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Nella società moderna, I cavi fungono da vettori core al potere, telecomunicazioni, e campi industriali, con la loro affidabilità che influisce direttamente sulla sicurezza del sistema e sul funzionamento stabile. Tuttavia, I guasti via cavo sono inevitabili a causa di fattori ambientali, sollecitazione meccanica, Invecchiamento dell'isolamento, e altre influenze. Interruzioni di interruzioni di comunicazione causate da questi guasti comportano significative perdite economiche ogni anno. Dunque, Padroneggiare le tecniche di identificazione e diagnosi sistematica ed efficiente dei guasti del cavo è di fondamentale importanza.
Il team di esperti del sistema via cavo compila questa guida in base agli standard della Commissione elettrotecnica internazionale (CEI) e l'Istituto di ingegneri elettrici ed elettronici (Ieee), combinato con una vasta esperienza sul campo. Mira a fornire un framework tecnico a pieno processo, Dalla pre-valutazione di guasti alla riparazione precisa, Assistere il personale tecnico a localizzare rapidamente i tipi di guasti e le posizioni, Accorciando efficacemente i tempi di riparazione, ridurre al minimo le perdite, e migliorare in modo completo affidabilità del sistema via cavo.
Per diagnosticare efficacemente i guasti del cavo, È essenziale comprendere prima i tipi di difetti e le loro cause sottostanti. Diversi tipi di guasto presentano diverse caratteristiche elettriche e richiedono strategie di rilevamento diverse.
I guasti del cavo sono in genere classificati in base alle caratteristiche di resistenza e allo stato di connessione nel punto di guasto:
Caratteristica: La connessione anormale si verifica tra le fasi, o tra una fase e un terreno (o neutro). La resistenza al punto di guasto è in genere molto bassa, vicino a zero (noto come corto circuito a bassa resistenza).
Caratteristica elettrica: La resistenza all'isolamento è vicina a zero, e la resistenza al ciclo è anormalmente bassa.
Manifestazione: Può portare a inciampare, fusibile che soffia, o danni dell'attrezzatura.
Caratteristica: Il conduttore del cavo viene interrotto, prevenire il flusso di corrente. Questa può essere una pausa completa o parziale in una, due, o tre fasi.
Caratteristica elettrica: La resistenza al conduttore è anormalmente alta, o anche infinito; La resistenza all'isolamento può essere normale o danneggiata.
Manifestazione: L'apparecchiatura non riesce a ricevere energia, o il segnale di comunicazione viene interrotto.
Caratteristica: Il conduttore di cavi (o lo strato di isolamento dopo la rottura) si collega alla terra. Questo è uno dei tipi più comuni di guasti via cavo. In base alla resistenza di contatto nel punto di guasto a terra, Può essere classificato come un guasto a bassa resistenza al suolo o un guasto al suolo ad alta resistenza.
Caratteristica elettrica: La resistenza all'isolamento diminuisce in modo significativo, potenzialmente da centinaia di MΩ o addirittura infinito fino a decine o qualche MΩ, o anche al di sotto di 1kΩ (bassa resistenza) o sopra 1kΩ (elevata resistenza), a volte raggiungendo centinaia di MΩ (elevata resistenza).
Manifestazione: Il dispositivo di protezione dei guasti a terra funziona, La corrente di terra del sistema aumenta in modo anomalo, e può causare uno spostamento di tensione.
Caratteristica: La resistenza al punto di guasto è elevata, Forse va da diversi kΩ a diversi MΩ. Questo di solito deriva dal degrado dell'isolamento, carbonizzazione, o guasto parziale, ma non ha ancora formato un percorso completo a bassa resistenza. I guasti ad alta resistenza sono spesso una fase iniziale di molti guasti a bassa resistenza e di rottura.
Caratteristica elettrica: Scende di resistenza all'isolamento, ma ha ancora un certo valore. Sotto alta tensione, Il punto di errore può provare flashover o scarico, portando a valori di resistenza instabili.
Manifestazione: Può causare riscaldamento locale, aumento della perdita dielettrica, scarico parziale, eccetera. All'inizio, Potrebbe non esserci evidenti segni esterni, ma viene facilmente rivelato durante i test di resistenza.
Caratteristica: Sotto alta tensione, Lo scarico avviene sulla superficie o all'interno dell'isolatore, Formare una conduzione transitoria o intermittente. Le prestazioni dell'isolamento possono temporaneamente recuperare dopo la rimozione della tensione.
Caratteristica elettrica: La resistenza al punto di guasto diminuisce bruscamente con l'aumentare della tensione e aumenta quando la tensione viene ridotta o rimossa.
