ITBO20090082A1 - Sensore e procedimento di rilevazione di un impulso elettrico causato da una scarica parziale - Google Patents

Description

SENSORE E PROCEDIMENTO DI RILEVAZIONE DI UN IMPULSO ELETTRICO CAUSATO DA UNA SCARICA PARZIALE .

La presente invenzione ha per oggetto un sensore e un procedimento di rilevazione di un impulso elettrico causato da una scarica parziale.

In generale, il presente trovato si riferisce al settore dei sistemi diagnostici per apparati elettrici in media e alta tensione basati sulla misura delle scariche parziali.

In particolare, il presente trovato riguarda un sensore e un procedimento per la rilevazione delle scariche parziali in un apparato elettrico a geometria cilindrica, per esempio un cavo coassiale.

Una scarica parziale à ̈ una scarica elettrica limitata a una porzione dell<7>isolante dell'apparato, per cui non comporta il guasto nell'apparato (in quanto non cortocircuita i suoi elettrodi) ma costituisce una causa e un effetto di un progressivo degrado dell'apparato. La scarica parziale consiste in un trasferimento di carica in una regione di spazio limitata, ovvero il sito di scarica (generalmente in corrispondenza di un difetto dell'isolante). Tale trasferimento di carica genera un impulso di corrente che si propaga lungo l'apparato.

Nel caso specifico, in cui l'apparato ha una geometria cilindrica e quindi si estende assialmente, l'impulso di corrente relativo alla scarica parziale si propaga assialmente lungo l'apparato.

Vi sono molte soluzioni tecniche per quanto riguarda i sensori di scariche parziali.

Il presente trovato si riferisce in particolare ai sensori costituiti da sonde magnetiche e più in particolare sonde magnetiche a banda larga.

In tale ambito, i sensori comunemente impiegati sono sensibili a una componente assiale del campo magnetico generato dall'impulso di scarica. Per esempio, il documento brevettuale W02006/122415 descrive un sensore di questo tipo. Anche il documento brevettuale US5530364 illustra un sensore di questo tipo (nelle figure 6 e 7). Questi sensori comprendono una spira atta ad abbracciare l'apparato, in modo tale che la componente assiale del flusso di campo magnetico prodotto dall'impulso di scarica si concateni con la spira.

Tale componente assiale del campo magnetico viene generata dall'impulso di scarica quando l'impulso si propaga nell'apparato con una velocità che ha una componente non assiale, ovvero ha una componente tangenziale non nulla. Ciò avviene nei cavi coassiali che hanno lo schermo costituito da fili avvolti a spirale .

Pertanto, questi sensori presentano l'inconveniente di non consentire una rilevazione degli impulsi di scarica in tutte le situazioni, ma solo in casi particolari; infatti, in generale la componente assiale del campo magnetico generato dall'impulso di scarica à ̈ nulla. Per esempio, tale à ̈ la situazione in un cavo coassiale in cui lo schermo à ̈ costituito da un conduttore omogeneo. Il documento brevettuale US5530364 illustra anche (figure 9 e 10) un diverso tipo di sensore, sensibile a una componente tangenziale del campo magnetico generato dall'impulso di scarica che si propaga nella direzione assiale, ossia una componente del campo magnetico concentrica alla direzione assiale definita dall'apparato a geometria cilindrica.

Tale componente del campo magnetico viene anche denominata campo magnetico residuo, in quanto in un cavo coassiale tale componente di campo magnetico dovrebbe essere nulla, in condizioni di distribuzione perfettamente omogenea delle correnti corrispondenti all'impulso di scarica che percorrono il conduttore di alta tensione (anima) del cavo e quello di bassa tensione (schermo) del cavo.

Tuttavia, l'evidenza sperimentale attesta che, in generale, vi à ̈ una componente tangenziale residua del campo magnetico generato dall'impulso di scarica propagatisi assialmente nell'apparato.

Questo tipo di sensori ha il vantaggio di non avere le limitazioni menzionate sopra.

Inoltre, tali sensori consentono di rilevare l'impulso di scarica anche a distanze particolarmente elevate dalla sorgente della scarica, sfruttando il fatto che il cavo si comporta nei confronti del segnale come una guida d'onda.

Le soluzioni note per questa tipologia di sensori (per esempio quello descritto in US5530364) prevedono l'utilizzo di un nucleo ferromagnetico di forma cilindrica su cui à ̈ avvolto un conduttore per formare un avvolgimento; in uso, tale cilindro viene disposto trasversalmente rispetto all'asse dell'apparato, per far sì che linee di campo magnetico tangenziali, ovvero concentriche rispetto alla direzione assiale, percorrano tale nucleo e si concatenino con l'avvolgimento, per determinare una tensione ai capi dell'avvolgimento stesso correlata all'impulso di scarica.

Tuttavia, tali soluzioni note per i sensori di scariche parziali sensibili alla componente tangenziale del campo magnetico generato dall'impulso di scarica presentano alcuni inconvenienti, che fanno sì che ad oggi questi sensori non siano quasi mai utilizzati nella pratica. Innanzi tutto, questi sensori hanno una sensibilità scarsissima .

Ciò comporta il grave rischio di giudicare erroneamente un apparato esente da scariche parziali, solo perché le scariche hanno un'intensità non rilevabile con quel sensore .

Inoltre, tali sensori sono particolarmente affetti dai disturbi e dal rumore proveniente dall'esterno dell'apparato.

Ciò aumenta ulteriormente il rischio di compiere errori di valutazione nella interpretazione dei segnali rilevati ai fini diagnostici.

