Finestra di Setup Single Step: Richiamo Creazione e Memorizzazione Setup; Attivazione canali Scheda Oscilloscopio ; Definizione del tipo di impulso da generare e relative impostazioni;

-Controllo Semiautomatico dell’impianto (vedi Fig.2): Messa in sicurezza e altri comandi; Regolazione distanza sfere; Procedura di Carica dei condensatori; Comandi e gestione Emergenze; Segnalazioni Anomalie; Monitor Esecuzione Impulsi; Stato di Avanzamento;

-Finestra di Setup Test Cycle: Costruzione sequenza di test;

-Controllo Automatico dell’impianto;

-Generator Config : Impostazioni numero di stadi serie/parallelo; Impostazioni Parametri per impulsi troncati ; Sincronizzazione istante di scarica; Abilitazione Calcolo & Presentazione parametri Impostazioni display scheda Oscilloscopio; Controlli Pass Fail;
-View : Acquisizione Memorizzazione Visualizzazione impulsi Calcolo & Presentazione parametri
(Valore di picco Vp; Frequenza di oscillazione f0; Vp Interpolata; Overshot o eta; Tempo di fronte T1 per Impulsi in corrente e in tensione ; Origine Virtuale O’; Velocità del fronte S; Tempo di cresta Tp Tempo all’emivalore di coda T2; Tempo di permanenza sopra il 90% T90; T0 per impulsi di tipo Switching; Tempo di troncatura Tc); Esito Controlli PASS FAIL;
-Review (vedi Fig.3): Rivedi Prova e Visualizzazione parametri ; Funzionalità ausiliarie;
-Analysis Funzioni Base Analysis Controlli Principali; Controlli funzione; Normalization;
Superimposition e Wave Difference; Smoothing Visualizzazione parametri; Cursori Marker e Controllo del grafico;
-Analysis Funzioni Advanced Analysis: Fourier Transform; Transfer Function;
-Analysis Funzioni Power & Energy: Calcolo Potenza e Rendimento;

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D. Daloiso
SOFTWARE ENGINEERING
Tel: 02/66802757
davide.daloiso@softenge.com

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