Nel mondo odierno guidato dalla tecnologia, dove l’infrastruttura elettrica affidabile è fondamentale, i cavi di trasmissione dell’energia sono ampiamente utilizzati. I cavi fungono da fili di trasmissione dell’energia per la distribuzione elettrica, le telecomunicazioni e varie applicazioni industriali, rendendo la loro integrità e prestazioni fondamentali per garantire sicurezza, efficienza e un servizio continuo. La prova dei cavi svolge un ruolo cruciale nel verificare che i cavi rispettino gli standard e le specifiche rigorose prima della loro messa in servizio, impedendo così potenziali guasti che potrebbero comportare tempi di fermo costosi, rischi per la sicurezza e interventi di riparazione estesi.

Questo articolo tratta dei metodi di test dei cavi. Il test dei cavi si è concentrato sulla struttura isolante e sulle caratteristiche di resistenza alla tensione, alla perdita dielettrica e alla scarica parziale dell’isolamento dei cavi. .

Misurazione della resistenza dell'isolamento dei cavi (IR)

Il test della resistenza all'isolamento viene utilizzato per verificare la solidità dell'isolamento dei cavi. I tester di resistenza all'isolamento (tester di isolamento Megohmmeter) sono disponibili con diversi livelli di tensione, tra cui 500 kV, 1000 kV, 2500 kV, 5000 kV e 10 kV. Il metro M viene utilizzato per misurare la resistenza dell'isolamento, che riflette la caratteristica della perdita di energia dell'isolamento del cavo.

Secondo lo standard internazionale IEC 62067, la prova di isolamento viene effettuata tra ogni conduttore e lo schermo/la guaina metallica, nonché tra tutti i conduttori collegati tra loro. La tensione di prova deve essere di 4 kV CC per i cavi fino a 18/30 (36) kV con una durata minima di 1 minuto. Per i cavi superiori a 18/30 (36) kV, la tensione di prova deve essere di 10 kV CC per una durata minima di 1 minuto. Il valore di resistenza all’isolamento misurato dopo 1 minuto non deve essere inferiore a 5 GΩ-km.

Test di Dielettricità DC

Il test di isolamento capacitivo (test di hipot in corrente continua) è un metodo comune per valutare le caratteristiche di fuga e di isolamento dei cavi. Il test di isolamento capacitivo in corrente continua consiste nel misurare la corrente di fuga attraverso l’isolamento quando viene applicata una tensione continua. Una bassa corrente di fuga indica una buona qualità dell’isolamento.

Ma il test di isolamento DC non è un metodo affidabile per testare i cavi di potenza. Questo test non rappresenta appieno la capacità effettiva di resistenza del cavo. Le scariche della cavità dello smorzatore, gli effetti di retro-EMF e la mascheratura dei guasti possono tutti portare a risultati inaccurati o addirittura dannosi quando si utilizza il test DC.

1. Ci sono i limiti del test di conduttività dielettrica DC per cavi dielettrici solidi come l’XLPE. I cavi dielettrici solidi come l’XLPE presentano piccole aperture sferiche all’interno della guaina isolante. Queste aperture sferiche possono rilasciare energia a tensione DC, il che aumenta la resistenza apparente dielettrica. Ciò non rispecchia accuratamente la reale capacità di resistenza dielettrica del cavo.
2. Quando la polarità della tensione DC applicata viene invertita, si verifica un effetto retro-EMF. Questo retro-EMF può ridurre significativamente la resistenza dielettrica del cavo, effetto che non viene rilevato durante i test DC.
3. Quando un cavo in XLPE presenta un difetto, la prova DC può talvolta “bruciare” il difetto. Ciò può portare a una lettura della resistenza isolante ingiustamente elevata, nascondendo i difetti sottostanti.

Test di frequenza molto bassa (VLF Testing)

Il test VLF è un test di tensione di resistenza AC utilizzato principalmente sui cavi a bassa e media tensione mediante un intervallo di frequenza da 0,1 Hz a 0,01 Hz tramite l’emissione di una forma d’onda sinusoidale. Serve a individuare eventuali guasti nell’isolamento del cavo in base alla tensione applicata in quel momento.