Inoltre, questi sensori non sono in alcun modo adattabili alla geometria degli apparati su cui si devono eseguire le misure.

Scopo del presente trovato à ̈ rendere disponibile un sensore e un procedimento che superino gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, Ã ̈ scopo del presente trovato mettere a disposizione un sensore e un procedimento di rilevazione di un impulso elettrico causato da una scarica parziale e propagantesi in una direzione assiale in un apparato elettrico a geometria cilindrica, sulla base della rilevazione di una componente del campo magnetico generato da detto impulso concentrica alla detta direzione, particolarmente efficienti e affidabili.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ proporre un sensore e un procedimento di rilevazione di impulsi di scariche parziali particolarmente robusti e immuni ai disturbi.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ proporre uno strumento e un procedimento di rilevazione di impulsi di scariche parziali con possibilità di localizzazione della sorgente delle scariche parziali.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal sensore, dal procedimento e dall'apparato oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra un sensore secondo il presente trovato, in vista prospettica;

la figura 1A illustra il sensore di figura 1, accoppiato a un cavo, in vista prospettica;

- la figura 2 illustra il sensore di figura 1, in vista sezionata secondo un piano perpendicolare all'asse del cavo;

- la figura 3 illustra il sensore di figura 1, in vista sezionata secondo un piano contenente l'asse del cavo; - la figura 4 illustra il sensore di figura 1, in vista laterale;

- la figura 5 illustra il sensore di figura 4, secondo una variante realizzativa;

la figura 6 illustra schematicamente due sensori accoppiati a un cavo, secondo un altro aspetto della presente invenzione.

Nelle figure si à ̈ indicato con 1 un sensore secondo il presente trovato.

Il sensore 1 Ã ̈ un sensore a banda larga; in particolare, il sensore 1 Ã ̈ una sonda magnetica a banda larga.

Il sensore 1 à ̈ un sensore di rilevazione di un impulso elettrico causato da una scarica parziale e propagantesi in una direzióne assiale Z in un apparato 2 elettrico a geometria cilindrica.

In particolare, il sensore 1 si applica a cavi coassiali. Tuttavia, si osservi che il sensore 1 si applica vantaggiosamente anche ad altri apparati elettrici a geometria cilindrica, come ad esempio cavi unipolari e multipolari e relativi accessori, condotti di GIS, TA e TV per alta tensione.

Nelle figure si à ̈ indicato con 2 un cavo coassiale comprendente un conduttore di alta tensione 3 (denominato anche anima del cavo) circondato da uno strato 4 semiconduttivo lato alta tensione; con 5 si à ̈ indicato uno strato isolante che circonda lo strato 4, a sua volta circondato da uno strato 6 semiconduttivo lato bassa tensione, il quale a sua volta à ̈ circondato da uno schermo 7 conduttivo; intorno allo schermo 7 à ̈ disposta una guaina 8 di protezione meccanica del cavo 2.

Per quanto riguarda la propagazione degli impulsi di corrente causati da scariche parziali nei cavi coassiali, si osservi preliminarmente quanto segue.

II trasferimento di carica associato alla scarica parziale determina due impulsi di corrente di polarità opposta che si propagano nel cavo, uno nell'anima 3 e l'altro nello schermo 7. Poiché i due impulsi hanno la stessa intensità, in linea di principio i contributi al campo magnetico tangenziale generato dai due impulsi all'esterno del cavo dovrebbero annullarsi. Tuttavia, à ̈ noto sperimentalmente che all'esterno del caso in genere si riesce a misurare un campo magnetico tangenziale non nullo, denominato anche campo magnetico residuo.

Grazie alle ricerche condotte dalla Richiedente, à ̈ stato verificato che la corrente corrispondente all'impulso di scarica che si propaga nell'anima del cavo può ritenersi distribuita uniformemente nella sezione dell'anima stessa .

Diversamente, la corrente corrispondente all'impulso di scarica che si propaga nello schermo non può ritenersi distribuita uniformemente, in quanto risulta addensata in una porzione laterale dello schermo corrispondente a una certa zona angolare. Tale zona a maggiore densità di corrente di scarica nello schermo à ̈ particolarmente ristretta in prossimità del sito di scarica (ovvero della zona del cavo in cui si à ̈ verificata la scarica parziale), mentre tende ad allargarsi all'aumentare della distanza dal sito di scarica.

Tale fenomeno (ossia lo squilibrio nella distribuzione angolare della corrente di scarica tra l'anima e lo schermo del cavo) Ã ̈ alla base della esistenza del suddetto campo magnetico residuo.

Ciò comporta anche che il valore del campo magnetico tangenziale misurabile sulla superficie esterna del cavo coassiale non à ̈ costante al variare della posizione angolare.

Il sensore 1 comprende un supporto 9 sul quale à ̈ avvolto un filo 10 conduttore per definire un avvolgimento 11. L'avvolgimento 11 comprende almeno una spira definita dal filo 10 conduttore avvolto sul supporto 9. Preferibilmente, l'avvolgimento 11 comprende una pluralità di spire.

L'avvolgimento 11 ha una coppia di terminali 12.

In uso, il sensore 1 viene accoppiato all'apparato 2 in modo tale che una componente del campo magnetico (generato esternamente all'apparato 2 dall'impulso di scarica) concentrica a detta direzione Z assiale si concateni con l'avvolgimento 11, per determinare in corrispondenza di terminali 12 dell'avvolgimento 11 una tensione correlata con l'impulso di scarica.

Si osservi che quando di utilizza l'espressione "impulso di scarica" si intende l'impulso elettrico di corrente causato dalla scarica parziale, il quale si propaga assialmente lungo l'apparato 2.