Manifestazione: Il sistema può sperimentare un guasto a terra istantaneo o un corto circuito, causando azioni di protezione, Ma il reclinazione può avere successo. La diagnosi è impegnativa.
Caratteristica: I sintomi di faglia appaiono e scompaiono in modo intermittente, possibilmente correlato a fattori come la temperatura, umidità, Livello di tensione, o vibrazione meccanica. Per esempio, Una piccola crepa può espandersi con aumento della temperatura, causando contatto, e separare quando la temperatura diminuisce.
Caratteristica elettrica: Lo stato di resistenza e connessione del punto di guasto è instabile e cambia con condizioni esterne.
Manifestazione: I dispositivi di protezione del sistema funzionano in modo intermittente, rendere difficile la cattura di guasti e posare una sfida significativa per la diagnosi.
I guasti del cavo non sono casuali; Le loro cause sono complesse e diverse, di solito derivante dall'azione a lungo termine o transitoria di più fattori:
Cause esterne: Danno accidentale da parte degli scavatori, Attrezzatura per prese con tubazione, eccetera., durante la costruzione; danni dalla costruzione di strade o attività di terze parti; Stress di trazione o compressione dall'insediamento di fondazione o dal movimento del suolo; animale (per esempio., ratti, termiti) rosicchiando sulla guaina.
Cause interne: Tensione eccessiva di flessione o trazione durante l'installazione; scarsa qualità dell'installazione o impatto di forza esterna sugli accessori per cavi (per esempio., articolazioni, terminazioni).
Sostanze corrosive nel terreno, come acidi, alcali, e sale,S erodere gli strati di guaina del cavo e armatura; liquidi di rifiuti industriali, macchie di olio, eccetera., penetrare nella struttura del cavo; corrosione elettrolitica (Soprattutto nelle aree di corrente randagio).
Operazione di sovraccarico a lungo termine o alta temperatura ambiente durante la posa provoca un invecchiamento accelerato, indurimento, abbracciare, o anche carbonizzazione dell'isolamento del cavo e dei materiali di guaina, portando alla perdita di prestazioni dell'isolamento. Scarsa dissipazione del calore (per esempio., Cavi densamente confezionati, ventilazione insufficiente) esacerba l'invecchiamento termico.
Danni alla guaina del cavo, Scarsa sigillatura delle articolazioni, o ingresso di umidità nelle terminazioni consente all'acqua di entrare nell'interno del cavo. Sotto l'azione del campo elettrico, L'umidità forma alberi d'acqua, Canali di deterioramento microscopico nel materiale isolante, che riducono in modo significativo la resistenza dielettrica e alla fine portano alla rottura (Alberi elettrici).
Sovratensione: Impulsi di sovratensione causati da fulmini, operazioni di commutazione, risonanza, eccetera., può superare la capacità di resistere all'isolamento del cavo, portando alla rottura dell'isolamento.
Concentrazione del campo elettrico: Difetti di progettazione o installazione in Accessori via cavo (articolazioni, terminazioni) Portare a una distribuzione irregolare del campo elettrico, Creazione di resistenza al campo elettrico eccessivamente elevato nelle aree locali, Accelerare il degrado dell'isolamento, e scarico parziale.
Scarico parziale (Pd): Quando piccoli vuoti, impurità, umidità, o altri difetti esistono all'interno, in superficie, o alle interfacce del materiale isolante, Lo scarico parziale può verificarsi in tensione operativa, Rilasciare energia, erodendo gradualmente il materiale isolante, formare canali di scarico, e alla fine portando alla rottura dell'isolamento.
Impurità, vuoti, o materia estranea nel materiale isolante durante la produzione del corpo via cavo; Processo di estrusione impropria che porta allo spessore dell'isolamento irregolare o alle microcrack; superficie ruvida o sporgenze su scudi metallici o strati semi-conduttivi.
Problemi di qualità con materiali per gli accessori per cavi (articolazioni, terminazioni) o il design strutturale irragionevole.
Posa del cavo improprio (raggio di flessione troppo piccolo, tensione di trazione eccessiva, vicinanza al calore o alle fonti corrosive); Processi di fabbricazione del cavo non standard (Dimensioni di stripping imprecise, Trattamento a strato semi-conduttivo improprio, scarso sigillatura, Installazione errata del cono a stress); Uso di materiale di riempimento non qualificato.
Comprendere questi tipi di guasto e cause è fondamentale per una diagnosi di guasto efficace e la formulazione di strategie preventive.
