Furto di elettricità: un problema sottovalutato

Autore: Peter Herpertz, Product Manager

Il furto di elettricità è un problema ampiamente sottovalutato. I ladri considerano le loro azioni come un reato minore, o anche come una sfida sportiva, ma le perdite che ne derivano sono tutt'altro che lievi per le utenze elettriche. In alcuni paesi, si stima che fino al 50% dell'elettricità generata venga rubata e, solitamente, chi finisce sempre a coprire i costi di questo furto è un consumatore onesto.

Fino a poco tempo fa, il rilevamento di connessioni illegali dei consumatori era quasi impossibile. Le tecniche tradizionali di misurazione della riflessione degli impulsi (TDR) non offrono la risoluzione necessaria per individuare gli allacci illegali alla rete elettrica, soprattutto quando si trovano in prossimità del punto di collegamento dello strumento di misurazione. I tipi di cavi a bassa tensione utilizzati nei sistemi di distribuzione locali aumentano le difficoltà a causa della loro natura non uniforme e delle loro curve strette. Queste creano disturbi e riflessioni che impediscono anche ai tecnici esperti di riconoscere connessioni illegali.

Inoltre, quando si effettuano misurazioni con riflettometro TDR convenzionali, è solitamente necessario scollegare dalla rete di alimentazione tutti i clienti presenti nella stessa strada, al fine di ridurre le interferenze. Tuttavia, disconnettere i clienti per motivi diversi dalla sicurezza è generalmente considerato inaccettabile. In effetti, in molti paesi, l'interruzione della fornitura comporta quasi immediatamente sanzioni o richieste di risarcimento nei confronti della società di distribuzione energetica.

In aggiunta, esistono problematiche legali che rendono estremamente difficoltoso condurre indagini all'interno delle abitazioni o delle proprietà dei consumatori privati, se basate unicamente su ipotesi non comprovate. Questi problemi, segnalati da molte società fornitrici di energia, sono stati considerati una sfida per trovare un approccio più efficace al rilevamento degli allacci illegali alla rete elettrica.
  
In genere, il segmento del cavo su cui è installata un allaccio illegale si trova all'interno dell'abitazione del cliente. È posizionata tra il giunto a T e il cavo stradale o tra la scatola di collegamento della linea aerea e la scatola del contatore del cliente. Questo significa quasi sempre che la lunghezza del segmento del cavo non supera i 10 metri. Chiunque abbia provato ad effettuare misurazioni di riflessione su un cavo così corto sa che anche gli impulsi di misurazione più brevi coprono una parte significativa di questa distanza.

Considerate, ad esempio, un impulso di misurazione di soli 5 ns. Lunghezza dell'impulso [m] = ampiezza dell'impulso [µs] * V/2 [m/µs] = 0,005 µs * 80 m/µs = > 0,4 m. Tuttavia, l'impulso di misurazione è soggetto ad attenuazione e dispersione, e quindi diventerà più ampio, anche su una distanza così breve, come mostrato nella Figura 1. E per i cavi a bassa tensione, la velocità di propagazione V/2 è più probabile che si trovi nella regione dei 100 m/µs.

Figura 1: risposta normale dell'impulso di riflessione

Fondamenti fisici

Considerando la forma dell'impulso, che è in qualche modo simile a quella di un'onda sinusoidale, possiamo dividerlo in due componenti di base, il fronte di salita e il fronte di discesa. Quando l'impulso di misurazione incontra un cambiamento di impedenza, il fronte di salita provoca una risposta corrispondente. Questa risposta viene quindi immediatamente contrastata dal fronte di discesa, che la modifica nella direzione opposta. Ciò significa che molto prima che la riflessione provocata da una variazione di impedenza abbia raggiunto un'ampiezza che corrisponde al valore della variazione di impedenza, essa tornerà indietro.

In pratica tutti gli eventi del cavo, quando misurati su brevi distanze utilizzando impulsi brevi, avranno riflessi simili. Di conseguenza, è quasi impossibile distinguerli. Il tentativo di utilizzare impulsi più lunghi non fornisce alcun dettaglio, poiché la larghezza dell'impulso si trova nello stesso intervallo della lunghezza del cavo.

Per questi motivi, un normale riflettometro (TDR), sebbene possa fornire alcuni dettagli riconoscibili, non fornirà informazioni corrispondenti alla reale variazione dell'impedenza. Di conseguenza, le riflessioni visibili nella traccia non possono essere assegnate ad alcun evento specifico; vedere la Figura 2.

Figura 2: non è possibile distinguere tra giunti normali e giunti a T

Ora consideriamo un giunto a T. A causa delle sue proprietà fisiche, in un giunto a T l'impedenza è la metà della normale impedenza del cavo, poiché i valori di impedenza dei due cavi in uscita dal giunto sono effettivamente in parallelo. Ciò consente di determinare il fattore di riflessione senza la necessità di equazioni complesse. All'arrivo, l'impulso di misurazione si divide in tre parti uguali; vedere la Figura 3. Un terzo viene riflesso sul giunto a T con ampiezza negativa, mentre le altre due frazioni del segnale continuano nelle due diramazioni. Di conseguenza, i giunti a T devono essere visualizzati con un'ampiezza significativamente maggiore.

Figura 3: distribuzione del segnale in un giunto a T

La soluzione

L'approccio corretto per il rilevamento dei giunti a T deriva dalla consapevolezza che è il fronte di discesa dell'impulso di misurazione a causare problemi interferendo con la misurazione. La soluzione consiste semplicemente, quindi, nell'eliminare l'influenza del fronte di discesa. Ed è proprio quello che avviene in un "riflettometro TDR graduale". Uno strumento di questo tipo genera un impulso graduale che cresce in una sola direzione, senza tornare a zero; vedere la Figura 4. Il tracciato del riflettometro TDR ha quindi molto tempo per rispondere alla variazione completa dell'impedenza, traducendosi in una riflessione significativamente più grande, la cui ampiezza è proporzionale alla reale variazione dell'impedenza.

