Selezione e applicazione delle tecnologie di rilevamento dei guasti dei cavi di alimentazione in molteplici condizioni operative - Parte I

Lettori target: ingegneri tecnici, personale addetto alla selezione delle apparecchiature e professionisti che necessitano di comprendere i principi del metodo e le basi degli standard.

Il test dei guasti sui cavi prevede tre livelli di standard: standard di produzione delle apparecchiature, specifiche di funzionamento in loco e standard di test di accettazione, che formano un sistema standard completo.

Suggerimento per l'uso: Gli standard sono continuamente aggiornati. Quando si cita, fare riferimento alla versione attualmente valida pubblicata sul sito web ufficiale dell'Amministrazione cinese per la standardizzazione.

Riflettometria nel dominio del tempo (TDR). Nel cavo viene iniettato un impulso stretto a bassa tensione. L'impulso si propaga lungo il cavo e si riflette in posizioni con mutazione di impedenza. Lo strumento calcola la distanza del guasto misurando la differenza temporale.

Distanza dal guasto:S=V×ΔT÷2

• V: Velocità di propagazione delle onde nel cavo (m/μs), variabile a seconda dei materiali isolanti del cavo
• ΔT:differenza di tempo tra impulso trasmesso e impulso riflesso (μs)
• Diviso per 2: l'impulso percorre un viaggio di andata e ritorno e il tempo misurato è la durata del viaggio di andata e ritorno

• Punto iniziale: intersezione del fronte di salita dell'impulso trasmesso e della linea di base
• Punto finale (circuito aperto): intersezione del fronte di salita dell'impulso riflesso e della linea di base
• Punto finale (cortocircuito): intersezione del fronte di salita iniziale dell'impulso riflesso e della linea di base

Distanza per punto di campionamento:S=V÷(2×F)

• Cavo PILC: (160÷(2 *25) = 3,2 m/punto
• Cavo XLPE: (170÷(2 *25) = 3,4) m/punto

✅ Guasti di circuito aperto/cavo rotto

✅ Cortocircuito a bassa resistenza ((R ≤ 100) Ω)

✅ Misurare la lunghezza totale del cavo (per la calibrazione della velocità delle onde)

✅ Individuare giunti dei cavi, giunti a T e punti di diramazione

• Funzionamento semplice e basso costo di apprendimento
• Nessuna attrezzatura ad alta tensione richiesta, alta sicurezza
• Precisione elevata e forme d'onda chiare e intuitive
• In grado di localizzare simultaneamente giunti comuni, giunti a T e diramazioni

• Applicabile solo ai guasti a bassa resistenza (R ≤ 100 Ω)
• Per i guasti ad alta resistenza, il coefficiente di riflessione si avvicina allo zero e la forma d'onda riflessa non può essere identificata
• Impossibile rilevare direttamente i guasti di dispersione ad alta resistenza, che rappresentano circa l'80% di tutti i guasti dei cavi

I guasti ad alta resistenza mantengono un'elevata impedenza a bassa tensione, quindi gli impulsi a bassa tensione non possono generare una riflessione efficace. Il metodo del flash a impulso applica un impulso ad alta tensione per scomporre il punto di guasto in un arco elettrico istantaneo (stato di cortocircuito, della durata di decine di millisecondi). L'onda viaggiante della corrente impulsiva viene raccolta in questo momento per ottenere una forma d'onda riflessa chiara simile al cortocircuito a bassa resistenza.

Rete da 220 V → Regolatore di tensione → Trasformatore ad alta tensione → Condensatore di accumulo di energia → Spazio di scarica → Cavo di guasto

Campionatore corrente → Host test (acquisizione forma d'onda)

Caratteristiche principali della forma d'onda: impulso trasmesso, impulso riflesso e impulso inverso negativo.

• Punto iniziale: intersezione del fronte di salita dell'impulso trasmesso e della linea di base
• Punto finale: intersezione del bordo anteriore di discesa dell'impulso inverso negativo e della linea di base (impostato sul fronte di salita se non esiste alcun impulso inverso negativo)

In caso di singoli guasti ad alta resistenza, la tensione impulsiva passa attraverso il punto di guasto fino al terminale del cavo e si attiva una scarica elettrica dopo la sovrapposizione di tensione durante il viaggio di ritorno. La forma d'onda presenta una struttura a due sezioni.

Regola di lettura: prendere la distanza della seconda sezione come distanza effettiva del guasto.

