Cause comuni di guasto precoce dei cavi e come prevenirli

I cavi elettrici utilizzati per la distribuzione di energia elettrica industriale, commerciale e comunale sono classificati in tipi a bassa tensione (0,6/1 kV) e media (3,6/6 kV, 6/10 kV, 8,7/15 kV).A causa delle differenze di tensione elettrica, i requisiti di isolamento e le norme di tolleranza di installazione, i meccanismi alla base dei loro guasti in fase iniziale differiscono significativamente:

• Cavi a bassa tensione (0,6/1 kV): i guasti sono causati principalmente da danni meccanici, sovraccarico termico, scarsa tenuta in loco e corrosione ambientale.si verifica raramente una rottura spontanea dell' isolamentoLa maggior parte dei guasti sono dovuti a pratiche di installazione non adeguate e a un funzionamento prolungato in condizioni di lieve sovraccarico.
• Cavi a media tensione (3,6 kV 15 kV): i guasti sono causati principalmente da scariche parziali, degrado dell'isolamento dovuto all'acqua, fabbricazione di giunzioni non standard e sollecitazione elettrica eccessiva.Anche piccoli difetti dell'impianto possono peggiorare progressivamente sotto l'influenza di campi elettrici ad alta tensione, portando infine a un arresto irreversibile e a un inciampo.

Le statistiche relative all'installazione sul campo indicano che oltre l'85% dei guasti dei cavi in fase iniziale sono prevenibili e causati da fattori umani, piuttosto che da difetti delle materie prime.Installazione standardizzata, procedure di lavoro basate su parametri e misure mirate di protezione ambientale sono le strategie chiave per prevenire tali guasti.

I danni meccanici subiti durante il trasporto, la posa e il riempimento rappresentano il 42% di tutti i guasti dei cavi in fase iniziale.,tensione di trazione e misure di protezione esterne, con conseguente danno interno latente; sebbene tale danno non possa provocare un guasto immediato,spesso porta a rottura del cavo dopo uno o tre anni di funzionamento.

Principali pratiche non conformi:

• Eccessiva piegatura: la violazione delle norme sul raggio minimo di piegatura provoca la compressione dello strato di isolamento e la formazione di micro crepe interne.I cavi MV contenenti micro crepe sono molto suscettibili di scariche parziali e di invecchiamento degli alberi d'acqua in ambienti umidi.
• Trascinamento eccessivo: il superamento della tensione di trazione massima ammissibile del conduttore porta alla deformazione dei conduttori stratificati e alla delaminazione dello strato di isolamento.
• Inadeguata protezione contro il riempimento: rocce dure o particelle di terreno affilate comprimono direttamente la guaina esterna del cavo, causando la rottura della guaina e l'ingresso di umidità.

Ogni materiale isolante di un cavo ha una temperatura di funzionamento massima specifica a lungo termine.accelera la degradazione delle catene molecolari dei polimeri, riduce la resistenza dell'isolamento e porta all'invecchiamento dell'isolamento e alla rottura dielettrica.Il polietilene incrociato (XLPE) e il cloruro di polivinile (PVC), i materiali di isolamento più comuni per i cavi a bassa e media tensione, hanno ciascuno limiti di temperatura chiaramente definiti..

Temperature ambientali eccessive, impilazione impropria all'interno dei vassoi dei cavi e funzionamento prolungato a sovraccarico possono far funzionare i cavi al di sopra delle loro temperature nominali.Anche un'eccesso di temperatura di soli 10 ̊15°C può ridurre di oltre il 60% la durata di un cavo.

Una scarsa tenuta terminale, una qualità inferiore delle giunzioni intermedie e danni alla guaina esterna possono permettere all'umidità di penetrare lo strato isolante.Sotto l'influenza del campo elettrico nei cavi MV, le molecole d'acqua formano percorsi conduttivi dendritici noti come "alberi d'acqua"; questi percorsi si propagano gradualmente, portando infine alla rottura dell'isolamento. While the electric field strength in LV cables is lower—making water tree aging less pronounced—moisture ingress in damp environments can still reduce insulation resistance and trigger short-circuit faults.

