Modernizzazione dell'infrastruttura ferroviaria con amplificatori di isolamento ad alta tensione di Knick e sistemi DAQ di Dewesoft

Ogni giorno, miliardi di persone in tutto il mondo utilizzano i mezzi di trasporto pubblico nelle grandi e piccole città. Le applicazioni in ambito ferroviario richiedono il monitoraggio e la manutenzione di centinaia di sottocentrali di corrente di trazione, interruttori di potenza, trasformatori, raddrizzatori e relè di protezione. Nell’infrastruttura ferroviaria è necessario rilevare continuamente numerosi parametri quali tensione, corrente e temperatura. Un’azienda di trasporto locale si trovava ad affrontare il problema di non poter rilevare il numero elevato di canali con i sistemi di misura disponibili. Per superare questa sfida, l’azienda di trasporto locale era alla ricerca di trasmettitori ad alta tensione e sistemi di acquisizione dati per la tecnologia ferroviaria. Nell'articolo seguente potrete scoprire quale soluzione ha trovato e di quali vantaggi ha beneficiato.

La sfida

Il monitoraggio della tensione, della corrente e delle temperature nelle sottocentrali di corrente di ferroviarie e nei punti di accoppiamento richiede requisiti tecnici elevati, in particolare per impianti con interruttori di potenza ad alta velocità, trasformatori, raddrizzatori e relè di protezione. Il monitoraggio di automotrici, valori di corrente e tensione e componenti delle sottocentrali è strettamente correlato e richiede sistemi DAQ ad alto isolamento e trasmettitori ad alta tensione. Gli ingegneri della società di trasporti hanno riconosciuto la necessità di un sistema decentralizzato per l'acquisizione sincrona dei dati e si sono messi alla ricerca di una soluzione.

Poiché i treni della società di trasporti sono alimentati elettricamente, il monitoraggio di tensioni e correnti elevate è di fondamentale importanza. Affinché questi dati possano essere registrati in modo sicuro, l’hardware utilizzato deve disporre di una separazione del potenziale affidabile. Le misurazioni devono inoltre essere estremamente precise e rapide. La corretta classificazione di queste grandezze elettriche in relazione alle prestazioni delle apparecchiature della sottocentrale è cruciale.

Grazie alla comunicazione diretta tra trasmettitore, relè di protezione e interruttore di potenza ad alta velocità, è possibile rilevare tempestivamente e risolvere rapidamente cortocircuiti e altri eventi potenzialmente pericolosi. Sicurezza, velocità e precisione sono essenziali per registrare in modo affidabile i processi transitori in condizioni di funzionamento variabili.

I trasformatori e i raddrizzatori convertono la corrente dalla tensione alternata della rete elettrica e la immettono nel sistema di alimentazione ferroviario. Gli aumenti di temperatura possono indicare collegamenti elettrici allentati, usurati o difettosi, pertanto è indispensabile monitorarli in diversi punti di misura.

Grazie a un monitoraggio accurato di tensione, corrente e temperatura, l’azienda di trasporto locale è in grado di risolvere i problemi prima che questi compromettano il funzionamento o causino problemi di sicurezza. Il monitoraggio continuo consente all’azienda di trasporto di determinare lo stato generale degli impianti ferroviari e, allo stesso tempo, di raccogliere preziosi dati storici per analizzare le cause dei malfunzionamenti del sistema. In questo modo, i team di manutenzione rimangono sempre informati sulle condizioni degli impianti ed è possibile evitare in modo mirato potenziali interruzioni del funzionamento.

Gli ingegneri della società di trasporto locale hanno analizzato il mercato e hanno scoperto i trasmettitori ad alto isolamento di Knick e il sistema DAQ Krypton di Dewesoft:

Soluzione n. 1: Trasmettitori Knick

Le specifiche elettriche della società di trasporti contengono un elenco completo dei requisiti che i trasmettitori devono soddisfare. Tra questi figurano un efficace isolamento permanente a partire da 2,2 kV per la protezione contro le tensioni continue e una tensione di prova di 10 kV per la protezione contro le sovratensioni transitorie. Per rilevare con precisione i segnali transitori, i valori misurati devono essere lineari almeno fino al 200 % dell’intervallo nominale del trasmettitore. La velocità di trasmissione gioca un ruolo fondamentale: una variazione del 90 % del segnale di ingresso deve apparire in uscita entro 110 microsecondi, nota come T90.

I dati di prova ottenuti con i trasmettitori Knick della serie P41000 dimostrano la linearità fino al doppio dell'intervallo nominale.

