Invecchiamento dei cavi: come testare e fermare i pericoli elettrici nascosti

1. Sei principali cause dell'invecchiamento dei cavi

L'invecchiamento dei cavi non è un semplice segno del tempo, ma un processo complesso di molteplici fattori distruttivi intrecciati:

• La minaccia invisibile di danni esterni: nella zona di Pudong a Shanghai, in rapido sviluppo, i danni meccanici sono la causa principale dei guasti ai cavi. Lavori di costruzione e di ingegneria civile irregolari su cavi interrati direttamente causano "lesioni interne" ai cavi. Queste lesioni possono rimanere latenti per mesi o addirittura anni ed evolvere infine in guasti di isolamento o cortocircuiti. Proprio come un'emorragia interna nel corpo umano, l'aspetto sembra intatto, ma l'interno è pieno di pericoli.
• Erosione dei "rami d'acqua" in ambienti umidi: i giunti dei cavi in tubi di interramento diretto o di drenaggio hanno un'alta probabilità di diventare punti di svolta per l'erosione dell'umidità. I giunti non qualificati vengono realizzati in climi umidi e, dopo che l'acqua si infiltra, formano canali di erosione simili ad alberi sotto l'azione del campo elettrico: la terminologia professionale è chiamata "rami d'acqua". Questi "rami" sono come percorsi conduttivi aperti nello strato isolante, che indeboliscono continuamente la resistenza di isolamento del cavo.
• Attacco silenzioso della corrosione chimica: i cavi interrati in aree acide e alcaline affrontano la minaccia fatale della corrosione chimica. L'armatura, il piombo o la guaina esterna si guastano gradualmente a causa della corrosione chimica o della corrosione elettrolitica e la resistenza di isolamento del cavo non protetto crolla. I casi di corrosione dei cavi nelle zone chimiche sono particolarmente allarmanti: il tasso di corrosione è molto più alto rispetto agli ambienti normali.
• Danni termici causati dal funzionamento in sovraccarico: quando la corrente supera la capacità progettata, il riscaldamento del conduttore, la perdita di corrente parassita dell'armatura in acciaio e la perdita del mezzo isolante lavorano insieme per causare un aumento anomalo della temperatura del cavo. Quando il funzionamento in sovraccarico viene eseguito per un lungo periodo, l'alta temperatura accelererà la rottura della catena molecolare del materiale isolante, con conseguente infragilimento dell'isolamento. Nella calda estate, questo danno termico è particolarmente evidente e il tasso di guasto dei cavi aumenta in modo significativo.
• L'anello debole del giunto del cavo: la parte più vulnerabile della linea del cavo è il giunto e circa il 40% dei guasti del cavo sono causati da questo. Le prestazioni di isolamento della testa del cavo saranno notevolmente ridotte se il giunto non è crimpato saldamente o riscaldato in modo insufficiente. Gli errori tecnici del personale di costruzione spesso nascondono gravi pericoli nascosti in questo collegamento.
• L'effetto catalitico della temperatura ambiente: l'ambiente esterno e la fonte di calore faranno sì che la temperatura del cavo superi la soglia di sicurezza. Quando la temperatura di esercizio aumenta di 8-10 ℃, la durata del materiale isolante si dimezza. In un ambiente ad alta temperatura, questo effetto di invecchiamento termico accelera in modo esponenziale, portando infine al cedimento dell'isolamento o persino all'esplosione e all'incendio.

2. Metodi scientifici di rilevamento dell'invecchiamento dei cavi

Di fronte alla minaccia nascosta dell'invecchiamento, la moderna tecnologia elettrica ha sviluppato una varietà di metodi di rilevamento accurati:

• Test di resistenza di isolamento: screening sanitario di base: l'utilizzo di un megometro (agitatore) per misurare la resistenza di isolamento è il metodo di rilevamento più elementare. Durante la misurazione, l'alimentazione dell'oggetto da misurare deve essere scollegata, l'estremità "E" deve essere collegata al filo di terra e l'estremità "L" deve essere collegata all'oggetto da misurare. Vale la pena notare che quando c'è corrente di dispersione sulla superficie dell'oggetto da misurare, il terminale dell'anello di protezione "G" deve essere utilizzato per eliminare l'errore: questo è particolarmente importante per i test di isolamento tra i nuclei e gli involucri dei cavi.
• Test di resistenza di terra: rilevamento della barriera di sicurezza: selezionare il metodo a due fili, il metodo a tre fili o il metodo a quattro fili per il test di resistenza di terra in base alle caratteristiche ambientali. Nelle aree densamente popolate, il metodo a due fili utilizza un punto di messa a terra noto (come PEN) per la misurazione; e il metodo a quattro fili, con le sue caratteristiche di alta precisione, può eliminare l'influenza della resistenza del cavo di misurazione stesso, diventando il gold standard per la misurazione della resistenza di terra.
• Test di invecchiamento termico e invecchiamento termico umido: test di durata accelerato: organizzazioni professionali come STT Set Testing conducono test di invecchiamento termico posizionando il cavo in un ambiente superiore alla normale temperatura di esercizio per osservare il fenomeno dello strato isolante che diventa duro e fragile. Il test di invecchiamento termico umido simula un ambiente umido e caldo, posiziona il cavo in una scatola ad alta temperatura e alta umidità e monitora i fenomeni di deterioramento come l'assorbimento di acqua e l'espansione, la delaminazione e la formazione di vesciche dello strato isolante.
• Test di invecchiamento alla luce e all'ozono: verifica dell'adattabilità ambientale: l'irradiazione ultravioletta simula l'effetto della luce solare naturale sulla guaina esterna del cavo. Il test di invecchiamento all'ozono è rivolto ai cavi in gomma e la resistenza all'ozono del materiale viene valutata osservando la fessurazione della guaina. Questi test sono particolarmente importanti per i cavi esposti all'esterno.
• Proprietà meccaniche e analisi chimica: esplorazione della microstruttura: la prova di trazione rileva la variazione dell'allungamento a rottura del cavo dopo l'invecchiamento, che è una prova diretta per valutare il grado di infragilimento del materiale isolante. La spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) rivela il grado di ossidazione e frattura della catena molecolare del materiale isolante analizzando indicatori come l'indice carbonilico.
• Osservazione dell'albero d'acqua e test dello spettro dielettrico: killer invisibile rivelato: laboratori professionali osservano direttamente la crescita dell'albero d'acqua attraverso i microscopi** e utilizzano il test dello spettro dielettrico per analizzare la variazione della perdita del mezzo isolante. Il team di ricerca della Shanghai Jiaotong University ha confermato la significativa correlazione tra il contenuto di alberi d'acqua e la resistenza alla trazione attraverso l'analisi di oltre 300 cavi invecchiati, fornendo una base scientifica per una diagnosi completa.