Il supporto 9 comprende, originalmente, uno strato sottile, avente uno spessore ridotto (ovvero molto inferiore) rispetto ad una sua estensione lungo una direzione longitudinale.

Il filo 10 conduttore à ̈ avvolto sul supporto 9 in modo che le spire dell'avvolgimento 11 siano allungate in tale direzione longitudinale.

Si osservi che ciascuna spira dell'avvolgimento 11 (l'avvolgimento 11 potrebbe comprendere anche solo una spira) definisce una sezione di concatenazione del flusso magnetico.

Nelle figure, si sono indicate con 13 le linee di campo magnetico (ovvero di flusso magnetico) di tale componente tangenziale, ovvero linee concentriche rispetto a una direzione assiale Z.

In uso, il sensore 1 Ã ̈ operativamente in contatto con la superficie esterna dell'apparato 1; nell'esempio illustrato, il sensore 1 Ã ̈ operativamente in contatto con la superficie esterna della guaina 8.

In tal modo, quando il sensore 1 Ã ̈ operativamente accoppiato a una superficie esterna dell'apparato 2, ciascuna spira dell'avvolgimento 11 definisce una sezione di concatenazione di flusso disposta in un piano radiale e allungata nella direzione assiale Z.

Preferibilmente, ciascuna spira dell'avvolgimento 11 à ̈ conformata in modo da definire una sezione di concatenazione del flusso sostanzialmente rettangolare, con il lato lungo molto più esteso (per esempio di almeno dieci volte) rispetto al lato corto; in tal modo, quando il sensore 1 à ̈ operativamente accoppiato alla superficie esterna dell'apparato 2, ciascuna spira à ̈ disposta con il lato lungo nella direzione assiale Z e il lato corto nella direzione radiale.

Pertanto, il sensore 1 Ã ̈ accoppiabile all'apparato (in particolare alla superficie esterna dell'apparato 2) in modo tale che detta almeno una spira sia disposta con il lato lungo nella direzione assiale e il lato corto nella direzione radiale.

Dunque, l'avvolgimento 11 à ̈ originalmente allungato nella direzione longitudinale e appiattito nella direzione corrispondente allo spessore del supporto 9. Preferibilmente, lo sviluppo di ciascuna spira nella direzione longitudinale à ̈ maggiore di almeno dieci volte rispetto allo sviluppo della spira nella direzione dello spessore dell'avvolgimento 11.

Più preferibilmente, lo sviluppo di ciascuna spira nella direzione longitudinale à ̈ maggiore di almeno ottanta volte rispetto allo sviluppo della spira nella direzione dello spessore dell'avvolgimento 11.

Per esempio, il supporto 9 ha uno spessore di circa 5 mm e una estensione longitudinale di circa 500 mm; in tal caso, ciascuna spira dell'avvolgimento 11 ha uno sviluppo nella direzione longitudinale di circa 500 mm e uno sviluppo nella direzione dello spessore dell'avvolgimento 11 (ovvero dello spessore dello strato 9) di circa 5 mm.

Per quanto riguarda in particolare il valore dello spessore del supporto 9 e dell'avvolgimento 11, esso à ̈ preferibilmente compreso nell'intervallo 1 - 10 mm e più preferibilmente ha un valore di circa 5 mm.

Si osservi che i valori preferiti per lo spessore dell'avvolgimento 11 sono stati determinati in seguito a uno studio dei fenomeni fisici che intervengono nella rilevazione del segnale di scarica per accoppiamento magnetico, grazie a un'analisi approfondita e a lunghe sperimentazioni svolte dalla richiedente.

In pratica, si à ̈ trovato che per valori di spessore dell'avvolgimento 11 particolarmente bassi (per esempio inferiori a 1 mm), la quantità di flusso che si concatena con l'avvolgimento à ̈ troppo esigua per garantire una sensibilità adeguata (il valore della induttanza del sensore diventa troppo basso).

Per contro, per valori di spessore dell'avvolgimento 11 particolarmente alti (per esempio superiori a 10 mm), si ha un peggioramento della risposta in frequenza del sensore 1, perché l'induttanza del sensore subisce un aumento tendenzialmente eccessivo, e comunque il sensore diventa particolarmente soggetto a captare disturbi esterni all'apparato, mentre per contro la quantità di flusso utile concatenato con l'avvolgimento aumenta meno che in proporzione, per cui complessivamente si ha una perdita di sensibilità del sensore.

Per quanto riguarda in particolare il valore dello sviluppo longitudinale del supporto 9 e dell'avvolgimento 11, esso à ̈ preferibilmente maggiore di circa 5 mm e più preferibilmente maggiore di circa 100 mm.

Preferibilmente, il supporto 9 ha uno sviluppo trasversale di una lunghezza prestabilita ed à ̈ conformato in modo da abbracciare almeno una porzione della superficie laterale dell'apparato 2, detta porzione corrispondendo a un angolo prefissato.

Il filo 10 conduttore à ̈ avvolto sul supporto 9 con una pluralità di spire disposte in modo che l'avvolgimento 11 ricopra una superficie corrispondente a detto angolo prefissato.

In tal modo, in uso (ovvero quando il sensore 1 Ã ̈ operativamente accoppiato alla superficie esterna dell'apparato 2), l'avvolgimento 11 abbraccia una porzione della superficie laterale dell'apparato 2 corrispondente a un angolo prefissato, senza circondare completamente l'apparato 2.