La diagnosi di guasti del cavo è un processo passo-passo, In genere include la valutazione dei guasti, pre-locazione, Posizione di errore precisa, e individuare la posizione di guasto a terra. Sono necessari diversi strumenti e tecniche.
Dopo aver confermato un potenziale guasto via cavo, Il passaggio iniziale è eseguire le misurazioni dei parametri elettrici di base per effettuare una valutazione preliminare della natura di guasto.
Scopo: Misura la resistenza all'isolamento tra i conduttori di cavi e tra i conduttori e lo scudo (o terra). Questo è il metodo più comune e di base per valutare le condizioni dell'isolamento del cavo.
Operazione: Applicare una tensione di prova DC (in genere 500 V., 1000V, 2500V, 5000V, Selezionato in base alla valutazione della tensione del cavo), e registrare il valore di resistenza all'isolamento dopo un tempo specificato (per esempio., 1 minuto o 10 minuti).
Valutazione: Resistenza all'isolamento significativamente inferiore ai valori normali o requisiti di specifica (per esempio., standard consigliati: Cavi a bassa tensione ≥ 100 Mω/km, 10Cavi KV ≥ 1000 Mω/km) indica un potenziale degrado dell'isolamento o un guasto a terra. Se il valore di resistenza è vicino allo zero, Indica un guasto a bassa resistenza al suolo o un corto circuito.
Scopo: Misura la resistenza DC conduttore, Controlla la continuità (Circuito aperto), e misura la resistenza inter-fase o fase-a terra (Adatto per bassa tensione o situazioni con bassa resistenza al punto di guasto).
Operazione: Utilizzare l'intervallo di resistenza per misurare la resistenza tra le estremità del conduttore per determinare se si tratta di un circuito aperto; Misurare la resistenza inter-fase o fase-a terra per determinare se si tratta di un corto circuito o di una bassa resistenza al suolo.
Valutazione: La resistenza al conduttore infinita indica un circuito aperto; La resistenza inter-fase o fase-terra vicino allo zero indica un corto circuito o un guasto a bassa resistenza al suolo.
Scopo: Utilizzato per determinare la via precisa dei cavi in scenari di posa invisibili come la sepoltura diretta sotterranea. Particolarmente importante nella fase di individuazione della faglia.
Principio: Un segnale di una frequenza specifica viene applicato al cavo, e un ricevitore rileva il campo elettromagnetico indotto per tracciare il percorso del cavo.
Modelli: I modelli comuni includono RD8000, controllato, eccetera.
I test di base possono determinare solo il tipo di guasto, Non è la posizione esatta. Le tecniche di posizione di errore precise mirano a misurare la distanza tra l'estremità del test e il punto di guasto.
Principio: Un impulso di tensione rapido viene iniettato nel cavo e si propaga lungo. Quando l'impulso incontra una mancata corrispondenza dell'impedenza (come un punto di errore, giunto, terminazione, o fine aperto), Parte o tutto l'impulso si riflette. Misurando l'intervallo di tempo tra gli impulsi trasmessi e riflessi, e conoscendo la velocità di propagazione del segnale nel cavo (velocità di propagazione, VP), La distanza di guasto può essere calcolata: Distanza = (Differenza di tempo / 2) * VP.
Scenari applicabili: Eccellente per localizzare circuiti aperti e cortometraggi a bassa resistenza. I segnali riflessi sono chiari e facili da interpretare.
Limitazioni: Per guasti ad alta resistenza (Soprattutto una resistenza molto elevata), L'energia dell'impulso può essere attenuata o assorbita nel punto di guasto, con conseguente segnali riflessi deboli o distorti, ridurre l'accuratezza della posizione o anche rendere impossibile la posizione.
Precisione: Generalmente alto, può raggiungere ± 0,5% o anche più in alto (A seconda delle prestazioni dell'attrezzatura, precisione del vicepresidente noto, ed esperienza dell'operatore). Il vicepresidente deve essere calibrato testando una lunghezza nota di una sezione cavo sana.
Principio: Utilizza il principio del ponte classico di Wheatstone. Un segmento di cavo sano o una fase sana dal cavo difettoso viene utilizzato per costruire un circuito del ponte. Quando il ponte è equilibrato, La distanza del punto di guasto viene calcolata in base al rapporto di resistenza dei conduttori del cavo. Il ponte Murray Loop comunemente usato è adatto per guasti di terra monofase o cortometraggi fase-fase.
Vantaggio: Particolarmente adatto per guasti al suolo ad alta resistenza (anche fino a diversi MΩ), che è una debolezza per TDR. Il principio si basa sulla misurazione della resistenza a DC, non influenzato dall'attenuazione del segnale riflesso.