✅ Difetti di dispersione ad alta resistenza ((R > 100) Ω)

✅ Guasti da flashover ad alta resistenza

✅ Difetti articolari bagnati

✅ Guasti che provocano interventi durante il funzionamento con sintomi non evidenti nelle prove a bassa tensione

• Applicabile a circa l'80% dei guasti dovuti a perdite ad alta resistenza con forte versatilità in loco
• Nessuna necessità di classificazione precisa dei tipi di guasto, elevata tolleranza ai guasti

• Sono necessarie apparecchiature ad alta tensione con severi requisiti operativi di sicurezza
• L'ampiezza dell'impulso inverso negativo varia in base alle proprietà del guasto e l'interpretazione della forma d'onda richiede esperienza
• Precisione inferiore per guasti a bassa resistenza rispetto al metodo a impulsi a bassa tensione (il ritardo di scarica porta a un errore di portata maggiore)
• Cablaggio complesso e numerose fasi operative

Una combinazione del metodo dell'impulso a bassa tensione (elevata precisione ma non valido per guasti ad alta resistenza) e del metodo del flash a impulso (applicabile a guasti ad alta resistenza ma forme d'onda complesse):

1. Trasmette impulsi a bassa tensione e registra la forma d'onda di riferimento (nessuna riflessione nel punto di guasto ad alta resistenza)
2. Applicare un impulso ad alta tensione per abbattere il punto di guasto e formare un arco elettrico
3. Trasmette impulsi a bassa tensione in modo sincrono mentre l'arco elettrico brucia. Il punto di guasto equivale a un punto a bassa resistenza, che genera una chiara riflessione di cortocircuito
4. Confronta le due forme d'onda; la differenza di posizione è il punto di guasto

Questo metodo utilizza forme d'onda chiare di impulsi a bassa tensione per realizzare il posizionamento di guasti ad alta resistenza.

✅ Difetti di dispersione ad alta resistenza (precisione maggiore rispetto al metodo flash a impulso)

✅ Operatori con esperienza insufficiente (facile interpretazione della forma d'onda)

✅ Scenari che richiedono risultati di misurazione affidabili

Nota: questo è unmetodo di posizionamento, non un metodo di intervallo. Viene utilizzato per un posizionamento preciso sul terreno dopo una misurazione approssimativa.

Applicare un impulso ad alta tensione al cavo difettoso. La scarica nel punto di guasto genera due segnali:

1. Segnale acustico: L'energia di scarica viene convertita in vibrazione meccanica e si propaga al suolo attraverso il terreno o il cemento
2. Segnale elettromagnetico: la corrente di scarica genera impulsi magnetici e si irradia a terra

I sensori di terra ricevono entrambi i segnali contemporaneamente. Quando il sensore si trova direttamente sopra il punto di guasto, la differenza nel percorso di propagazione tra i segnali acustici ed elettromagnetici è minima e la differenza temporale si avvicina allo zero.

Regola di posizionamento: Spostare il sensore per trovare la posizione con la differenza oraria minima (vicino allo 0).

• Spostare lentamente il sensore vicino al range approssimativo lungo il percorso del cavo confermato
• Non giudicare solo dal volume massimo del suono; il suono può essere riflesso da tubazioni, chiusini e strutture di giunzione per formare valori massimi falsi
• Ripetere i test 2 o 3 volte nella stessa posizione per confermare la stabilità della differenza oraria
• Verificare con il percorso del cavo e la distanza approssimativa

Il circuito del guasto della guaina del cavo ad alta tensione unipolare è costituito da guaina metallica, punto di guasto e terra. I segnali a impulsi si attenuano notevolmente a causa dell'elevato coefficiente di attenuazione della terra, quindi i metodi a impulsi convenzionali hanno un raggio d'azione effettivo estremamente limitato e non possono realizzare un posizionamento efficace.

Basandosi sul principio del ponte di Wheatstone, calcolare la distanza del guasto misurando il rapporto di resistenza tra la fase difettosa e la fase sana (o filo ausiliario). Questo metodo non si basa sulla riflessione degli impulsi ed è immune all'attenuazione terrestre.

Applicare un segnale CC o pulsante tra la guaina e la terra e misurare la differenza di potenziale (tensione di gradino) tra due punti adiacenti sul terreno. Una variazione anomala della tensione di passo vicino alla guaina danneggiata indica la direzione e la posizione del punto di guasto.

DL/T 2530.2-2024Condizioni tecniche generali per le apparecchiature di prova dei cavi di alimentazione Parte 2: Localizzatore di guasti alla guaina del cavo, recentemente pubblicato nel 2024, specifica i requisiti tecnici, i metodi di prova e le regole di ispezione per i localizzatori che adottano il metodo della tensione di gradino e il metodo della corrente a onda rettangolare pulsante.

Le faglie della guaina sono solitamente faglie chiuse con un suono di scarica estremamente debole, quindi il metodo sincrono magnetico-acustico ha scarsi effetti. Sono necessari localizzatori di guasti della guaina professionali e un'elevata esperienza operativa.

Note: Tutte le norme citate sono versioni valide al momento della compilazione. Verificare lo stato attuale degli standard prima dell'uso. Rispettare rigorosamente il DL/T 474-2018 e le norme di sicurezza pertinenti durante i test ad alta tensione.