Si osservi che maggiore à ̈ l'estensione trasversale dell'avvolgimento 11 (e quindi anche maggiore il numero di spire dell'avvolgimento 11) maggiore à ̈ l'impedenza del sensore 1.

Preferibilmente, il supporto 9 Ã ̈ conformato in modo da abbracciare una porzione della superficie laterale dell<1>apparato corrispondente a un angolo compreso tra i 20 e i 310 gradi.

Più preferibilmente, il supporto 9 à ̈ conformato in modo da abbracciare una porzione della superficie laterale dell'apparato corrispondente a un angolo compreso tra i 40 e i 240 gradi.

Ancora più preferibilmente, il supporto 9 à ̈ conformato in modo da abbracciare una porzione della superficie laterale dell'apparato corrispondente a un angolo compreso tra i 60 e i 120 gradi.

Ancora più preferibilmente, il supporto 9 à ̈ conformato in modo da abbracciare una porzione della superficie laterale dell'apparato corrispondente a un angolo di circa 90 gradi.

Infatti, l'estensione trasversale del supporto deve essere sufficientemente grande da garantire l'accoppiamento con una porzione significativa del campo magnetico da rilevare (dal momento che la componente del campo magnetico che il sensore rileva à ̈ distribuita, almeno in prossimità della sorgente di scarica, in modo non omogeneo lungo la superficie laterale del cavo, con riferimento alla posizione angolare).

Allo stesso tempo, l'estensione trasversale del supporto deve essere sufficientemente piccola da consentire un montaggio agevole del sensore 1 sul cavo.

Per quanto riguarda il supporto 9, esso può essere realizzato in un materiale ferromagnetico (per esempio può essere costituito da un foglio di ferrite per applicazioni radio alle alte frequenze), o anche in un materiale qualsiasi non ferromagnetico, per esempio PVC o, più preferibilmente gomma vulcanizzata.

Se il materiale impiegato per il supporto 9 à ̈ ferromagnetico, ciò comporta un aumento dell'induttanza del sensore 1. Tuttavia, la riduzione di induttanza dovuta all'eventuale adozione di un materiale non ferromagnetico può essere compensata adottando un avvolgimento 11 con numero di spire più elevato.

In questa luce, per quanto riguarda il numero di spire dell'avvolgimento 11, si osservi quanto segue.

Nel caso in cui il supporto 9 sia realizzato in materiale ferromagnetico, l'avvolgimento 11 ha preferibilmente due o tre spire.

Nel caso in cui il supporto 9 sia realizzato in un materiale non ferromagnetico, l'avvolgimento 11 ha preferibilmente un numero di spire compreso tra dieci e venti .

Il sensore 1 comprende anche mezzi di ancoraggio (non illustrati nelle figure) per ancorare il sensore 1 stesso all'apparato 2, in modo che sia operativamente in contatto con una porzione desiderata della superficie esterna dell'apparato 2.

Per esempio, i mezzi di ancoraggio comprendono una striscia di velcro applicata a una superficie del supporto 9. In alternativa, i mezzi di ancoraggio comprendono autoserranti o una lastratura con una pellicola.

In tal modo, secondo l'esempio illustrato, il sensore viene applicato alla guaina 8 del cavo 2, con possibilità di fissarlo alla guaina stessa in corrispondenza di una posizione angolare desiderata.

In tal modo, il sensore, e in particolare l'avvolgimento 11, Ã ̈ operativamente in contatto con l'apparato 2.

Ciò à ̈ importante per ottimizzare la sensibilità del sensore. Infatti, la Richiedente ha scoperto che il campo magnetico tangenziale che il sensore à ̈ finalizzato a rilevare à ̈ massimamente concentrato a ridosso della superficie esterna dell'apparato 2.

Si osservi che il supporto 9 Ã ̈ preferibilmente realizzato in un materiale flessibile, per consentire una curvatura dell'avvolgimento 11 attorno alla direzione longitudinale lungo la quale sono allungate le spire.

Per esempio, il supporto 9 comprende un foglio di ferrite (in tal caso il supporto à ̈ in materiale ferromagnetico) .

In alternativa, il supporto 9 comprende un foglio di gomma vulcanizzata.

IL fatto che il sensore 9 sia realizzato in materiale flessibile lo rende particolarmente versatile. Infatti, à ̈ possibile accoppiare il sensore a cavi (o altri apparati a geometria cilindrica) di qualsiasi diametro. Grazie alla flessibilità del sensore e alla presenza dei mezzi di ancoraggio del sensore stesso all'apparato 2, à ̈ particolarmente semplice accoppiare il sensore all'apparato 2 in modo che risulti operativamente in contatto con la superficie esterna dell'apparato stesso, adattando la curvatura del sensore al raggio di curvatura dell'apparato.

In aggiunta o in alternativa al fatto che il sensore sia realizzato in materiale flessibile, Ã ̈ anche previsto che il supporto 9 sia conformato in modo da definire una curvatura dell'avvolgimento 11 attorno alla direzione lungo la quale sono allungate le spire.

Ciò lo rende particolarmente adatto ad abbracciare un apparato 2 avente una geometria predeterminata.

Per esempio, il sensore à ̈ conformato come un foglio di circa 0.5 mm di spessore, lunghezza di circa 500 mm e larghezza compresa tra i 100 mm e i 400 mm estesa lungo un arco di circonferenza.

