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Ricerca punto di guasto a terra su linea interrata in M.T.

cavo_guasto.jpeg

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Indice

1. Premessa

Questo articolo vuole descrivere, con un taglio essenzialmente pratico, un intervento tenico per l'individuazione della posizione del punto di guasto a terra in un cavidotto interrato in M.T. a 6 kV formato da cavi unipolari in EPR tipo RG7H1R, con il metodo ecometrico o TDR (riflettometria nel dominio del tempo) facendo uso di uno strumento "surplus" proveniente dalla dismissione delle apparecchiature in dotazione a ditte che facevano manutenzione sulle classiche linee telefoniche in rame. Il metodo ecometrico di ricerca dei guasti nei cavi non è una novità in quanto esso rappresenta un'applicazione particolare della teoria delle linee di trasmissione i cui fenomeni fisici sono ben noti e ampiamente trattati in numerosi testi specializzati. E' invece interessante descrivere come, con un corretto impiego di un ecometro reperibile su Ebay o anche nelle numerose fiere di elettronica, si può otteenere in pratica un'individuazione molto precisa del punto di guasto.

2. Descrizione del contesto dell'intervento

Lo stabilimento industriale presso il quale è stata fatta la ricerca del guasto è una realtà energivora alimentata in A.T. a 132 kV con propria sottostazione di trasformazione A.T./M.T. e distribuzione M.T. ai vari reparti produttivi. La linea guasta, formata da cavi unipolari 3x(3x1x500 mm2), è andata fuori servizio per intervento del relè di protezione omopolare e dalle prime ricerche fatte in campo sul cavidotto è stato individuato un cavo dei tre per ciascuna fase che presentava basso isolamento tra anima e schermo collegato a terra. La prima domanda a questo punto era : a quale distanza tra le estremità di partenza e/o arrivo linea era localizzato il guasto? Dato che la lunghezza del cavidotto, dai disegni planimetrici d'installazione, è di circa 400 m con camerette d'ispezione interrate sotto il piano di campagna, ogni 40 m circa, per le operazioni di posa dei cavi nella polifora di tubi in PVC, sapendo il punto esatto di guasto lungo il cavo in dispersione si poteva pianificare un intervento di sostituzione parziale di uno spezzone di cavo con relativo giunto invece della sostituzione integrale di 400 m di cavo che avrebbe avuto certamente un alto impatto economico.

3. Metodo di ricerca del punto di guasto

Il metodo più semplice e affidabile per trovare un guasto lungo un cavo a campo elettrico radiale (punto dove si verifica una perdita d'isolamento del conduttore centrale verso lo schermo o contatto franco a terra) è la riflettometria nel dominio del tempo (TDR). A un capo del cavo sotto esame si applica un treno di impulsi elettrici di durata opportuna il cui spettro di frequenza contiene componenti armoniche a frequenza elevata. Così il comportamento del cavo, sollecitato dagli impulsi sopra detti, deve essere trattato come una linea di trasmissione a parametri elettrici distribuiti (rappresentato con impedenza longitudinale e ammettenza trasversale per unità di lunghezza) e la teoria matematica delle linee ci dice che l'impulso elettrico iniettato all'estremità di un cavo viaggia all'interno di esso ad una velocità (v) in m/s, rispetto alla velocità della luce (c) nello spazio vuoto, che dipende solo dalla costante dielettrica relativa dell'isolante del cavo (nel caso in esame gomma EPR) secondo la relazione (in m/s) :

v=\frac{1}\sqrt{L'C'}=\frac{c}\sqrt{er}

dove L' è l'induttanza longitudinale e C' la capacità trasversale per metro del cavo. Se l'impulso che percorre la linea trova lungo di essa una discontinuità elettrica che può manifestarsi come :

  • a) sezione terminale della linea aperta (non terminata su impedenza caratteristica Zo),
  • b) sezione terminale della linea in corto circuito,
  • c) cambio dei parametri caratteristici (impedenza longitudinale e/o ammettenza trasversale per unità di lunghezza) lungo la linea,

si ha un impulso riflesso che ritorna verso il punto di iniezione dell'impulso stesso, cioè la sorgente. Quindi misurando il tempo trascorso tra l'istante di invio dell'impulso e il tempo di ritorno dell'impulso (eco o impulso riflesso che percorre lungo la linea una distanza doppia di andata e ritorno dal punto didiscontinuità elettrica rilevato) si può calcolare :

  • 1) la lunghezza in metri della linea nei casi a) e/o b) precedenti,
  • 2) la distanza in metri nel caso c) precedente, dalla sezione di iniezione dell'impulso, causata per esempio da un danneggiamento meccanico del cavo o per un guasto a terra.

