Soluzione ottimizzata per la manutenzione: Trasformatori di corrente all'aperto abilitati IoT senza fili per il monitoraggio predittivo della salute e delle prestazioni

Sfida: Mantenere un'operazione affidabile e prevenire guasti inaspettati dei trasformatori di corrente (CT) esterni, specialmente in sottostazioni remote con accesso limitato ai tecnici, comporta rischi operativi significativi e costi di manutenzione elevati. Le ispezioni periodiche tradizionali sono spesso infrequenti, reattive e possono non rilevare guasti in via di sviluppo.

Visione della Soluzione: Manutenzione predittiva e monitoraggio in tempo reale tramite IoT. Questa soluzione sfrutta sensori integrati e connettività wireless per monitorare continuamente i parametri critici di salute dei CT, abilitando previsioni basate sui dati di potenziali guasti (rotture d'isolamento, saturazione del nucleo) prima che si verifichino, riducendo drasticamente il tempo di inattività non pianificato e ottimizzando le risorse di manutenzione.

Componenti e Funzionalità Principali della Soluzione

1. CT Esterni Intelligenti Dotati di Sensori:
• Sensori di Temperatura Integrati: Monitorano continuamente la temperatura ambientale e dei punti caldi. Identificano il riscaldamento anomalo causato da connessioni difettose, condizioni di sovraccarico (rischio di saturazione) o degradazione interna. Essenziali per la modellazione termica e la previsione della durata.
• Sensori di Umidità Integrati: Tracciano l'ingresso di umidità all'interno dell'alloggiamento del CT. La rilevazione precoce di fallimenti delle giunture o condensazione prevenisce la degradazione dell'isolamento (tracciamento, arcing) e guasti dielettrici. Critici per i CT in ambienti ostili.
• Sensori Integrati di Scarica Parziale (PD): Rilevano scariche elettriche a basso livello all'interno del sistema di isolamento (vuoti, contaminanti, tracciamento superficiale). La PD è un indicatore primario di imminente guasto d'isolamento, fornendo il primo possibile avviso per un intervento proattivo.
• Design Robusto: I sensori ed elettronica interna sono resistenti alle tensioni ambientali esterne (UV, temperature estreme, umidità, EMI) tipiche degli ambienti di sottostazione.
2. Trasmissione Dati Wireless e Remota:
• Modem LoRaWAN/Cellulare Integrato: Elimina infrastrutture cablate complesse e costose. Sfrutta reti wireless esistenti:
• LoRaWAN: Ideale per siti remoti con esigenze di banda ridotte. Offre lunghezza d'onda (>10km), basso consumo energetico (consentendo opzioni a batteria/solare) e eccellente penetrazione del segnale.
• Cellulare (LTE-M/NB-IoT): Fornisce una copertura più ampia dove LoRaWAN non è disponibile. Più adatto per siti che richiedono tassi di dati moderati o dove l'infrastruttura cellulare è affidabile. Include meccanismi di fallback per avvisi critici.
• Comunicazione Sicura: Trasmissione dati cifrati (TLS/DTLS) per proteggere i dati critici dell'infrastruttura.
3. Piattaforma di Analisi AI Basata su Cloud:
• Aggregazione Centrale dei Dati: Riceve e memorizza in modo sicuro flussi di dati in tempo reale e storici da tutti i CT distribuiti.
• Modelli Diagnostici Basati su AI:
• Previsione della Salute dell'Isolamento: L'AI correla tendenze nell'attività PD, temperatura e umidità per prevedere il tasso di degradazione dell'isolamento e possibili modalità di guasto con alta fiducia. Identifica anomalie sottili mancate dagli allarmi di soglia.
• Valutazione del Rischio di Saturazione del Nucleo: Analizza i dati del flusso di corrente primaria (armoniche, capacità di rilevamento dello scostamento DC inferito) insieme alla temperatura per modellare le caratteristiche di magnetizzazione del nucleo e prevedere rischi potenziali di saturazione sotto specifiche condizioni di rete.
• Rilevamento di Anomalie: L'apprendimento automatico stabilisce basi uniche per ogni CT. Rileva sottili deviazioni tra i flussi di dati dei sensori che indicano problemi in via di sviluppo, anche se nessun singolo parametro supera una soglia di allarme (ad esempio, lieve aumento di temperatura correlato a specifici pattern di carico).
• Avvisi Automatici e Prioritari: Genera avvisi azionabili categorizzati per gravità. Pianifica attività di manutenzione in base alla valutazione del rischio e al tempo previsto fino al guasto.
4. Interfaccia Utente (Dashboard e Reporting):
• Visualizzazione in Tempo Reale: Dashboard interattivi visualizzano lo stato di salute, letture dei sensori, trend e allarmi per tutti i CT nella rete in una mappa o vista elenco.
• Approfondimenti sulla Manutenzione Predittiva: Fornisce visualizzazioni chiare delle stime di vita utile rimanente (RUL), curve di probabilità di guasto e azioni consigliate (ad esempio, "Pianificare un'ispezione entro 3 mesi" o "Test diagnostico consigliato").
• Report sullo Stato: Generazione automatica di report dettagliati sulla salute per CT specifici o intere flotte.
• Analisi Storica: Strumenti per approfondire i dati storici per analisi delle cause radice e benchmark di prestazioni.

