Gli ingegneri del Electromagnetic Compatibility Laboratory dell'EPFL hanno sviluppato un metodo rivoluzionario per rilevare e localizzare le scariche parziali, che interrompono il funzionamento dei trasformatori di potenza.

I trasformatori svolgono un ruolo centrale nei sistemi di distribuzione dell'energia, consentendo di trasportare l'energia elettrica su lunghe distanze con rischi e perdite minimi. Sono fondamentali per garantire la stabilità e l'affidabilità delle reti elettriche. Quando si verificano problemi nei trasformatori, gli operatori di rete devono essere in grado di rilevarli rapidamente e determinare esattamente dove si trovano. "A volte, all'interno di un trasformatore si verificano disturbi noti come scariche parziali", afferma Farhad Rachidi, professore a contratto presso l'EPFL e capo del Laboratorio di compatibilità elettromagnetica (EMC). "Se gli operatori non fanno nulla per ripararli, le scariche possono causare seri danni nel tempo e persino causare l'esplosione del trasformatore."

Equazioni invertite nel tempo

Esistono numerosi sistemi in grado di rilevare scariche parziali, ma non sono molto efficaci nell'individuare la loro origine. "Con il nostro metodo, gli ingegneri possono individuare la fonte di una scarica parziale e agire rapidamente per risolvere il problema", afferma Hamid Reza Karami, scienziato presso l'EPFL EMC Lab.

"Si basa su una tecnica abbastanza recente chiamata inversione temporale, che deriva dalla 'reversibilità' delle equazioni fisiche. Quasi tutte le equazioni fisiche hanno una variabile temporale e la considerano come un valore per il futuro. Ma la maggior parte delle equazioni funziona anche con il suo negativo. Quindi la nostra tecnica prevede la sostituzione della variabile t nelle equazioni fisiche, che rappresenta il tempo, con il suo negativo:–t. In teoria, questo ci permette di tornare indietro nel tempo."

Ricostruire le onde nella direzione opposta

Le scariche parziali all'interno di un trasformatore generano due tipi di onde:acustiche ed elettromagnetiche. Nel sistema EPFL, le onde vengono catturate da un sensore e convertite in formato digitale. Un algoritmo analizza quindi le onde e le immette in un modello al computer di un trasformatore. Il modello ricostruisce le onde operando all'indietro, nel senso di marcia opposto, fino a raggiungere la sorgente della scarica. Ciò fornisce agli ingegneri informazioni precise sulla provenienza della scarica.

Il team di Rachidi sta sviluppando la propria tecnologia in collaborazione con Sparks Instruments, azienda friburghese che fornisce sistemi per il rilevamento di scariche parziali, e con HEIG-VD. "Il Technology Transfer Office dell'EPFL ci ha messo in contatto con le persone di Sparks", afferma Rachidi. "Abbiamo anche ricevuto supporto da enable, un programma EPFL per incoraggiare la ricerca e lo sviluppo, che ci ha permesso di testare e convalidare il nostro sistema. La nostra tecnologia è stata ora brevettata e stiamo lavorando con Sparks per trovare il modo migliore per portarla sul mercato".

Potenziale enorme

I metodi basati sull'inversione temporale hanno un potenziale considerevole in una serie di applicazioni e questa non è la prima svolta di Rachidi e degli ingegneri del suo laboratorio. Nel 2018 hanno brevettato un'applicazione in grado di individuare i cortocircuiti nelle reti elettriche in tempi record. "Siamo stati i primi a utilizzare l'inversione temporale per questo tipo di applicazioni", afferma.

E stanno applicando le loro conoscenze anche in altri campi:"Abbiamo depositato una domanda di brevetto per un sistema in grado di individuare l'origine dell'aritmia cardiaca e stiamo lavorando con il Prof. Marcos Rubinstein e il suo gruppo presso HEIG-VD per sviluppare un dispositivo in grado di localizzare i fulmini." + Esplora ulteriormente

Rilevare cortocircuiti tornando indietro nel tempo