Punti operativi: Richiede almeno un conduttore sano come percorso di ritorno; richiede una misurazione precisa del totale Lunghezza del cavo e resistenza al conduttore; richiede l'uso di un generatore ad alta tensione (come DC Restringi l'attrezzatura di prova) to “condition” or “burn” the insulation near the high resistance fault point to lower the fault point resistance, Facilitare la misurazione del ponte o la successiva posizione acustica-magnetica. La tensione di combustione è spesso alta, come 8kv, 15kV, o anche più in alto, e il funzionamento deve essere estremamente cauto e aderire alle norme di sicurezza.
Principio: Questi metodi sono miglioramenti sul TDR per individuare guasti ad alta resistenza. Applicano un impulso ad alta tensione sul cavo difettoso, causando rottura o flashover nel punto di errore ad alta resistenza, Generare un impulso di corrente. I sensori catturano quindi la forma d'onda dell'impulso di corrente che si propagano lungo il cavo, e l'analisi simile al TDR viene utilizzata per individuare il guasto analizzando l'onda riflessa.
GHIACCIO: Analizza direttamente l'impulso di corrente riflessa generata nel punto di errore.
Sì/me (noto anche come metodo di riflessione arco): Utilizes the arc formed during fault point breakdown to create a low-impedance “short circuit” for the TDR pulse at the fault point, generare una forma d'onda riflessa chiara. Ciò supera il problema delle debole riflessioni TDR in guasti ad alta resistenza ed è attualmente un metodo molto efficace per affrontarli.
Scenari applicabili: Precisa pre-locazione di guasti di terra ad alta resistenza e guasti di flashover.
Attrezzatura: Di solito integrato in localizzatori di guasti via cavo professionisti, richiedere il coordinamento con un generatore ad alta tensione in aumento (Apparecchiature ad alta tensione in un furgone di prova del cavo).
Le tecniche di pre-locazione forniscono la distanza di guasto, ma il punto di errore effettivo può trovarsi all'interno di una piccola area. Il punto di individuazione del punto di errore utilizza metodi esterni in base al risultato pre-locazione per determinare accuratamente la posizione di guasto a terra.
Principio: Un'ondata ad alta tensione (Utilizzando un generatore ad alta tensione in aumento) viene applicato al cavo difettoso. Quando il punto di errore si rompe e si scarica, produce suono (onda di pressione) e segnali elettromagnetici. Un operatore utilizza un ricevitore sincronizzato-magnetico acustico per ascoltare il suono attraverso le cuffie e ricevere il segnale elettromagnetico tramite una bobina di induzione. A causa della significativa differenza nelle velocità di propagazione tra onde sonore e elettromagnetiche, L'apparecchiatura può determinare se il segnale del suono e dell'elettromagnetica provengono dalla stessa posizione e se il suono in ritardo del segnale elettromagnetico (La velocità dell'onda elettromagnetica è vicina alla velocità della luce, La velocità delle onde sonore è molto più lenta), indicando così la direzione e la posizione del punto di errore. Il segnale sonoro è più forte direttamente sopra il punto di guasto.
Scenari applicabili: Vari tipi di guasti di scarico di rottura (terra, cortocircuito, flashover), particolarmente efficace per i cavi sotterranei a sepoltura diretta.
Punti operativi: Il rumore di fondo ambientale può influire sull'ascolto; L'energia di aumento deve essere regolata per causare scarico continuo nel punto di guasto senza danneggiare parti sane del cavo; L'operatore richiede esperienza per distinguere i suoni di scarico dagli altri rumori.
Principio: Una tensione CA CC o a bassa frequenza viene applicata a un cavo a terra, causando la perdita di corrente nella terra nel punto di guasto. Questo crea un campo per gradiente di tensione attorno al punto di guasto. Due sonde vengono inserite nel terreno e collegate a un voltmetro ad alta sensibilità, e spostato lungo il percorso via cavo. Direttamente sopra il punto di errore, La differenza di tensione invertirà la polarità.
Scenari applicabili: Guasti al suolo a bassa o media resistenza, particolarmente utile per punti di guasto che non producono un suono di scarico chiaro.
Punti operativi: Significativamente colpito dall'umidità del suolo e dall'uniformità; richiede una tensione di prova e una corrente sufficienti; La profondità di inserimento della sonda e la spaziatura influenzano l'accuratezza.