È vantaggioso che il sensore 1 sia conformato in modo che, in uso, ciascuna spira sia disposta in un piano radiale, tali piano essendo compresi in una stella di piani avente per intersezione l'asse dell'apparato 2. Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il sensore 1 comprende uno strato 14 conduttivo applicato ad una faccia del supporto 9 per ricoprire una corrispondente porzione dell'avvolgimento 11, in modo tale che, in uso (quando il sensore 1 à ̈ operativamente accoppiato alla superficie esterna dell'apparato 2), l'avvolgimento 11 risulti interposto tra la superficie esterna dell'apparato 2 e lo strato 14 conduttivo; pertanto, lo strato 14 ha un'azione schermante sull'avvolgimento 11, nei confronti delle onde elettromagnetiche provenienti dall'esterno della parte della faccia del sensore 1 (ovvero del supporto 9) opposta a quella su cui à ̈ applicato lo strato 14 (pertanto, in uso, l'azione schermante à ̈ nei confronti dei disturbi provenienti dall'esterno dell'apparato 2). Ciò consente, vantaggiosamente, di abbattere la sensibilità del sensore nei confronti dei disturbi e del rumore, provenienti dall'esterno dell'apparato.

Lo schermo 13 conduttivo comprende per esempio un foglio sottile di alluminio (a propria volta flessibile).

Preferibilmente, lo schermo 13 conduttivo si estende su una superficie maggiore rispetto alla superficie occupata dal supporto 9 (e quindi dall'avvolgimento 11), in modo che un lembo di schermo conduttivo sbordi lateralmente rispetto al supporto 9 e all'avvolgimento 11; ciò consente un effetto schermante particolarmente efficace .

Inoltre, lo schermo 13 Ã ̈ privo di materiali ferromagnetici .

Si osservi che il filo 10 conduttore definente l'avvolgimento 11 comprende uno strato isolante esterno (per esempio uno smalto isolante, non illustrato e di tipo noto), per isolare ciascuna spira dalle altre spire e dallo schermo 14 isolante.

La presenza dello strato 14 isolante di schermatura del sensore 1 coopera in modo sinergico con la forma appiattita del sensore per ottimizzarne la sensibilità ai segnali relativi alle scariche parziali propagantisi nell'apparato 2, quando il sensore à ̈ operativamente accoppiato all'apparato 2.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, il sensore 1 costituisce un sistema comprendente una pluralità di sensori del tipo di quello descritto sopra, ciascuno conformato in modo da abbracciare in uso una propria porzione angolare della superficie esterna dell'apparato 2, preferibilmente in corrispondenza di una medesima sezione.

In tal modo, la pluralità dei sensori copre sostanzialmente l'intera superficie esterna dell'apparato 2 in una sezione prestabilita (sezione di accoppiamento del sensore ovvero sezione di rilevazione) .

Nell'esempio illustrato nella figura 5, il sensore 1 comprende un sistema di due sensori (ciascuno conformato in modo da abbracciare una porzione dell'apparato corrispondente a un angolo di circa 120-180 gradi), ovvero un primo sotto sensore 101 e un secondo sotto sensore 102; ovvero, il sensore 1 della figura 5 Ã ̈ un sensore composto che comprende un sensore 101 e un ulteriore sensore 102.

Pertanto, il sensore 1 composto comprende, oltre al primo sensore 101:

- un secondo supporto comprendente uno strato sottile e conformato in modo da abbracciare almeno una porzione della superficie laterale dell'apparato 2 corrispondente a un angolo prefissato analogamente al primo supporto; - un secondo avvolgimento allungato nella direzione longitudinale e avvolto sul secondo supporto in modo da abbracciare la porzione della superficie laterale dell'apparato corrispondente a detto angolo prefissato, senza circondarlo completamente, quando il sensore 102 Ã ̈ operativamente accoppiato alla superficie esterna dell'apparato;

- mezzi di ancoraggio del primo e del secondo supporto all'apparato 2 in modo che abbraccino porzioni angolari distinte della superficie esterna dell'apparato;

- un modulo 15 di uscita collegato ai terminali del primo e del secondo avvolgimento, per rendere disponibili in uscita le tensioni determinate ai capi di entrambi gli avvolgimenti.

Tali mezzi di ancoraggio sono realizzati secondo quanto descritto in precedenza.

Il modulo 15 di uscita comprende un connettore predisposto per ricevere i segnali rilevati da tutti i sotto-sensori (che possono essere due o più) e trasferirli in uscita.

Si osservi che ciascun sotto-sensore ha un avvolgimento 11 che abbraccia soltanto una porzione angolare limitata dell'apparato 2, senza essere esteso lungo l'intera circonferenza della sezione dell'apparato (ovvero la sezione di rilevazione) a cui il sensore à ̈ accoppiato. Tale sensore composto à ̈ particolarmente vantaggioso nel caso in cui si debba accoppiarlo a un cavo coassiale. Infatti, come si à ̈ spiegato sopra, nei cavi coassiali l'intensità del campo magnetico trasversale associato a una scarica parziale (ovvero il campo residuo) non ha intensità uniforme in tutta la porzione di spazio che circonda il cavo, ma à ̈ massimo in corrispondenza di una regione di spazio in particolare, corrispondente a una porzione angolare limitata. Tuttavia, all'atto dell'installazione del sensore (ovvero quando il sensore I viene accoppiato al cavo 2) non à ̈ generalmente possibile conoscere in quale porzione angolare della superficie esterna del cavo il campo magnetico residuo sarà massimo (tale posizione cambia anche al variare del sito di scarica; infatti, al momento dell'installazione, non à ̈ nemmeno detto che sia presente un fenomeno di scariche parziali).

