Ingenjörer vid EPFLs Electromagnetic Compatibility Laboratory har utvecklat en revolutionerande metod för att upptäcka och lokalisera partiella urladdningar, som stör funktionen hos krafttransformatorer.

Transformatorer spelar en central roll i kraftdistributionssystem, vilket gör det möjligt att transportera elkraft över långa avstånd med minimal risk och förluster. De är avgörande för att säkerställa stabiliteten och tillförlitligheten hos elnäten. När problem uppstår i transformatorer måste nätoperatörerna kunna upptäcka dem snabbt och avgöra exakt var de befinner sig. "Ibland uppstår störningar som kallas partiella urladdningar inuti en transformator", säger Farhad Rachidi, adjungerad professor vid EPFL och chef för Electromagnetic Compatibility (EMC) Laboratory. "Om operatörerna inte gör något för att åtgärda dem kan urladdningarna leda till allvarliga skador med tiden och till och med få transformatorn att explodera."

Tidsomvända ekvationer

Det finns ett antal system som kan upptäcka partiella urladdningar, men de är inte särskilt effektiva för att fastställa var de kommer från. "Med vår metod kan ingenjörer lokalisera källan till en partiell urladdning och agera snabbt för att lösa problemet", säger Hamid Reza Karami, forskare vid EPFL EMC Lab.

"Den är baserad på en ganska ny teknik som kallas tidsreversering, som härrör från 'reversibiliteten' av fysikekvationer. Nästan alla fysikekvationer har en tidsvariabel och betraktar den som ett värde framåt. Men de flesta ekvationer fungerar också med dess negativa. Så vår teknik innebär att ersätta t-variabeln i fysikekvationer, som representerar tid, med dess negativa:–t. Teoretiskt låter det oss gå tillbaka i tiden."

Rekonstruera vågor i motsatt riktning

Partiella urladdningar inuti en transformator genererar två typer av vågor:akustiska och elektromagnetiska. I EPFL-systemet fångas vågorna av en sensor och omvandlas till digitalt format. En algoritm analyserar sedan vågorna och matar in dem i en datormodell av en transformator. Modellen rekonstruerar vågorna genom att arbeta bakåt, i motsatt färdriktning, tills den når urladdningskällan. Det ger ingenjörer exakt information om varifrån utsläppet kommer.

Rachidis team utvecklar sin teknologi tillsammans med Sparks Instruments, ett Fribourg-baserat företag som levererar system för att detektera partiella urladdningar, och med HEIG-VD. "EPFL:s teknologiöverföringskontor satte oss i kontakt med människorna på Sparks", säger Rachidi. "Vi fick också stöd från enable, ett EPFL-program för att uppmuntra FoU, vilket gjorde det möjligt för oss att testa och validera vårt system. Vår teknologi har nu patenterats och vi arbetar med Sparks för att hitta det bästa sättet att ta den till marknaden."

Enorm potential

Tidsomkastningsbaserade metoder har stor potential i en mängd applikationer – och detta är inte det första genombrottet av Rachidi och ingenjörerna på hans labb. 2018 patenterade de en applikation som kan lokalisera kortslutningar i elnät på rekordtid. "Vi var de första som använde tidsreversering för den här typen av applikationer", säger han.

Och de tillämpar sin kunskap på andra områden också:"Vi har lämnat in en patentansökan för ett system som kan fastställa ursprunget till hjärtarytmi, och vi arbetar med prof. Marcos Rubinstein och hans grupp vid HEIG-VD för att utveckla en enhet som kan lokalisera blixtar." + Utforska vidare

Upptäcker kortslutningar genom att gå tillbaka i tiden