Analisi tipica dei guasti: tracciamento delle origini dei problemi dai dati di prova

Nel mondo della distribuzione di energia, gli accessori per cavi rappresentano i punti più vulnerabili di qualsiasi rete elettrica. Quando si verificano guasti, raramente accadono senza preavviso, ma lasciano una scia di prove rilevabili nei dati dei test. La moderna analisi dei guasti si è evoluta in una scienza forense rigorosa, in cui gli specialisti agiscono come detective elettrici, interpretando indizi sottili nei risultati dei test per individuare le cause profonde e prevenire futuri eventi. Questo approccio sistematico trasforma i guasti catastrofici in preziose opportunità di apprendimento per migliorare la progettazione dei prodotti, le pratiche di installazione e le strategie di manutenzione.

La metodologia di analisi dei guasti: un approccio sistematico
Un'analisi efficace dei guasti segue un rigoroso protocollo investigativo che inizia nel momento in cui viene rilevata un'anomalia. Il processo si svolge in genere in quattro fasi distinte: raccolta delle prove attraverso una documentazione completa in loco, esame fisico e chimico di laboratorio, correlazione dei dati che confronta i risultati dei test con i modelli di danno osservati e, infine, identificazione della causa principale. Questo approccio metodico garantisce che nessuna prova critica venga trascurata e stabilisce chiare catene di causalità dal sintomo iniziale alla causa fondamentale. Il team investigativo deve mantenere la massima obiettività, considerando tutti i possibili meccanismi di guasto piuttosto che trarre conclusioni premature basate su prove superficiali.

Modelli di guasto comuni e relative firme diagnostiche

Nel corso di decenni di analisi sistematica, sono emersi diversi modelli di guasto distinti, con firme diagnostiche caratteristiche:

Guasto indotto da scarica parziale

Questo insidioso meccanismo di guasto inizia con scariche elettriche microscopiche all'interno di vuoti isolanti o alle interfacce. Il percorso diagnostico inizia con letture elevate di scariche parziali (PD) nei test di manutenzione periodici, che spesso mostrano un'entità crescente nel tempo. Con il peggiorare delle condizioni, le misurazioni del tan delta (fattore di dissipazione) mostrano aumenti progressivi, indicando un deterioramento della qualità dell'isolamento. La fase finale del guasto rivela distintivi schemi di "ad albero elettrico" ("), ovvero canali carbonizzati ramificati che si propagano attraverso il materiale isolante. Questi alberi hanno in genere origine da punti di elevato stress elettrico, come coni di stress installati in modo improprio o contaminanti all'interno del sistema di isolamento.

Infiltrazioni di umidità e riforestazione
La presenza di umidità crea una firma di guasto radicalmente diversa. Le misurazioni della resistenza di isolamento mostrano un calo costante durante i test di routine, mentre la riflettometria nel dominio del tempo (TDR) può indicare variazioni di impedenza lungo la lunghezza del cavo. Nelle fasi avanzate, i test del fattore di potenza rivelano valori significativamente elevati. La prova schiacciante emerge durante l'esame fisico: alberi d'acqua dendritici che crescono dai punti di concentrazione di umidità, in particolare nell'isolamento XLPE. Questi alberi appaiono come motivi piumati all'esame microscopico e in genere provengono da guaine esterne danneggiate, guarnizioni compromesse o durante l'installazione in condizioni di umidità.

Errori di interfaccia e tracciamento
Un contatto interfacciale inadeguato crea modelli diagnostici unici. L'imaging termico durante i cicli di carico rivela punti caldi localizzati all'interfaccia cono di sollecitazione-cavo, mentre la spettroscopia dielettrica mostra risposte caratteristiche dipendenti dalla frequenza. Il guasto finale si manifesta come tracciamento superficiale (percorsi carbonizzati attraverso le superfici isolanti) insieme a segni di danni da effetto corona nei punti di terminazione del semiconduttore. Questi guasti derivano spesso da una preparazione impropria delle superfici dei cavi, dalla contaminazione durante l'installazione o dall'uso di grassi siliconici incompatibili.

Degradazione termica e sovraccarico
Una corrente eccessiva o una scarsa dissipazione del calore lasciano prove inequivocabili. Un monitoraggio termico regolare mostra temperature di esercizio progressivamente più elevate, mentre l'analisi dei gas disciolti (DGA) nei sistemi a fluido rileva specifici prodotti di degradazione degli idrocarburi. Il risultato finale mostra distintivi modelli di carbonizzazione dell'isolamento, con diversi gradienti termici visibili nell'analisi della sezione trasversale. Tra i fattori che contribuiscono a questo fenomeno figurano conduttori sottodimensionati, condizioni di sovraccarico, ventilazione limitata o installazione errata in condotti con proprietà di dissipazione del calore inadeguate.

Il kit diagnostico: interpretazione dei risultati dei test
L'analisi moderna dei guasti impiega una serie di sofisticati strumenti diagnostici, ognuno dei quali fornisce tasselli cruciali del puzzle investigativo:

Mappatura delle scariche parziali
I test avanzati sulle scariche parziali (PD) vanno oltre la semplice misurazione dell'ampiezza e includono modelli di scariche parziali a risoluzione di fase (PRPD). Diversi meccanismi di guasto producono impronte digitali di scariche parziali distintive: le scariche parziali a vuoto mostrano modelli simmetrici lungo le fasi di tensione, mentre le scariche superficiali appaiono come modelli asimmetrici concentrati in specifici angoli di fase. La mappatura delle scariche parziali (PD) individua anche le sorgenti di scarica all'interno dell'accessorio, aiutando a distinguere tra difetti di isolamento interno e problemi di interfaccia.

Analisi della risposta dielettrica
La spettroscopia nel dominio della frequenza (FDS) e le misurazioni della corrente di polarizzazione/depolarizzazione (PDC) forniscono informazioni approfondite sulle condizioni dell'isolamento. Queste tecniche aiutano a distinguere tra assorbimento di umidità (che mostra variazioni di frequenza caratteristiche) e invecchiamento termico (che si manifesta come variazioni nelle curve di conduttività). Il vero potere emerge confrontando i risultati nel tempo, stabilendo traiettorie di degradazione che predicono la vita utile residua.

Analisi e imaging termico
La termografia a infrarossi si è evoluta da semplici misurazioni puntuali a una sofisticata mappatura termica con analisi differenziale. I sistemi moderni confrontano le temperature degli accessori con i cavi di riferimento e le condizioni ambientali, segnalando automaticamente anomalie anche di soli 2 °C al di sopra dei valori previsti. I pattern termici aiutano anche a distinguere tra riscaldamento interno (che mostra un aumento uniforme della temperatura) e problemi di resistenza di contatto (che mostrano punti caldi localizzati).

Analisi chimica e dei materiali avanzata
Quando sono disponibili prove fisiche, le tecniche di laboratorio forniscono risposte definitive. La spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) identifica i cambiamenti chimici nell'isolamento polimerico, come i prodotti di ossidazione o la degradazione da reticolazione. La microscopia elettronica a scansione (SEM) con spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) rivela difetti microscopici e identifica elementi contaminanti, mentre l'analisi termomeccanica (TMA) rileva i cambiamenti nelle proprietà del materiale che precedono il danno visibile.