Introduzione ai test dei cavi VLF

Garantire l'affidabilità e l'efficienza delle reti elettriche è cruciale nella gestione delle moderne infrastrutture. Una delle tecniche più consolidate per la valutazione dello stato dei cavi è il test a frequenza molto bassa (VLF), un metodo chiave per rilevare i punti deboli dell'isolamento, prevenire guasti imprevisti e prolungare la durata operativa utile dei sistemi di cavi.

Tradizionalmente i cavi di alimentazione venivano testati tramite tensione CA standard a 50/60 Hz, ma la marcata natura capacitiva dei cavi ha reso questo approccio impraticabile per la diagnostica in loco. Negli ultimi 30 anni i test VLF si sono affermati come un'alternativa ampiamente accettata, fornendo un modo più efficiente per valutare l'integrità dei cavi con requisiti di potenza più bassi e portabilità migliorata. Oltre al semplice rilevamento dei guasti, i test VLF sono ora un componente fondamentale della diagnostica dei cavi, consentendo alle utility di prendere decisioni di manutenzione oculate che migliorano la resilienza della rete.

In questo blog, il primo della serie Test e diagnostica dei cavi MV, esploreremo la storia dei test VLF, il loro ruolo nella diagnostica dell'isolamento e in che modo tecniche avanzate come la misurazione della scarica parziale (PD) e l'analisi del tan delta fungono da complemento a questo metodo. Comprendendo l'evoluzione dei test VLF è possibile capire meglio come questi test supportano strategie di manutenzione proattiva e contribuiscono a una maggiore affidabilità della fornitura di energia.

Le origini dei test VLF

I moderni test VLF dei cavi a 0,1 Hz hanno conosciuto un’ampia diffusione nei primi anni '90. L'obiettivo principale di tali test consisteva nell’identificare i difetti pericolosi dal punto di vista operativo causati da “alberi elettrici”, che sono attivati dal “water treeing”, ossia la formazione di alberi d’acqua, all'interno di sistemi di cavi con isolamento in plastica. La prima generazione di cavi in polietilene reticolato (XLPE) presentava problemi significativi a causa delle molecole d'acqua intrappolate nell'isolamento durante il processo di produzione.

Sotto l'influenza di un campo elettrico, del calore e di altri sottoprodotti, queste molecole d'acqua davano luogo alla formazione di “alberi d'acqua” nell'isolamento. Con l’andare del tempo, gli alberi d'acqua degradavano le proprietà isolanti del materiale, finendo per trasformarsi in “alberi elettrici”. Gli alberi elettrici potevano causare rapide rotture nell'isolamento dei cavi, comportando di conseguenza guasti inattesi delle sezioni dei cavi.

Nei primi anni '90, quando i guasti causati da questi fenomeni divennero più frequenti, la ricerca accademica esplorò i modi in cui prevenire in futuro i problemi associati al “water treeing”. All’epoca non erano ancora disponibili misurazioni diagnostiche sensibili in loco, cosicché il test dei cavi era l'unico metodo praticabile per garantire la prontezza operativa di un sistema di cavi. Il processo di test permetteva che i difetti provocassero guasti durante i test piuttosto che durante il normale funzionamento, evitando interruzioni impreviste.

Al giorno d’oggi, i processi di produzione dei cavi XLPE sono migliorati, riducendo significativamente il rischio che le molecole d'acqua rimangano intrappolate nell'isolamento. Di conseguenza, la formazione di alberi d'acqua ora è inesistente o trascurabile. I test di resistenza VLF, tuttavia, sono ancora utilizzati sui cavi appena installati per rilevare i problemi di lavorazione e garantire l'eccitazione sicura del sistema di cavi.

Dai test alla diagnostica

Sebbene l'obiettivo principale del test dei cavi sia identificare i difetti pericolosi dal punto di vista operativo e causare guasti in condizioni di sicurezza, la diagnostica dei cavi è incentrata sul rilevamento dei problemi senza rischiare di danneggiare il sistema di cavi. La diagnostica mira a individuare e localizzare potenziali problemi all'interno del sistema di cavi, preservando al contempo l’integrità dell'isolamento.

Ricerche condotte nel corso degli anni hanno dimostrato che gli errori di assemblaggio, che non causano guasti elettrici immediati, sono spesso la causa principale all’origine dei guasti dei cavi. Questi difetti richiedono tempo per svilupparsi e non possono essere rilevati con i test standard sui cavi. È in questo scenario che la diagnostica di scarica parziale (PD) diventa essenziale.

Gli errori di assemblaggio degli accessori dei cavi possono causare scariche parziali, cosicché gli accessori sono soggetti a invecchiamento prematuro e, infine, a guasti. Le tecniche avanzate di misurazione PD sono in grado di rilevare e individuare in modo efficiente queste scariche, consentendo di identificare gli accessori che potrebbero subire guasti in futuro, senza spingere il cavo fino al punto di rottura o richiedere riparazioni immediate.

Un altro potente strumento diagnostico è la misurazione tan delta, che valuta l'invecchiamento complessivo dell'isolamento del cavo misurandone le perdite dielettriche. Perdite elevate spesso sono indice di deterioramento dell'isolamento o ingresso di umidità, fenomeni potenzialmente in grado di causare guasti a cascata.

Le misurazioni tan delta forniscono informazioni preziose sul processo di invecchiamento del cavo, consentendo di prendere decisioni più oculate sulla gestione delle risorse e contribuendo a prevenire futuri guasti operativi.

Conclusione

La gestione delle risorse dei cavi si è evoluta passando dai test di resistenza di base alle tecniche diagnostiche avanzate che offrono informazioni più dettagliate sulle condizioni dei cavi. Con i miglioramenti nella produzione di cavi che riducono i rischi tradizionali, la diagnostica moderna, tra cui le misurazioni della scarica parziale e del tan delta, svolge un ruolo cruciale nell'identificazione dei problemi emergenti prima che diano luogo a veri e propri guasti. Implementando una combinazione di test e diagnostica è possibile migliorare l'affidabilità, ridurre al minimo le interruzioni e prolungare la durata utile dell'infrastruttura dei cavi.

Non perderti il prossimo capitolo della serie Test e diagnostica dei cavi MV in cui illustreremo quattro metodi chiave per i test e la diagnostica dei cavi, spiegando come possono aiutare a mantenere le reti in condizioni ottimali di funzionamento.