In questa luce, il sensore composto ha il vantaggio di evitare il rischio che il sensore 1 si trovi accoppiato a una porzione angolare dell'apparato in cui il campo magnetico residuo da rilevare à ̈ particolarmente lieve. Infatti, il sensore composto assicura che vi sia sempre almeno un sensore accoppiato con la porzione angolare di apparato 2 in corrispondenza della quale il campo magnetico tangenziale (ovvero residuo) à ̈ massimo.

Inoltre, il sensore composto presenta un ulteriore vantaggio, in quanto consente di comparare i segnali rilevati dai diversi sotto-sensori accoppiati con porzioni angolari diverse della stessa sezione dell'apparato 2 per ricavare informazioni circa la posizione del sito di scarica all'interno dell'apparato. II presente trovato mette a disposizione anche un procedimento di rilevazione di un impulso elettrico causato da una scarica parziale e propagantesi in una direzione assiale in un apparato 2 elettrico a geometria cilindrica .

Tale procedimento comprende le seguenti fasi:

predisposizione di un sensore 1, secondo quanto descritto sopra;

- applicazione del sensore 1 a una superficie esterna dell'apparato 2 in modo che ne abbracci almeno una porzione in una sezione di rilevazione, in modo tale che una componente del campo magnetico generato esternamente all'apparato 2 da detto impulso concentrica a detta direzione assiale (cioà ̈ il campo magnetico tangenziale ovvero residuo) si concateni con l'avvolgimento 11 per determinare in corrispondenza di terminali 12 dell'avvolgimento 11 una tensione correlata all'impulso; - rilevazione di detta tensione correlata all'impulso. Si osservi che l'avvolgimento 11 abbraccia una porzione dell'apparato 2 corrispondente a un angolo prefissato (per esempio compreso tra i 120 e i 180 gradi), e non circonda tutta la sezione dell'apparato 2.

È previsto che, nella fase di applicazione, si abbracci l'intera sezione dell'apparato 2, mediante l'applicazione di una pluralità di avvolgimenti 11 facenti parte di corrispondenti sensori 1 di un sensore composto (secondo quanto descritto sopra).

Secondo un altro aspetto del presente trovato, tale procedimento comprende, oltre alle fasi descritte sopra, ulteriormente le seguenti fasi:

- predisposizione di un secondo sensore 1B (realizzato secondo quanto descritto sopra), il primo sensore 1A e il secondo sensore 1B avendo versi prefissati di avvolgimento delle rispettive spire;

- applicazione del secondo sensore a una superficie esterna dell'apparato 2 in una seconda sezione di rilevazione distanziata assialmente dalla prima sezione di rilevazione di una quantità prefissata, in modo tale che una componente del campo magnetico generato esternamente all'apparato da detto impulso concentrica a detta direzione assiale si concateni con l'avvolgimento del secondo sensore 1B per determinare in corrispondenza dei terminali di detto avvolgimento una tensione correlata all'impulso;

- rilevazione di una tensione correlata a una componente del campo magnetico generato esternamente all'apparato 2 dal medesimo impulso concentrica alla direzione assiale, tale componente del campo magnetico essendo magneticamente accoppiata al secondo sensore 1B;

- comparazione del segno delle tensioni rilevate dai due sensori (1Δ e 1B) in un medesimo intervallo di tempo prefissato, per rilevare il verso di propagazione dell'impulso nell'apparato 2 ai fini di una sua localizzazione .

In questa luce, si osservi che il segno della tensione generata ai terminali 12 del sensore 1 dipende dal verso in cui à ̈ avvolto il filo 10 conduttore sul supporto 9 per formare l'avvolgimento 11 e dal verso con cui l'impulso di corrente associato alla scarica parziale si propaga nell'apparato 2 nella direzione assiale.

La velocità con sui l'impulso di corrente associato alla scarica parziale si propaga nell'apparato 2 à ̈ leggermente inferiore alla velocità della luce, ed à ̈ stimabile in funzione delle caratteristiche fisiche dell'apparato .

Pertanto, se si rileva in corrispondenza dei due sensori 1A e 1B una coppia di segnali sostanzialmente contemporaneamente (ovvero le due rilevazioni sono distanziate nel tempo di un intervallo corrispondente sostanzialmente al tempo necessario a un impulso per percorrere la distanza che separa i due sensori a tale velocità stimata), si può concludere che i segnali di tale coppia siano corrispondenti a un medesimo impulso di scarica.

Pertanto, confrontando i segni dei segnali rilevati dai due sensori, Ã ̈ possibile determinare se la sorgente dell'impulso di scarica (ovvero la sorgente della scarica parziale che ha causato l'impulso) si trova posizionata tra i due sensori o esternamente all'uno o all'altro sensore.

Si osservi che il sensore 1 secondo il presente trovato à ̈ particolarmente semplice ed economico; inoltre, l'applicazione del sensore all'apparato à ̈ particolarmente comodo e non richiede alcun tipo di disservizio.

Pertanto, il procedimento sopra descritto à ̈ particolarmente efficace, in quanto prevede di applicare all'apparato 2 un numero molto elevato di sensori, disposti a una distanza ravvicinata l'uno dall'altro, in modo da ottenere un'informazione particolarmente precisa ai fini della localizzazione della sorgente di scarica. II presente trovato mette a disposizione anche uno strumento diagnostico per la rilevazione e la localizzazione di scariche parziali in un apparato elettrico a geometria cilindrica, generanti corrispondenti impulsi elettrici propagantisi in una direzione assiale lungo l'apparato elettrico.

Tale apparato comprende almeno un primo sensore 1A, e preferibilmente un secondo sensore 1B (secondo quanto già descritto), accoppiabili all'apparato in una prima e una seconda sezione di rilevazione, rispettivamente, tra loro distanziate assialmente, per rilevare corrispondenti segnali di tensione relativi agli impulsi causati dalle scariche parziali.