Le giunzioni e le terminazioni dei cavi sono punti deboli del circuito di distribuzione dell'energia, rappresentando il 35% dei guasti prematuri dei cavi a media tensione (MV).I problemi comuni includono profondità di stripping incoerenti, la pulizia incompleta delle superfici isolanti, il crimping di scarsa qualità e la sigillatura inadeguata, che possono causare distorsioni locali del campo elettrico, scariche parziali e accumulo di calore,in ultima analisi porta a esaurimento e rottura dielettrica.

Le guaine dei cavi invecchiano rapidamente quando sono esposte all'aria aperta, seppellite in impianti di lavorazione chimica o installate in zone costiere soggette a spruzzi di sale.L'esposizione prolungata ai raggi UV provoca crepe nelle involucre standard in PVC/PE, mentre il terreno acido o alcalino e lo spruzzo di sale corrodono l'armatura metallica e i conduttori, portando a surriscaldamento localizzato e rottura dei conduttori.

Questa tabella riassume i parametri di installazione e di funzionamento standardizzati per i comuni cavi a bassa tensione (LV) da 0,6/1 kV e a media tensione (MV) da 8,7/15 kV.È conforme alle norme IEC 60502 e GB/T 12706 e serve da riferimento per gli ingegneri e gli appaltatori che effettuano ispezioni in loco..

Il progetto è stato realizzato con l'obiettivo di realizzare un sistema di distribuzione elettrica a bassa tensione a base di cavi isolati in PVC da 0,6/1 kV, anche se i cavi erano progettati per una durata di 25 anni.diversi circuiti hanno subito guasti, compreso l'invecchiamento dell'isolamento, cortocircuito e rottura della guaina in meno di cinque anni di funzionamento.

Analisi delle cause profonde

• La temperatura ambiente dell'officina variava costantemente da 42°C a 48°C, ma durante l'installazione non è stata applicata alcuna riduzione della capacità portante di corrente; di conseguenza,i cavi in PVC funzionati in modo continuo in condizioni di temperatura nominale superiore a 70 °C.
• I cavi sono stati impilati fino a tre strati di profondità nei vassoi dei cavi, con conseguente scarsa dissipazione del calore e temperature locali che raggiungono fino a 85°C.
• Per le sezioni esterne dei cavi è stato utilizzato un rivestimento in PVC standard; mancando di resistenza ai raggi UV, i cavi invecchiavano rapidamente e si crepavano.

Soluzioni e misure preventive:

• Sostituito i cavi in PVC nelle zone ad alta temperatura con cavi in polietilene (XLPE) a 90°C e applicato un fattore di degradazione di 0,93 per tenere conto dell'ambiente ad alta temperatura.
• Ottimizzato l'impostazione del vassoio dei cavi limitando l'altezza di impilamento a due strati o meno e garantendo un'adeguata distanza per la dissipazione del calore.
• Utilizzo di rivestimenti in PE resistenti agli UV per tutti i cavi esterni, risolvendo efficacemente i problemi di invecchiamento causati da fattori ambientali esterni.

Anteprima del progetto: un progetto comunale di cavi sotterranei da 10 kV (8,7/15 kV) ha subito un improvviso guasto dell'isolamento e un'interruzione di corrente dopo quattro anni di funzionamento.L'analisi dei guasti ha rivelato un tipico invecchiamento degli alberi d'acqua nello strato di isolamento dei cavi.

Analisi delle cause profonde

• Le estremità dei cavi non sono state sigillate con tappi termosilitari durante il trasporto e lo stoccaggio in loco, consentendo l'ingresso di acqua piovana e aria umida.
• La lavorazione delle giunzioni intermedie era scadente, con impermeabilizzazione e sigillatura inadeguate, creando percorsi per l'ingresso di umidità.
• Il raggio di piegatura dell'impianto era solo 10°° molto inferiore al requisito standard di 20° per i cavi blindati a media tensione, causando micro crepe all'interno dello strato di isolamento.

