Sviluppo di un prototipo e del software di gestione per diagnostica innovativa di componenti di cabine di distribuzione

Author(s):
D. Bartalesi - CESI
L. De Maria - CESI

Industry:
Research

Products:
CompactDAQ, LabVIEW, Sound and Vibration Toolkit

The Challenge:
Assemblaggio e controllo polifunzionale di un dispositivo innovativo e a basso costo per la diagnostica di componenti di cabine di distribuzione.

The Solution:
Sviluppo di un prototipo controllato in ambiente LabVIEW di National Instruments, basato sull’impiego di un’unità Compact DAQ e di sensori ottici a basso costo.

L’applicazione

L’affidabilità delle cabine di media tensione (MT) è di notevole importanza per garantire la continuità del servizio in una rete di distribuzione. I dati statistici sulle avarie della rete e sulla loro incidenza economica sulla sua gestione, indicano che i guasti sui componenti di cabina sono una delle principali cause di disservizio.
Fino ad oggi l’applicazione di sistemi di diagnostica e/o monitoraggio è stata impedita dagli elevati costi della tecnologia, non confrontabili con il basso costo dei componenti di cabine MT.

E’ stata perciò verificata la possibilità di assemblare un sistema con sensori innovativi e moduli di acquisizione e controllo a basso costo per rilevare la presenza di prescarica in aria all’interno di scomparti di manovra delle cabine.

Il rilievo della presenza e dell’entità di questi eventi di prescarica è un metodo efficace per valutare lo stato dell’isolamento di un componente e per decidere la strategia di intervento più adeguata e con minori implicazioni sul sistema elettrico.

Da qui la necessità di rilevare il loro innesco e di monitorarne l’evoluzione utilizzando tecniche sensibili ai diversi fenomeni associati alle prescariche in aria e cioè la generazione di luce, di onde sonore e la formazione di ozono. La contemporaneità delle rilevazioni è infatti un valido indicatore diagnostico per non incorrere in falsi allarmi con i relativi oneri di intervento in loco.

Hardware di controllo
La soluzione proposta è stata quella di un prototipo basato sulla combinazione di tre diverse tipologie di sensori, ciascuno in grado di rivelare uno degli eventi del prescarica. I sensori utilizzati sono trasduttori ottici per la misura dell’intensità dell’emissione luminosa, microfoni per il rilievo della pressione sonora e un sensore spettroscopico per l’ozono. Sono stati scelti sensori commerciali a basso costo e realizzati con tecnologia a fibra ottica per inerenti vantaggi di bassa invasività ed elevata immunità ai disturbi elettromagnetici.
Per garantire la simultaneità nell’acquisizione dei segnali ottici e acustici, che devono essere sincroni con la tensione di rete (50Hz), è stata utilizzata una periferica CompactDAQ, (NI-9172) equipaggiata rispettivamente con i moduli NI-9215 e NI-9233.
Per il campionamento dei segnali correlati a variazioni della concentrazione di ozono, che si manifestano con un andamento irregolare non sincrono con la tensione di rete, è stato utilizzato uno spettrometro compatto con connessione USB al PC notebook.

Software di gestione
La gestione di questo prototipo è stata sviluppata in LabVIEW, in ambiente Windows XP Professional. Nella parte di controllo dell’emissione acustica del prescarica sono state implementate alcune funzioni di NI Sound & Vibration Toolkit relative alla misura del livello di pressione sonora (SPL in dB).
Perché la soluzione fosse efficace e fornisse dei risultati “contemporanei” per i tre sensori, si è scelto di suddividere le tre tipologie di misura/visualizzazione/analisi e salvataggio dei dati su cicli “Timed-Loop” separati. Questo consente di gestire in parallelo e in maniera indipendente le singole funzioni di misura/visualizzazione/analisi e salvataggio di ciascun sensore.
Riguardo alle misure ottiche e microfoniche, per disporre di dati utilizzabili da ambedue le tipologie di misura, si è scelto di inserire la gestione dell’acquisizione dei segnali provenienti dal CompactDAQ all’interno di un ciclo “Timed-Loop”; questo al fine di controllare l’acquisizione e il sincronismo dei dati con i cicli di visualizzazione e di analisi. Per gestire il sincronismo tra i cicli è stato utilizzato l’oggetto “Notifier”.
Infine, per gestire in modo semplice ed efficace i “cluster di configurazione”, è stato utilizzato un ulteriore ciclo a bassa priorità con ricorso alla “Event Structure”.

Conclusioni
Il prototipo è stato assemblato sfruttando le caratteristiche di compattezza, di modularità della periferica CompactDAQ e dei moduli di acquisizione, il basso costo della stessa e dei sensori utilizzati
Il lavoro ha inoltre permesso di avvalersi delle seguenti potenzialità offerte da LabVIEW:
• Possibilità di interfacciamento con le tre diverse tipologie di sensori del prescarica in modo semplice tramite moduli o tramite driver LabVIEW dedicati (come nel caso dello spettrometro)
• Gestione efficiente dell’esecuzione parallela di più misure, e delle funzioni ad esse associate di configurazione/misura/visualizzazione/analisi e salvataggio dati grazie alla possibilità di definire differenti priorità per i diversi cicli a cui erano associate le varie misure.
• Disponibilità di un’interfaccia utente diretta, efficace e di semplice lettura dei parametri diagnostici (questo anche grazie all'impiego di funzioni dedicate del pacchetto Sound and Vibration Toolkit)

Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo di Programma tra CESIRICERCA ed il Ministero dello Sviluppo Economico - D.G.E.R.M. stipulato in data 21 giugno 2007 in ottemperanza del DL n.73, 18 giugno 2007.

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D. Bartalesi
CESI
Daniele.bartalesi@cesiricerca.it

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