L'apparato preferibilmente comprende anche un'unità di elaborazione (non illustrata nelle figure) collegata a detti sensori 1 per ricevere i segnali di tensione, selezionare coppie di segnali di tensione causati dalla medesima scarica parziale e confrontare il segno di detti segnali per derivare indicazioni circa la localizzazione della scarica parziale rispetto alle sezioni di rilevazione.

Detta unità di elaborazione comprende per esempio un computer, su cui à ̈ installato un hardware dedicato, secondo una tecnologia sostanzialmente nota.

Tale unità di elaborazione definisce una impedenza di ingresso prefissata, preferibilmente configurata per garantire una banda di rilevazione molto ampia (per esempio una larghezza di banda compresa tra 10 Mz e 100 Mz) .

Si osservi che lo scopo principale del sensore 1 e dell'apparato che comprende il sensore à ̈ massimizzare la sensibilità del sensore.

A tale scopo, à ̈ importante che l'induttanza del sensore I sia ottimizzata rispetto all'impedenza di ingresso dell'unità di elaborazione.

Per esempio, l'impedenza di ingresso dell'unità di elaborazione à ̈ preferibilmente di 50 Ohm e l'impedenza del sensore 1 à ̈ preferibilmente di 50 Ohm.

L'induttanza del sensore aumenta all'aumentare del numero di spire dell'avvolgimento 11, della sezione di ciascuna spira e aumenta se si adotta un materiale ferromagnetico per realizzare il supporto 9.

II valore di induttanza del sensore non deve essere troppo piccolo, altrimenti la quantità di flusso che si concatena con l'avvolgimento 11 à ̈ troppo modesta per consentire una sensibilità adeguata.

Tuttavia, si osservi che non à ̈ nemmeno opportuno aumentare troppo l'induttanza del sensore, in quanto ciò comporterebbe lo svantaggio di filtrare le componenti dell'impulso di scarica a frequenze più elevate, ciò comportando una perdita di sensibilità e di fedeltà (in termini di linearità della risposta) per il sensore.

Preferibilmente, il sensore 1 Ã ̈ configurato in modo da avere un'induttanza dell'intervallo da 2 a 5 micro H. Pertanto, il presente trovato presenta i seguenti vantaggi.

Il sensore à ̈ applicabile a qualsiasi apparato elettrico a geometria cilindrica (per rilevare un impulso elettrico causato da una scarica parziale e propagantesi in una direzione assiale nell'apparato), in quanto à ̈ sensibile alla componente del campo magnetico generato dall'impulso concentrica alla direzione assiale (ovvero la componente tangenziale o residua del campo magnetico).

Inoltre, tale sensore à ̈ particolarmente efficiente e affidabile, in quanto massimizza il flusso del campo magnetico utile (quello generato dall'impulso di scarica che si propaga nel cavo), in modo da ottimizzare la sensibilità del sensore.

Inoltre, il sensore proposto à ̈ particolarmente robusto e immune ai disturbi, in quanto minimizza la sensibilità rispetto ai disturbi esterni al cavo e alle componenti del flusso magnetico non utili.

