Ingenieurs van EPFL's Electromagnetic Compatibility Laboratory hebben een revolutionaire methode ontwikkeld voor het detecteren en lokaliseren van gedeeltelijke ontladingen die de werking van stroomtransformatoren verstoren.

Transformatoren spelen een centrale rol in stroomdistributiesystemen, waardoor het mogelijk is om elektrische stroom over lange afstanden te transporteren met minimale risico's en verliezen. Ze zijn cruciaal voor het waarborgen van de stabiliteit en betrouwbaarheid van elektriciteitsnetten. Wanneer zich problemen voordoen in transformatoren, moeten netbeheerders deze snel kunnen detecteren en precies kunnen bepalen waar ze zich bevinden. "Soms treden storingen op die bekend staan ​​als gedeeltelijke ontladingen in een transformator", zegt Farhad Rachidi, adjunct-professor bij EPFL en hoofd van het Electromagnetic Compatibility (EMC) Laboratory. "Als operators niets doen om ze te repareren, kunnen de ontladingen na verloop van tijd leiden tot ernstige schade en zelfs tot ontploffing van de transformator."

Tijdsomgekeerde vergelijkingen

Er zijn een aantal systemen die gedeeltelijke lozingen kunnen detecteren, maar ze zijn niet erg effectief om te bepalen waar ze vandaan komen. "Met onze methode kunnen ingenieurs de bron van een gedeeltelijke ontlading lokaliseren en snel handelen om het probleem op te lossen", zegt Hamid Reza Karami, wetenschapper bij het EPFL EMC Lab.

"Het is gebaseerd op een vrij recente techniek die tijdomkering wordt genoemd en die voortkomt uit de 'omkeerbaarheid' van natuurkundige vergelijkingen. Vrijwel alle natuurkundige vergelijkingen hebben een tijdvariabele en beschouwen deze als een toekomstige waarde. Maar de meeste vergelijkingen werken ook met zijn negatieve. Onze techniek houdt dus in dat we de variabele t in natuurkundige vergelijkingen, die tijd vertegenwoordigt, vervangen door zijn negatieve:-t. Theoretisch stelt dat ons in staat terug in de tijd te gaan.'

Reconstructie van golven in de tegenovergestelde richting

Gedeeltelijke ontladingen in een transformator genereren twee soorten golven:akoestische en elektromagnetische. In het EPFL-systeem worden de golven opgevangen door een sensor en omgezet in digitaal formaat. Een algoritme analyseert vervolgens de golven en voert ze in een computermodel van een transformator. Het model reconstrueert de golven door achteruit te werken, in de tegenovergestelde rijrichting, totdat het de bron van de ontlading bereikt. Dat geeft ingenieurs nauwkeurige informatie over waar de ontlading vandaan komt.

Het team van Rachidi ontwikkelt hun technologie samen met Sparks Instruments, een in Fribourg gevestigd bedrijf dat systemen levert voor het detecteren van deelontladingen, en met HEIG-VD. "Het Technology Transfer Office van EPFL bracht ons in contact met de mensen van Sparks", zegt Rachidi. "We kregen ook steun van enable, een EPFL-programma om R&D aan te moedigen, waardoor we ons systeem konden testen en valideren. Onze technologie is nu gepatenteerd en we werken samen met Sparks om de beste manier te vinden om het op de markt te brengen."

Enorm potentieel

Op tijdomkering gebaseerde methoden hebben een aanzienlijk potentieel in een groot aantal toepassingen - en dit is niet de eerste doorbraak van Rachidi en de ingenieurs in zijn laboratorium. In 2018 patenteerden ze een applicatie die in recordtijd kortsluitingen in elektriciteitsnetten kan lokaliseren. "We waren de eersten die tijdomkering gebruikten voor dit soort toepassingen", zegt hij.

En ze passen hun kennis ook op andere gebieden toe:"We hebben een octrooiaanvraag ingediend voor een systeem dat de oorsprong van hartritmestoornissen kan lokaliseren, en we werken samen met Prof. Marcos Rubinstein en zijn groep bij HEIG-VD om een apparaat ontwikkelen dat bliksem kan lokaliseren." + Verder verkennen

Kortsluiting detecteren door terug in de tijd te gaan