Caso d'Uso Principale: Monitoraggio e Ottimizzazione di Sottostazioni Remote

• Scenario: Sottostazioni situate in aree geograficamente isolate (montagne, deserti, reti rurali). Le visite dei tecnici sono infrequenti, costose e logisticamente complesse. La manutenzione reattiva dopo un guasto porta a interruzioni prolungate.
• Vantaggi della Soluzione:
• Eliminare Visite Inutili: Passare da una manutenzione basata sul calendario a una basata sulle condizioni. Invia i tecnici solo quando realmente necessario in base alle previsioni AI o a specifici allarmi critici.
• Prevenire Guasti Catastrofici: Il rilevamento precoce di attività PD in via di sviluppo, ingresso di umidità o anomalie termiche permette l'intervento prima che il CT fallisca catastroficamente, evitando danni collaterali costosi e interruzioni prolungate.
• Ottimizzare le Risorse di Manutenzione: Concentra il tempo e il budget limitato dei tecnici sugli asset ad alto rischio identificati dall'analisi predittiva, migliorando l'affidabilità complessiva della rete.
• Diagnostica Remota: Fornisce approfondimenti profondi sullo stato del CT senza richiedere la presenza fisica in loco per la diagnosi iniziale. Impotenza gli esperti remoti a guidare le squadre locali.
• Aumento della Durata degli Asset: La gestione proattiva delle condizioni che degradano il CT (calore, umidità) aiuta a massimizzare la vita operativa.

Considerazioni Chiave per l'Implementazione

• Elaborazione Edge: Filtri, buffer e rilevamento preliminare di anomalie avvengono localmente sul modulo CT per minimizzare la trasmissione di dati inutili e migliorare i tempi di risposta per eventi critici.
• Alimentazione: Opzioni alimentate dal CT per la connettività primaria, con backup a batteria/pannelli solari per il rilevamento e l'allertamento critico durante la perdita di alimentazione primaria.
• Cybersecurity: Un design robusto conforme agli standard dell'industria (IEC 62443, NERC CIP) è fondamentale. Boot sicuro, comunicazione cifrata, gestione sicura del dispositivo.
• Scalabilità: Piattaforma cloud progettata per gestire l'ingestione e l'elaborazione dei dati da migliaia di CT in una grande rete di utilità.
• Integrazione: API aperte consentono l'integrazione con sistemi di gestione degli asset esistenti (EAM/CMMS), sistemi SCADA e data lake aziendali per una visibilità olistica.
• Calibrazione e Validazione: Procedure stabilite per validare l'accuratezza dei sensori e la performance dei modelli AI in condizioni note.