Lo strumento e il procedimento di rilevazione di impulsi di scariche parziali secondo il presente trovato, oltre ad avere i vantaggi elencati sopra, consentono una semplice ed efficace localizzazione della sorgente delle scariche parziali.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sensore (1) di rilevazione di un impulso elettrico causato da una scarica parziale e propagantesi in una direzione assiale in un apparato (2) elettrico a geometria cilindrica, comprendente un filo (10) conduttore avvolto su un supporto (9) per definire un avvolgimento (11) di almeno una spira, in modo tale che una componente del campo magnetico generato esternamente all'apparato (2) da detto impulso concentrica a detta direzione assiale si concateni con l'avvolgimento (11), quando il sensore (1) Ã ̈ operativamente accoppiato all'apparato (2), per determinare in corrispondenza di terminali (12) dell'avvolgimento (11) una tensione correlata con detto impulso, caratterizzato dal fatto che il supporto (9) comprende uno strato sottile, avente uno spessore ridotto rispetto ad una sua estensione lungo una direzione longitudinale, detta almeno una spira dell'avvolgimento (11) essendo allungata in detta direzione longitudinale, il sensore (1) essendo accoppiabile all'apparato (2) in modo tale che, quando il sensore (1) Ã ̈ operativamente accoppiato a una superficie esterna dell'apparato (2), detta almeno una spira definisca una sezione di concatenazione di flusso disposta in un piano radiale e allungata nella direzione assiale.
2. 2. Sensore secondo la rivendicazione 1, in cui detta almeno una spira dell'avvolgimento (11) Ã ̈ conformata in modo da definire una sezione di concatenazione di flusso sostanzialmente rettangolare, con il lato lungo maggiore di circa dieci volte rispetto al lato corto, il sensore essendo accoppiabile all'apparato in modo tale che detta almeno una spira sia disposta con il lato lungo nella direzione assiale e il lato corto nella direzione radiale.
3. 3. Sensore secondo la rivendicazione 1 o la 2, in cui: - il supporto (9) ha uno sviluppo trasversale di una lunghezza prestabilita ed à ̈ conformato in modo da abbracciare almeno una porzione della superficie laterale dell'apparato (2) corrispondente a un angolo prefissato; - il filo (10) conduttore à ̈ avvolto sul supporto (9) con una pluralità di spire disposte in modo che l'avvolgimento (11) ricopra uno sviluppo trasversale del supporto (9), per definire una superficie corrispondente a detto angolo prefissato, quando il sensore (1) à ̈ operativamente accoppiato alla superficie esterna dell'apparato (2).
4. 4. Sensore secondo la rivendicazione 3, in cui l'avvolgimento (11) Ã ̈ configurati in modo da definire una superficie corrispondente a detto angolo prefissato minore di 360 gradi, senza circondare completamente l'apparato (2), quando il sensore (1) Ã ̈ operativamente accoppiato alla superficie esterna dell'apparato (2).
5. 5. Sensore secondo la rivendicazione 4, in cui il supporto (9) Ã ̈ conformato in modo da abbracciare una porzione della superficie laterale dell'apparato (2) corrispondente a un angolo compreso tra i 60 e i 120 gradi .
6. 6. Sensore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 5, comprendente mezzi di ancoraggio per ancorare il sensore (1) all'apparato (2), in modo che sia operativamente in contatto con detta porzione della superficie esterna dell'apparato (2).
7. 7. Sensore secondo la rivendicazione 6, in cui il supporto (9) Ã ̈ flessibile, per consentire una curvatura dell'avvolgimento (11) attorno alla direzione longitudinale lungo la quale sono allungate le spire.
8. 8. Sensore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 7, in cui il supporto (9) Ã ̈ conformato in modo da definire una curvatura dell'avvolgimento (11) attorno alla direzione lungo la quale sono allungate le spire.
9. 9. Sensore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 8, comprendente: un secondo supporto (9) comprendente uno strato sottile e conformato in modo da essere accoppiabile all'apparato (2) per abbracciare almeno una porzione della superficie esterna dell'apparato (2) corrispondente a un angolo prefissato analogamente al primo supporto; - un secondo avvolgimento (11) allungato nella direzione longitudinale e avvolto sul secondo supporto (9) ricoprendo uno sviluppo trasversale del supporto (9), il sensore essendo accoppiabile all'apparato (2) in modo che l'avvolgimento (11) abbracci detta porzione della superficie esterna dell'apparato (2) corrispondente a detto angolo prefissato, senza circondarlo completamente; - mezzi di ancoraggio del primo e del secondo supporto all'apparato (2) in modo che abbraccino porzioni angolari distinte della superficie esterna dell'apparato (2); - un modulo di uscita collegato ai terminali (12) del primo e del secondo avvolgimento, per rendere disponibili in uscita le tensioni determinate ai capi di detti avvolgimenti (11).
10. 10. Sensore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente uno strato (13) conduttivo applicato ad una faccia del supporto (9) per ricoprire una corrispondente porzione dell'avvolgimento (11), in modo tale che l'avvolgimento (11) risulti interposto tra la superficie esterna dell'apparato (2) e detto strato (13) conduttivo, quando il sensore (1) Ã ̈ operativamente accoppiato alla superficie esterna dell'apparato (2).
11. 11. Procedimento di rilevazione di un impulso elettrico causato da una scarica parziale e propagantesi in una direzione assiale in un apparato (2) elettrico a geometria cilindrica, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi : predisposizione di un sensore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti; - applicazione del sensore (1) a una superfìcie esterna dell'apparato (2) in modo che ne abbracci almeno una porzione in una sezione di rilevazione, in modo tale che una componente del campo magnetico generato esternamente all'apparato (2) da detto impulso concentrica a detta direzione assiale si concateni con l'avvolgimento (11) per determinare in corrispondenza di terminali (12) dell'avvolgimento una tensione correlata all'impulso; - rilevazione di detta tensione correlata all'impulso.
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, comprendente ulteriormente le seguenti fasi: - predisposizione di un secondo sensore (1B) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 9, detti primo (1A) e secondo (1B) sensore avendo versi di avvolgimento delle rispettive spire prefissati; - applicazione del secondo sensore (1B) a una superficie esterna dell'apparato (2) in una seconda sezione di rilevazione distanziata assialmente dalla prima sezione di rilevazione di una quantità prefissata, in modo tale che una componente del campo magnetico generato esternamente all'apparato (2) da detto impulso concentrica a detta direzione assiale si concateni con l'avvolgimento del secondo sensore per determinare in corrispondenza dei terminali di detto avvolgimento una tensione correlata all'impulso; - rilevazione di una tensione correlata a una componente del campo magnetico generato esternamente all'apparato da detto impulso concentrica a detta direzione assiale, detta componente del campo magnetico essendo magneticamente accoppiata al secondo sensore (1B); - comparazione del segno delle tensioni rilevate dai due sensori (1A, 1B) in un medesimo intervallo di tempo prefissato, per rilevare il verso di propagazione dell'impulso nell'apparato ai fini di una sua localizzazione .
13. 13. Strumento diagnostico per la rilevazione e localizzazione di scariche parziali in un apparato elettrico (2) a geometria cilindrica, generanti corrispondenti impulsi elettrici propagantisi in una direzione assiale lungo l'apparato (2) elettrico, comprendente : - un primo e un secondo sensore {1A, 1B) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, accoppiabili all'apparato in una prima e una seconda sezione di rilevazione, rispettivamente, tra loro distanziate assialmente, per rilevare corrispondenti segnali di tensione relativi agli impulsi causati dalle scariche parziali; - un'unità di elaborazione collegata a detti sensori (1A, 1B) per ricevere i segnali di tensione, selezionare coppie di segnali di tensione causati dalla medesima scarica parziale e confrontare il segno di detti segnali per derivare indicazioni circa la localizzazione della scarica parziale rispetto alle sezioni di rilevazione.