L’azienda di trasporto locale ha optato per i trasmettitori di corrente Knick della serie P41000 e i trasmettitori di tensione Knick della serie P42000. Questi modelli soddisfano i requisiti del progetto, o addirittura li superano, e si sono affermati nel corso degli anni come trasmettitori standard per applicazioni ferroviarie complesse.

Questi dispositivi compatti possono essere installati su guide di montaggio DIN. La parametrizzazione di ingresso e uscita può essere selezionata in modo flessibile. L'alimentazione di tensione universale supporta da 20 a 253 V AC/DC. L'isolamento galvanico a 3 porte tra ingresso, uscita e alimentazione offre una protezione permanente dalla tensione fino a 3 600 V AC/DC.

Il P41000 misura la corrente tramite la tensione di shunt, in questo caso con un ingresso nominale di ±50 mV scelto dalla società di trasporti. In combinazione con uno shunt potente, è possibile misurare in modo preciso e sicuro correnti fino a 25 kA DC.

Con il trasmettitore di tensione P42000, l'azienda di trasporto pubblico locale ha pianificato il monitoraggio di un intervallo nominale bipolare di 1 000 V DC e il rilevamento di malfunzionamenti del sistema fino a ±2 000 V DC. I vantaggi dei trasmettitori ad alta tensione Knick nei sistemi ferroviari sono stati immediatamente evidenti: essi sono in grado di fornire dati anche a frequenze di taglio superiori a 5 kHz.

Knick’s P41000 and P42000 series high-voltage transducers

Soluzione n. 2: KRYPTON

I moduli KRYPTON DAQ combinano un grado di protezione IP67, un intervallo di temperatura di funzionamento estremo da -40 a +85 °C (da -40 a +185 °F) e una resistenza agli urti fino a 100 g, senza scendere a compromessi in fatto di prestazioni. Grazie alla loro struttura compatta, i moduli KRYPTON possono essere facilmente integrati negli armadi elettrici delle infrastrutture di trasporto locale.

La serie KRYPTON DAQ di Dewesoft comprende moduli a canale singolo e multicanale.

I moduli KRYPTON utilizzano ADC a 24 bit con filtro anti-aliasing integrato su ogni canale, per garantire le massime prestazioni DAQ. I moduli KRYPTON forniscono risultati di misurazione precisi con un’elevata larghezza di banda. Anche l’isolamento e i collegamenti industriali standardizzati hanno svolto un ruolo fondamentale. I moduli KRYPTON comunicano tramite EtherCAT, un’interfaccia Ethernet appositamente adattata per i sistemi DAQ per la trasmissione di corrente, segnali e informazioni temporali su un unico cavo. Il protocollo EtherCAT garantisce la sincronizzazione temporale di tutti i moduli nella catena di misura.

Con una frequenza di campionamento di 20 kHz, il modulo KRYPTONi-8xLA esegue contemporaneamente analisi FFT e armoniche di tutti gli ingressi analogici. Funzioni quali la creazione di formule personalizzate, filtri e statistiche in tempo reale rendono Dewesoft la soluzione ideale.

Gli ingressi digitali dei moduli KRYPTONi-16xDI acquisiscono con precisione i segnali digitali di ingresso e uscita dei relè DC. Questi segnali digitali attivano una registrazione con la massima frequenza di campionamento prima e dopo lo spegnimento di un interruttore di potenza, acquisendo picchi di tensione di breve durata senza perdite e con un’elevata precisione. Queste registrazioni ad alta velocità sono fondamentali per individuare le cause dei malfunzionamenti e aiutano gli ingegneri della società di trasporto locale a sviluppare soluzioni e prevenire malfunzionamenti futuri.

Modulo KRYPTONi-8xLA

Modulo KRYPTONi-16xDI

Conclusione

L’azienda di trasporto locale ha investito strategicamente nelle soluzioni di Knick e Dewesoft per potenziare la propria infrastruttura ferroviaria. Le uscite scalari dei trasmettitori Knick si adattano perfettamente agli ingressi dei moduli KRYPTON di Dewesoft. Questi dispositivi raccolgono e analizzano sia dati storici che dati in tempo reale, consentendo agli ingegneri dell’azienda di trasporto pubblico di prendere decisioni informate. È quindi possibile individuare e gestire in tempo reale eventuali guasti imprevisti nel sistema di distribuzione dell’energia elettrica. La sicurezza dei sistemi elettrici e delle persone che li utilizzano è una priorità assoluta.

Il monitoraggio e la manutenzione degli impianti di corrente di trazione rappresentano una vera sfida. La combinazione delle soluzioni presentate e il know-how degli ingegneri dell’azienda di trasporto locale hanno ridotto i tempi di fermo, migliorato le prestazioni e aumentato l'efficienza. Grazie a questi miglioramenti aumenta la soddisfazione dei passeggeri.