4. Strumentazione impiegata

Le prove sul cavo guasto sono state condotte con ecometro marca HDW tipo ECHOFLEX T11/2A il cui manuale indica una precisione di misura di +/-2%. Lo strumento è idoneo per la ricerca di guasti su cavi elettrici in rame, fuori tensione, di qualsiasi sezione. Considerando che la gomma EPR ha er = 2,35 (Colombo - Manuale dell'Ingegnere) si ottiene (in m/us) : v=\frac{c}\sqrt{er} ovvero \frac{v}{2}=\frac{150}\sqrt{2,35}=97,8492 in pratica 98 da impostare sull'ecometro per la misura diretta delle distanze in m.

HDW_T11-2A.jpg

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5. Le misure in campo

Essendo disponibili dei cavi sani facenti capo alle altre due fasi della linea non interessate dal guasto, si è misurata la lunghezza totale della linea posata nel cavidotto secondo lo schema della figura seguente :
schema_L.jpg

schema_L.jpg

e nella foto è mostrato il risultato ottenuto.
misura_L.jpg

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Successivamente è stato provato il cavo affetto da guasto a terra, e la prova è stata fatta sia sulla sezione A di partenza

che sulla sezione B di arrivo linea per verificare l'attendibilità delle due misure dovendo necessariamente essere Lc=LXA+LXB.

Di seguito schema e misura sulla sezione A di partenza della linea :
schema_LXA.jpg

schema_LXA.jpg

misura_LXA.jpg

misura_LXA.jpg

e sulla sezione B di arrivo linea :
schema_LXB.jpg

schema_LXB.jpg

misura_LXB.jpg

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Dai risultati delle prove si ottiene una distanza del guasto dal punto (A) Lxa = 43 m con una tolleranza di misura (dichiarata sul manuale dello strumento usato), secondo la portata selezionata di 50 m, di +/- 2% x 50 = 1 m. Quindi il punto di guasto viene stimato essere tra 42 e 44 m dalla sezione A di partenza della linea.

La misura strumentale di verifica della distanza del guasto fatta sulla sezione B di arrivo linea LXB=0,326 km fornisce una lunghezza totale del cavo Lc=43+326=0,369 km in buon accordo con la misura di lunghezza totale del cavo fatta su un cavo sano Lc=0,372 +/-2%x0,5 km =0,372 +/-0,01 km e la cosa ci permette di ritenere attendibili i risultati di misura ottenuti.

6. Conclusioni

Quando, al termine della ricerca del punto di guasto, si è sfilato dal tubo in PVC interrato il cavo danneggiato (vedi fig. cavo guasto) si è verfificato che lo scostamento (errore) tra distanza stimata (dalla sezione A) e distanza reale, differiva di solo 40 cm, confermando praticamente la validità del metodo impiegato e la bontà delle misure fatte. Dal punto di vista economico, sostituire solo 43 m di cavo + un giunto M.T. - sapendo esattamente la distanza del guasto dal punto A e B di partenza e arrivo linea M.T. - ha consentito un risparmio economico in termini di materiali, velocità di rimessa in servizio della linea e fermo impianti quantificabile in svariate decine di migliaia di euro.

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Commenti e note

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di ,

Complimenti, ottimo report. Quando la competenza si somma alla passione per il proprio lavoro si ottiene molto anche dal poco.

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di ,

DarioDT e JAndrea molte grazie per i complimenti!!!!!

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di ,

Bellissimo.....Alessandro sei un mito!

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di ,

Articolo e lavoro interessante! Grazie per aver speso del tempo a documentare il tutto .

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di ,

Grazie Attilio, complimenti molto graditi!