Figura 4: impulso graduale

Ciò consente di distinguere i giunti a T illegali dai giunti normali e dalle variazioni di impedenza causate da curve strette o non uniformità dei cavi. Anche i tecnici che non hanno molta esperienza nelle misurazioni del cavo a bassa tensione possono facilmente riconoscere gli eventi sul cavo che non dovrebbero essere presenti, e non è più necessario registrare e gestire tracciati di riferimento.

Un nuovo riflettometro, SebaKMT Teleflex a bassa tensione (LV) di Megger, è stato sviluppato specificamente per le applicazioni di questo tipo. Le sue caratteristiche principali sono impulsi di misurazione a crescita molto rapida, adatti a questa applicazione a corto raggio, e l'uso di impulsi graduali anziché di impulsi di misurazione normali. Grazie a queste caratteristiche, risulta ideale per rilevare a corto raggio dettagli che altrimenti non sarebbero stati rilevati. In diversi studi sul campo, il nuovo strumento ha già dimostrato il suo valore.

Per consentire l'uso dello strumento su cavi sotto tensione, è stato sviluppato anche un nuovo filtro di blocco dell'alimentazione, particolarmente adatto per applicazioni con riflettometro TDR a corto raggio e graduale. A differenza dei tradizionali filtri di blocco dell'alimentazione del riflettometro TDR, le sue caratteristiche sono ottimizzate per gli impulsi graduali ad alta frequenza a crescita rapida. Questo filtro ha una classificazione CAT IV 600 V, conforme a IEC 61010/VDE 0411. I puntali per test con fusibile con classificazione CAT IV 600 V vengono forniti con lo strumento.

Per semplificare il tracciamento dei cavi installati all'interno delle pareti o in simili luoghi nascosti, lo strumento è dotato anche di un trasmettitore di frequenza audio integrato che copre frequenze da 810 a 1100 Hz. Queste frequenze possono essere rilevate da un sistema di ricezione, come l'antenna Ferrolux Minin.

Un'applicazione pratica

Per dimostrare l'efficacia di questa nuova tecnologia, è stato utilizzato uno strumento Teleflex LV in prove sul campo reali su connessioni domestiche con sospetto di allacci illegali. Un aspetto importante di queste prove era che le misurazioni potevano essere effettuate senza scollegare i clienti. Ciò è particolarmente importante poiché, in molti casi, lo scollegamento può interessare più di un cliente e può anche fungere da avvertimento anticipato per l'utente dell'allaccio illegale.

Nel caso qui descritto, si sospettava un allaccio illegale e l'obiettivo era confermarne la presenza attraverso i test. Le misurazioni sono state eseguite con e senza il filtro di blocco dell'alimentazione. La Figura 5 mostra la configurazione della fornitura di energia dalla rete alla casa. La scatola di collegamento dell'abitazione è installata sul palo ed è dotata di un'alimentazione a bassa tensione con fusibile proveniente dalla linea aerea. Un cavo interrato collega la scatola di collegamento dell'abitazione e la scatola del contatore ed è proprio questo cavo il luogo in cui vengono generalmente installati gli allacci illegali.

Figura 5: configurazioni della fornitura di energia per l'abitazione; scatola di collegamento installata sul palo

Quando lo strumento Teleflex LV è stato utilizzato per produrre un tracciato con riflettometro TDR per il cavo tra il collegamento dell'abitazione e la scatola del contatore, con l'alimentazione spenta e nessun filtro di blocco utilizzato, il risultato è stato quello mostrato nella Figura 6. La riflessione negativa è una chiara prova di un giunto a T. Sul percorso di connessione, normalmente privo di disturbi e omogeneo, dalla connessione domestica al contatore, qualsiasi riflesso significativo è sospetto. Tale riflessione fornisce un buon motivo per intraprendere ulteriori azioni.

Figura 6: riflessione forte e chiara causata dal giunto a T

Con le informazioni fornite dalla misurazione del riflettometro TDR, è stato possibile dedurre che l'allaccio illegale si trovava a circa 4,3 m di distanza dalla scatola di collegamento. Poiché la scatola è installata a un'altezza di circa 3 m, ciò significa che l'allaccio illegale si trovava a circa 1 m dal palo. Come si può vedere nella Figura 7, lo scavo ha rivelato che il giunto a T illegale si trova esattamente nella posizione prevista, fornendo una conferma perfetta dei risultati misurati.

Figura 7: scoperta del giunto a T illegale

Questa procedura, che ha fornito una prova assolutamente innegabile del furto di elettricità, ha portato rapidamente a un procedimento legale contro l'autore del furto costringendolo a pagamenti aggiuntivi sostanziali a favore dell'azienda fornitrice di energia.

Come abbiamo visto, Teleflex LV consente il rilevamento affidabile di connessioni illegali a corto raggio, con un impegno relativamente contenuto. La misurazione precisa della distanza consente di individuare con precisione la posizione del collegamento, riducendo al minimo gli sforzi e i costi di scavo. Per le aziende fornitrici di energia, uno strumento di questo tipo è uno strumento essenziale non solo per rilevare, ma anche per scoraggiare il furto di elettricità, poiché quando i dettagli delle azioni legali di questo tipo diventano di pubblico dominio, altri che potrebbero prendere in considerazione il furto di elettricità rifletteranno molto più attentamente sulla reale convenienza di compiere un'azione del genere.