VLF Testing per l'isolamento dei cavi: vantaggi

1) Riduzione dello stress da tensione

Livelli di tensione inferiori: i test VLF (Very Low Frequency) vengono effettuati a tensioni significativamente inferiori rispetto ai test tradizionali per la verifica dei potenziali elevati (hipot).

riducendo i livelli di tensione si riduce la probabilità di danneggiamento o accelerazione dell'invecchiamento dell'isolamento del cavo, aspetto cruciale nei cavi più vecchi o deteriorati, che potrebbero essere più vulnerabili alle sollecitazioni a alto voltaggio.

I test di isolamento ad alta tensione possono esacerbare i problemi esistenti nei cavi invecchiati, mentre i test VLF offrono un’alternativa più delicata che aiuta a mantenere l’integrità di tale infrastruttura.

2) Migliorata sensibilità ai difetti

Rilevamento di problemi sottili: I test VLF, con la loro gamma di frequenze più bassa (tipicamente da 0,1 Hz a 1 Hz), sono più efficaci nel rilevare le scariche parziali e altri difetti di isolamento più sottili.

3) Simulazione realistica delle condizioni operative

Imitazione delle condizioni di campo: la forma d’onda sinusoidale e la frequenza inferiore dei test VLF simularono da vicino le reali condizioni operative che i cavi devono affrontare sul campo.

Valutazione delle prestazioni migliore: questa simulazione realistica consente di valutare le prestazioni del cavo in condizioni di stress pratiche, a differenza degli picchi improvvisi di tensione riscontrati durante i test di hipot.

Informazioni sulla affidabilità a lungo termine: I risultati dei test VLF possono fornire una indicazione più accurata sulla affidabilità a lungo termine del cavo e sulla sua durata prevista.

4) Attrezzatura di test compatta e leggera

Le apparecchiature per i test VLF sono generalmente più compatte, leggere e più facili da trasportare rispetto ai test di resistenza alle frequenze elettriche. Questa portabilità rende i test VLF più pratici e accessibili per le prove sul campo dei cavi installati, soprattutto in località remote o difficilmente raggiungibili.

I test VLF offrono numerosi vantaggi rispetto alle tradizionali prove di resistenza alla tensione AC, rendendoli un metodo preferito per valutare l’isolamento dei cavi, soprattutto in situazioni in cui si utilizzano cavi più vecchi o deteriorati. La loro capacità di rilevare difetti sottili, simulare le condizioni reali e offrire una soluzione di test più sicura e portatile si allinea agli standard industriali e contribuisce a garantire l’affidabilità e la durata dei sistemi di cavi elettrici.

Test di risonanza AC

Il sistema di test di risonanza AC è una soluzione efficace per risolvere i limiti del test della frequenza di alimentazione diretta per i cavi lunghi,

Principio di funzionamento: Il sistema di test per la risonanza AC utilizza la capacità inerente del cavo da testare e un'induttanza regolabile per creare un circuito risonante in serie. La frequenza di uscita è compresa tra 30 e 300 Hz.

All'intervallo di frequenza di risonanza, le resistenze induttiva e capacitiva si annullano a vicenda, determinando un'impedenza molto bassa nel circuito.

Il circuito risonante del sistema di test di risonanza AC minimizza i requisiti di potenza reattiva, portando a un'efficienza più elevata e a un consumo energetico inferiore.

Testazione flessibile: l’induttanza regolabile consente di adattare il sistema alle diverse lunghezze e capacità dei cavi.

Migliorata sicurezza: il circuito risonante limita la corrente di prova, riducendo il rischio di danni al cavo da testare.

Durante l'applicazione sul posto, tuttavia, variazioni nella capacità del cavo dovute a variazioni di temperatura, allungamento o altri fattori possono alterare la frequenza di risonanza, rendendo necessario un continuo aggiustamento dell'induttore. L'instabilità nella condizione di risonanza può portare a risultati di prova inaccurati o persino a danni al cavo da testare. Eventuali problemi o malfunzionamenti nelle varie componenti possono influire sulla performance complessiva e sull'affidabilità del test.

Misurazione della perdita dielettrica dei cavi

I materiali isolanti per cavi presentano perdite dielettriche a causa delle imperfezioni intrinseche e degli effetti di polarizzazione all’interno dell’isolamento. Queste perdite, note anche come dissipazione dielettrica o fattore di potenza (tanδ), indicano la qualità e lo stato di invecchiamento dell’isolamento.