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di ,

Bell'articolo complimenti, bravo!

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di ,

In effetti il cavo che hai misurato è assimilabile ad un grosso cavo coassiale. Una delle situazioni migliori per il sistema ecometrico. Nei coassiali non conta la sezione dei conduttori ma contano esclusivamente le costanti distribuite. Il sistema funziona perfettamente con interruzioni o corto metallico . Non riesce invece ad evidenziare la perdita di isolamento che normalmente precede il guasto conclamato. A volte potrebbe date risultati fuorvianti. Si tratta solo di conoscere le altre metodologie di ricerca per adottare la più corretta viste le svariate situazioni di guasto possibili nelle diverse tipologie di conduttori in campo. Ciao

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di ,

Rispondo al post di stefanopc. In realtà la misura descritta nell'articolo è fuori dal normale contesto applicativo dell'ecometro HDW impiegato e quindi, a priori, non sapevo se praticamente avrei ottenuto qualche risultato utile. Lo strumento, come decrive bene il suo manuale utente, è idoneo per linee di TLC con tutto quello che hai scritto nelle tue osservazioni. Io lo volevo usare su un "cordicella" da 500 mm^2 di sezione lunga circa 400 m......La teoria del metodo TDR mi dice che non ci sono preclusioni riguardo alla sezione del cavo e alla sua lunghezza, ma in pratica avrei poi ottenuto una misura del punto di guasto veritiera? Considera che ci sono ditte specializzate nella ricerca guasti nei cavi delle linee di distribuzione BT/MT che si muovono con furgoni attrezzati con un set di apparecchiature particolarmente complesse e costose. Invece arrivo io con uno strumento raccattato su una bancarella di un "surplussaro" e problema perfettamente risolto in neanche mezza giornata. SI PUOOOO' FAAAREEEEEE !!!!!!!!! (da Frankenstein Junior di Mel Brooks)

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di ,

P.S. Se la linea sotto test dovesse presentare una derivazione il sistema di misura ecometrico avrebbe notevoli difficoltà. Il ponte automatico invece può dare problemi in caso di doppio guasto o guasto multiplo. Ciao

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di ,

Ottimo articolo. Volevo aggiungere che (in campo tlc) normalmente i guasti verso terra vengono localizzati tramite ponte automatico specialmente se è presente un conduttore di confronto non compromesso dal guasto. La misura ecometrica invece è da preferire in caso di interruzione o corto circuito tra conduttori dello stesso cavo. Ciao

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di ,

Si, tutta interna al sito industriale.

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di ,

Grazie per la risposta. La linea si sviluppa interamente su proprietà privata?

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di ,

In realtà gli scavi non sarebbero stati comunque necessari perchè la linea è posata in una polifora di tubi PVC interrati con camere d'ispezione rompitratta interrate anch'esse belle comode (3,5x3,5x3 m) poste a distanze regolari. La scelta di sostituire lo spezzone di cavo più corto da un'estremità al punto di guasto e fare un solo giunto con il restante cavo sano è stata dettata da considerazioni puramente economiche.

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di ,

La decisione di sostituire una tratta intera di 43 m e di realizzare dunque un solo giunto è stata pensata per evitare gli scavi?

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di ,

Bell'articolo,un ottimo esempio di come la conoscenza teorica e la pratica viaggiano di pari passo, e di come sia fondamentale la teoria nell'esercizio delle misurazioni. Questo tipo di misura l'ho vista utilizzare in alcune occasioni dagli operatori telefonici per l'indivduazione di guasti su multicoppie telefoniche,ed in effetti l'errore era trascurabile. Grazie.

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di ,

Grazie per aver aver dedicato un po' di tempo a questo articolo, hanno fatto un intervento qui da casa mia su una linea simile e mi stavo giusto documentando su come si possa individuare il punto di guasto. Molto interessante!

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di ,

La foto del cavo danneggiato, appena sfilato dal tubo interrato, e' quella di inizio articolo. Il giunto lo hanno realizzato nella camera interrata. Grazie per l'apprezzamento.

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di ,

Certo una foto del cavo danneggiato e del giunto sarebbe stata gradita!!!

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di ,

Molto interessante e ben fatto. Bravi!

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