Principio: Una frequenza audio o un segnale di corrente di frequenza specifica viene applicato al cavo difettoso. Se il guasto è un corto circuito o un guasto a bassa resistenza a terra, La corrente forma un ciclo nel punto di errore; Se è un circuito aperto, La corrente si ferma al punto di pausa. Un morsetto di corrente o un sensore di campo magnetico viene utilizzato per rilevare la corrente di corrente o il campo magnetico lungo il percorso del cavo. Dopo un corto circuito o un punto di guasto a bassa resistenza al suolo, La corrente diminuirà o scomparirà significativamente (corrente minima), o il campo magnetico cambierà. Prima di un punto di circuito aperto, La corrente è normale, e dopo il punto, La corrente è zero.
Scenari applicabili: Short Circuits a bassa resistenza, difetti di terra, o guasti del circuito aperto. Anche spesso usato insieme a un tracciante di rotta per confermare il percorso.
Queste tecniche sono utilizzate principalmente per valutare la salute generale dell'isolamento via cavo e rilevare potenziali difetti. Rientrano nella categoria di manutenzione preventiva o nella diagnosi di guasti ad alta resistenza/stadio precoce.
Principio: Difetti nel materiale isolante (come i vuoti, impurità) causare scariche parziali sotto l'influenza del campo elettrico, generare impulsi elettrici, onde elettromagnetiche, onde acustiche, leggero, e sottoprodotti chimici. I rilevatori di PD catturano questi segnali per valutare l'estensione del degrado dell'isolamento e il tipo di difetto.
Parametri tecnici: La sensibilità viene in genere misurata in picocoulombs (PC), capace di rilevare segnali di scarico molto deboli (per esempio., 1 PC).
Metodo elettrico: Rileva gli impulsi di corrente generati dalla scarica (per esempio., attraverso i sensori HFCT trasformatore di corrente ad alta frequenza sui cavi del terreno, o misurando segnali accoppiati in modo capacitivo). Applicabile per test online o offline.
Metodo acustico: Rileva le onde ad ultrasuoni generate dalla scarica (per esempio., tramite sensori di contatto o accoppiati ad aria). Adatto per testare gli accessori per cavi.
Frequenza ultra-alta (Uhf) Metodo: Rileva le onde elettromagnetiche UHF (300 MHz – 3 GHz) generato dalla dimissione. Offre una forte immunità a interferenza, comunemente usato per GIS, Transformers, eccetera., e può anche essere utilizzato per le terminazioni del cavo.
Tensione di terra transitoria (Tev) Metodo: Rileva tensioni transitorie a terra accoppiate sui contenitori metallici del quadro, eccetera., dal PD interno.
Scopo: Rileva i difetti di isolamento precoce nei cavi e nei loro accessori (per esempio., vuoti nelle articolazioni, ingresso di umidità nelle terminazioni, alberi d'acqua/alberi elettrici nel corpo via cavo). È una tecnologia chiave per la manutenzione predittiva.
Principio: Misura la tangente dell'angolo di perdita dielettrica del materiale di isolamento del cavo in tensione CA. La perdita dielettrica rappresenta la capacità del materiale isolante di convertire l'energia elettrica in calore. I materiali di isolamento sani hanno basse perdite, un basso valore di tanΔ, e il valore cambia poco con l'aumentare della tensione. Ingresso di umidità, invecchiamento, o la presenza di alberi d'acqua e altri difetti nell'isolamento causerà l'aumento del valore TanΔ e aumentare rapidamente con l'aumento della tensione.
Scopo: Valuta il livello complessivo di ingresso di umidità o invecchiamento diffuso nell'isolamento del cavo. Spesso eseguito in combinazione con i test AC o VLF resistono.
Scopo: Verifica la capacità del cavo di resistere a un certo livello di sovratensione senza guasto all'isolamento. Espone efficacemente difetti che si manifestano solo sotto l'alta tensione.
Metodi:
DC Restringe: Un metodo tradizionale, Ma la tensione CC può accumulare carica spaziale in XLPE e altri isolanti estrusi, potenzialmente dannosi cavi sani. Viene gradualmente sostituito da VLF.
Ac Restend: Simula più da vicino le condizioni operative del cavo, Ma l'attrezzatura di prova è grande e richiede alta energia.
Frequenza molto bassa (VLF) Ac Restend (0.1 Hz): Ampiamente utilizzato oggi per resistere ai test di XLPE e altri cavi isolanti estrusi. L'attrezzatura è portatile, richiede bassa energia, e non causa l'accumulo di carica spaziale. Spesso combinato con misurazioni TANΔ e PD.
Nel prossimo articolo, Spiegheremo la risoluzione dei problemi dei cavi in diversi scenari con casi specifici. Segui ZMS Cable Fr per saperne di più sui cavi.
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