Il valore della perdita dielettrica (tan δ o DF) fornisce informazioni sulla condizione dell’isolamento del cavo: una perdita dielettrica bassa indica un isolamento di buona qualità e ben mantenuto. Una perdita dielettrica aumentata può indicare problemi come l’ingresso di umidità, l’invecchiamento termico o la degradazione dell’isolamento.

Invecchiamento e fattori ambientali: fattori come l’umidità, i contaminanti e lo stress termico possono accelerare la degradazione dell’isolamento e aumentare le perdite dielettriche. La misura non è in grado di rilevare efficacemente la degradazione parziale e l’umidità, inclusa la problematica del contatto tra cavo e supporto. Presenta limitazioni che la rendono meno adatta ai test in loco.

PD per il collaudo dei cavi

La scarica parziale è una scarica elettrica localizzata che si verifica all'interno del materiale isolante, solitamente a causa di imperfezioni come crepe o umidità.

La prova PD consiste nel rilevare e analizzare le piccole scariche elettriche che si verificano all'interno o sulla superficie dell'isolamento del cavo a causa di aree localizzate ad alta tensione.

La presenza di un vuoto nella guaina e di umidità all'interno dell'isolamento in gomma-plastica indica potenziali difetti nel sistema di isolamento.

Comportamento della scarica parziale (PD): alla tensione CC nominale non si osserva alcun processo di PD o solo un breve periodo di PD. Alla tensione CA nominale la PD può o non può verificarsi; se ciò accade, il processo è di breve durata.

La misura della scarica parziale viene solitamente eseguita solo per particolari componenti del cavo, come il contatto centrale e i terminali.

Teste dell'onda oscillante

Il test dell'onda oscillante è un metodo utilizzato per testare l'isolamento dei cavi di potenza ad alta tensione e di altre apparecchiature elettriche.

Sulla base del principio dell’oscillazione assorbita LCR, viene realizzata una loop di oscillazione assorbita grazie al reattore ad alta tensione integrato, al commutatore a stato solido ad alta tensione in tempo reale e al cavo. Una tensione sinusoidale a frequenza di potenza viene applicata al cavo per raccogliere e analizzare i segnali di scarica nei punti deboli del cavo.

È utilizzato per il test di messa in servizio dei cavi ad alta tensione.

In conclusione

• Anche se esistono diversi metodi di misura per i cavi di alimentazione. Test di conduttività dielettrica DC È facile da utilizzare e può rilevare i fenomeni di guasto. Tuttavia, la corrente di fuga in corrente continua non è efficace per determinare la durata del cavo. La prova di isolamento dielettrico in corrente continua non rappresenta appieno la capacità effettiva di resistenza del cavo. Inoltre, è stato verificato che presenta un isolamento dielettrico solido danneggiato. .
• Testatore VLF È compatto e facile da utilizzare sul posto di lavoro. Il test VLF sottopone il sistema di isolamento a condizioni operative più realistiche applicando una forma sinusoidale a una frequenza simile a quella del sistema elettrico. Secondo lo standard internazionale IEC 60060-3 e IEC 60060-3, il tester VLF è una scelta valida per la diagnosi dei cavi elettrici. Tuttavia, finora il sistema di test VLF viene utilizzato principalmente per cavi HV/MV da ≤35kV.
• Sistema di test di risonanza AC Può rilevare efficacemente l’isolamento del cavo. È composto da un alimentatore a frequenza variabile, un reattore HV, un divisore di tensione e un trasformatore di eccitazione. È generalmente utilizzato su cavi da 66 kV o superiori. Per cavi a tensione più lunga e più elevata, il sistema di prova di risonanza AC può risultare ingombrante, complesso e costoso da mantenere.
• Il test PD consente di rilevare particolari componenti dei contatti e dei terminali del cavo. Tuttavia, per funzionare correttamente, questo sistema deve essere molto sensibile. Inoltre, i segnali di interferenza possono influire significativamente sulla rilevazione e la diagnosi della scarica parziale del cavo durante i test in loco. Le tre principali fonti di interferenza sono: i segnali di corona o di scarica parziale provenienti dalle apparecchiature operative circostanti, i segnali di scarica parziale provenienti dal dispositivo di prova della tensione di arresto CA stesso e i segnali di corona generati dalle spine del circuito di prova della tensione di arresto CA.