3. Strategie di prevenzione e gestione

È necessaria una strategia di difesa sistematica per combattere l'invecchiamento dei cavi:

• Stabilire un meccanismo di rilevamento periodico: le strutture importanti devono essere ispezionate professionalmente ogni 1-2 anni, con particolare attenzione alle sezioni nascoste come i tubi di interramento diretto e di drenaggio. L'ispezione deve includere test di base come la resistenza di isolamento e la resistenza di messa a terra, nonché ispezioni dei punti deboli come giunti e terminali. Rimuovere regolarmente detriti e vegetazione attorno alla linea per evitare danni da estrusione.
• Selezionare materiali per cavi ad alte prestazioni: il cavo senza alogeni a bassa emissione di fumo WDZ-BYJ viene utilizzato in ambienti speciali come le industrie umide e chimiche. Le sue proprietà ignifughe possono sopprimere la propagazione del fuoco in caso di incendio e non viene prodotto fumo tossico durante la combustione. I cavi resistenti alle alte temperature (come il grado 105 ℃) sono adatti per le aree ad alta temperatura.
• Installazione standardizzata e misure di protezione: i tubi di protezione sono installati all'esterno del cavo per resistere a danni meccanici e corrosione chimica. I giunti devono essere realizzati in un ambiente asciutto e deve essere utilizzato un trattamento impermeabile conforme agli standard. Mantenere asciutto il canale del cavo per evitare di formare un ambiente "piroscafo caldo e umido".
• Monitoraggio del carico e controllo della temperatura: installare contatori intelligenti per monitorare i carichi di linea in tempo reale per prevenire il funzionamento a lungo termine in sovraccarico. I sensori di temperatura vengono aggiunti nelle aree ad alta temperatura per allarmare automaticamente quando la temperatura del cavo supera i 65°C. Se necessario, installare sistemi di raffreddamento nelle aree ad alta densità di cavi.
• Sostituire le parti obsolete in tempo: quando il rilevamento rileva che la resistenza di isolamento scende di oltre il 30% o la resistenza alla trazione perde più del 25%, deve essere sostituita immediatamente. Per i cavi in funzione da più di 15 anni, la frequenza di rilevamento deve essere aumentata anche se i dati di test sono normali.
• Applicazione della tecnologia di monitoraggio intelligente: adottare un sistema di valutazione dello stato basato su un modello diagnostico di clustering fuzzy, integrando dati multidimensionali come il contenuto di alberi d'acqua, la resistenza alla trazione e l'energia di attivazione. Il sistema di valutazione dello stato dei cavi e di gestione delle tendenze di invecchiamento sviluppato a Shanghai ha ottenuto una rappresentazione accurata dello stato di invecchiamento dell'isolamento, superando le tradizionali limitazioni di giudizio che si basano esclusivamente sui tempi di messa in servizio.

Durante l'ispezione di un edificio di 30 anni, l'ingegnere elettrico Li Ming ha scoperto che lo strato isolante dei cavi nella scatola elettrica era fragile come carta sottile. Attraverso il test del megometro, il valore di resistenza di isolamento è sceso a 0,5 MΩ, ben al di sotto dello standard di sicurezza. Ha immediatamente lanciato un piano di emergenza per sostituire la linea. Una settimana dopo, un edificio simile nello stesso isolato ha preso fuoco a causa dell'invecchiamento dei cavi.

La diagnosi dell'invecchiamento dei cavi è entrata nell'era della "valutazione intelligente multi-parametro" dal "giudizio empirico". Il team di ricerca della Shanghai Jiaotong University ha dimostrato attraverso l'analisi di 466 cavi di invecchiamento in loco che il metodo di posa influisce direttamente sulla modalità di invecchiamento: il cavo nel tubo è più suscettibile all'ossidazione termica, mentre il cavo interrato diretto affronta un degrado complessivo più grave.

Quando dati multidimensionali come il test di resistenza di isolamento, il test di resistenza di terra e l'analisi dei materiali vengono raccolti nel sistema di diagnosi intelligente, la sicurezza elettrica può essere veramente prevenuta prima che "si accenda".