Soluzioni e misure preventive:

• Attuare una gestione completa della sigillatura: le estremità del cavo devono essere sigillate immediatamente dopo il taglio del cavo durante l'installazione.
• Assegnare tecnici qualificati per l'installazione di giunzioni di cavi a media tensione, assicurando che l'intero processo sia registrato in video e seguito da prove di scarica parziale al termine.
• Adempiere rigorosamente al requisito del raggio di piegatura minimo di 20D per la posa di cavi blindati a media tensione per evitare micro-danni interni.

Le specifiche del cavo devono corrispondere alle tensioni nominali e agli ambienti di funzionamento per evitare una sotto-specificazione:

• Laboratori ad alta temperatura e circuiti soggetti a sovraccarico prolungato: dare la priorità ai cavi isolati XLPE (polietilene incrociato) (indicati per un funzionamento continuo a 90 °C) rispetto ai cavi in PVC standard.
• Progetti esterni, di sepoltura diretta e costieri: specificare cavi resistenti ai raggi UV, resistenti alla corrosione e con rivestimento blindato.
• Circuiti di distribuzione a media tensione: selezionare rigorosamente i cavi XLPE che soddisfano le norme nazionali o internazionali;vietare l'uso di cavi realizzati con materiali riciclati con proprietà di isolamento instabili.

Concentrarsi sull'installazione basata sui parametri per eliminare i danni causati da errori umani:

• Controllare rigorosamente i raggi di piegatura e la tensione di trazione secondo le specifiche; proibire il trascinamento ruvido o le piegature brusche.
• Per gli impianti di sepoltura diretta, rivestire la trincea di sabbia fine, installare coperture protettive e riempire con terra fine per evitare danni da frantumi meccanici.
• Standardizzare l'assemblaggio delle giunzioni e delle terminazioni: assicurare superfici isolanti pulite, dimensioni di stripping precise, crimping sicuro e tenuta tenuta impermeabile.

• Implementare una deformazione basata sulla temperatura in condizioni di elevata temperatura ambiente per evitare il surriscaldamento causato da un sovraccarico prolungato.
• Ispezionate regolarmente i vassoi dei cavi, i tunnel dei cavi e le sezioni sotterrate per assicurarvi che i percorsi di dissipazione del calore non siano ostruiti.
• Installare dispositivi di monitoraggio del carico in tempo reale su circuiti critici a media tensione (MV) per prevenire danni da sollecitazione elettrica derivanti da improvvisi picchi di carico.

• Cavi a bassa tensione (LV): eseguire test trimestrali di resistenza all'isolamento e controllare l'integrità della guaina e le temperature delle giunzioni.
• Cavi a media tensione (MV):eseguire test annuali di rilevamento delle scariche parziali e di resistenza all'isolamento per individuare e correggere in una fase precoce i potenziali difetti quali alberi d'acqua e micro-scariche.
• Utilizzare la termografia a infrarossi per il monitoraggio periodico della temperatura per rilevare il surriscaldamento localizzato nelle giunzioni e nei cavi.

I guasti in fase iniziale dei cavi a bassa e media tensione sono quasi interamente prevedibili e prevenibili.La prevenzione si concentra sulle pratiche di installazione standardizzate e sul controllo degli ambienti termiciPer i cavi a media tensione, l'affidabilità dipende da precise tecniche di tenuta, da un montaggio comune standardizzato e da un controllo rigoroso dei parametri elettrici.Per appaltatori elettrici e ingegneri sul campo, allontanandosi dai metodi basati sull'esperienza e adottando invece processi di installazione e manutenzione dei cavi parametrizzati, standardizzati,L'impiego di sistemi di controllo e di controllo completo è la chiave per evitare fallimenti in fase iniziale., riducendo i costi di manutenzione del progetto e garantendo il funzionamento stabile e a lungo termine dei sistemi di distribuzione dell'energia.