Development of a monitoring, diagnostics and prognostics system for spring charging motors of MV circuit breakers

There is a growing interest for the development and integration of systems able to carry out a correct and reliable monitoring, diagnostics and prognostics of Medium Voltage circuit breakers. To the purpose of reliable monitoring, diagnostics and prognostics of the whole circuit breaker, development and implementation of several systems and algorithms are required, each of which monitors the current condition of one or more components and provides a prediction about its change as a consequence of the next opening and closing operations. In this study a monitoring, diagnostics and prognostics system for spring charging motors of Medium Voltage circuit breakers based on the analysis of current waveform has been developed. Final purpose of this development is integration in MySiteCare monitoring and diagnostics system for Medium Voltage circuit breakers and switchgears, currently developed, produced and sold by ABB. This study is based on a test campaign (run in MV Experimental Laboratory in the ABB S.p.A. plant in Dalmine, BG) intended to identify the possible causes of malfunctionings and failures of the analyzed components, and to verify which are their effects on the waveform of the supply current absorbed during the spring charging operation. Based on test results, a system (including measurement apparatus and a data processing algorithm) has then been designed to detect a wear condition of the components, both from the electrical and the mechanical point of view, before a failure occurs, so to allow planning of an effective predictive maintenance (Condition Based Maintenance). As part of the testing process, the developed system has been compared with the solution currently implemented on the MySiteCare ABB system, showing a remarkable increase in reliability of the preventive detection of wear condition of the component. Finally, some additional solutions for further improvement of the measurement system and of the algorithm have been suggested. The algorithm described here is currently the object of a European patent application (filing number 15160331.3) and is under implementation by ABB for integration on MySiteCare system.

Lo sviluppo e l’integrazione nelle applicazioni in Media Tensione di sistemi in grado di eseguire una corretta ed affidabile attività di monitoraggio, diagnostica e prognostica degli interruttori sta assumendo un’importanza sempre maggiore. Per realizzare un affidabile sistema di monitoraggio, diagnostica e prognostica dell’intero interruttore è necessario sviluppare ed implementare diversi sistemi ed algoritmi che siano in grado di eseguire un monitoraggio online dello stato attuale di ognuno dei suoi componenti e di effettuare una previsione sulle conseguenze delle successive manovre di apertura e chiusura. In questo lavoro è stato sviluppato un sistema di monitoraggio, diagnostica e prognostica per i motoriduttori di caricamento molle di interruttori di Media Tensione basato sull’analisi della forma d’onda della corrente di alimentazione. Tale sistema è stato sviluppato al fine di essere successivamente integrato nel sistema di monitoraggio e diagnostica online per interruttori e quadri di Media Tensione MySiteCare attualmente sviluppato, prodotto e venduto da ABB. Il lavoro è basato su una campagna sperimentale (condotta presso il Laboratorio Sperimentale MV dello stabilimento ABB S.p.A. di Dalmine, BG) volta a identificare quali siano le possibili cause di malfunzionamenti e rotture dei componenti analizzati e a verificare i loro effetti sulla forma d’onda delle corrente assorbita durante l’operazione di caricamento della molla. Sulla base dei risultati è stato ideato un sistema (composto da un apparato di misura e da un algoritmo di elaborazione dei dati) che, basandosi su queste considerazioni, sia in grado di rilevare un’usura del componente sia da un punto di vista elettrico che da un punto di vista meccanico prima che sopraggiunga un guasto, al fine di consentire la pianificazione di un’efficace manutenzione predittiva (Condition Based Maintenance). Durante le prove il sistema sviluppato è stato confrontato con la soluzione precedente implementata sul sistema MySiteCare di ABB, evidenziando un notevole incremento dell’affidabilità nel rilevamento preventivo della condizione di usura del componente. Sono state infine indicate ulteriori possibili soluzioni per un successivo miglioramento del sistema di misura e dell’algoritmo sviluppato. L’algoritmo qui descritto è attualmente oggetto di richiesta di brevetto europeo (numero di protocollo 15160331.3) ed è in corso di implementazione da parte di ABB per l’integrazione sul sistema MySiteCare.