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Termografía en sistemas eléctricos en planta

Componentes que se suelen inspeccionar

  • Distribución eléctrica (trifásica)
  • Cajas de fusibles
  • Cables y conexiones
  • Relés/Interruptores
  • Aislantes
  • Condensadores
  • Subestaciones
  • Interruptores automáticos
  • Controladores
  • Transformadores
  • Motores
  • Bancos de batería

Razones comunes de la existencia de puntos críticos o desviaciones de temperatura

  • Cargas desequilibradas
  • Armónicos (tercer armónico en corriente en el neutro)
  • Sobrecarga en los sistemas/exceso de corriente
  • Las conexiones sueltas o con corrosión han aumentado la resistencia del circuito (normalmente uno de los lados de los componentes se calienta)
  • Avería del aislamiento
  • Avería de componente
  • Fallos del cableado
  • Los componentes especificados más abajo (como los fusibles) se calentarán a ambos lados del fusible

El calentamiento anómalo asociado con una alta resistencia o con un flujo de corriente excesivo es la principal causa de muchos de los problemas de los sistemas eléctricos. La termografía por infrarrojos nos permite ver estas curvas térmicas invisibles que advierten de daños inminentes antes de que se produzcan. Cuando la corriente fluye a través de un circuito eléctrico, parte de la energía eléctrica se convierte en energía térmica. Esto es normal. Sin embargo, si existe una resistencia anormalmente alta en el circuito o se produce un flujo de corriente anormalmente alto, se genera un calor anormalmente alto, lo que supone pérdidas, daños potenciales y un funcionamiento anómalo.

La ley de Ohm (P=I2R) describe la relación entre la corriente, la resistencia eléctrica y la potencia o la energía térmica generada. Utilizamos una alta resistencia eléctrica para obtener resultados positivos como el calor de una tostadora o la luz de una bombilla. Sin embargo, en ocasiones se genera un calor no deseado que provoca costosos daños. Los conductores insuficientes, las conexiones sueltas o un flujo excesivo de corriente pueden provocar un alto calentamiento anómalo no deseado que genera circuitos eléctricos peligrosamente calientes. Los componentes pueden calentarse literalmente tanto como para fundirse.

Las cámaras termográficas por infrarrojos de Fluke nos permiten ver las curvas de calor asociadas con una alta resistencia eléctrica mucho antes de que el circuito se caliente lo suficiente como para provocar un corte de tensión o una explosión. Existen dos patrones térmicos básicos asociados con los fallos eléctricos: 1) una alta resistencia provocada por un contacto deficiente de la superficie y 2) un circuito sobrecargado o un problema de desequilibrio multifásico.

Problemas de contacto

El calor se produce debido al flujo de corriente a través de un contacto con alta resistencia eléctrica. Este tipo de problema suele estar asociado a contactos de conmutadores y conectores. A menudo el punto real de calentamiento puede ser muy pequeño, inferior a 1/6 cm en la ubicación donde se inicia. A continuación se incluyen varios ejemplos detectados con una cámara termográfica Fluke durante demostraciones a clientes.

El termograma A) corresponde a un controlador de motores de un ascensor en un gran hotel. Una de las conexiones trifásicas estaba suelta, lo que provocaba un aumento de la resistencia en el conector. El calentamiento excesivo generaba un aumento de temperatura de 50 °C (90 °F). El termograma B) corresponde a una instalación de fusibles trifásicos en la que un extremo de un fusible presenta un contacto eléctrico deficiente con el circuito. El aumento de la resistencia de contacto provocaba una temperatura 45 °C (81 °F) más caliente en esta conexión que en las demás conexiones del fusible. El termograma C) corresponde a un portafusibles en el que uno de los contactos tiene una temperatura superior en 55 °C (99 °F) con respecto a los demás. Por último, el termograma D) corresponde a un enchufe de pared bifásico en el que las conexiones de cable estaban sueltas, lo que provocaba que la temperatura de los terminales fuese 55 °C (100 °F) superior a la temperatura ambiente.

A) Controlador B) Fusible trifásico C) Portafusibles D) Enchufe de pared

Estos cuatro ejemplos suponían problemas serios y precisaban atención inmediata. El termograma B) muestra un principio interesante utilizado en la interpretación de los patrones térmicos de un circuito eléctrico. El fusible solamente está caliente en un extremo. Si el fusible estuviese caliente en ambos extremos, el problema se interpretaría de forma diferente. Un circuito sobrecargado, un desequilibrio de fase o un fusible insuficiente provocarían el sobrecalentamiento de ambos extremos del fusible. El calentamiento en un único extremo sugiere que el problema se debe a una alta resistencia de contacto en el extremo caliente.

El enchufe de pared del termograma D) estaba seriamente dañado, como se puede apreciar en la imagen visual siguiente; sin embargo, siguió funcionando hasta que se reemplazó.

Problemas de circuito sobrecargado

Los siguientes termogramas muestran circuitos sobrecargados. El termograma E) muestra un cuadro de interruptores en el que el disyuntor principal en la parte superior presenta un sobrecalentamiento de 75 °C (135 °F) por encima de la temperatura ambiente. Este cuadro completo está sobrecargado y precisa atención inmediata. Los termogramas E) y F) muestran todos los disyuntores de circuito estándar sobrecalentados. Su temperatura se situaba a 60 °C (108 °F) por encima de la temperatura ambiente. A pesar de que en el termograma los cables se muestran en color azul, también están calientes, entre 45 y 50 °C (entre 81 y 90 °F). Es necesario recomponer el sistema eléctrico completo.
E) Cuadro de interruptores F) Cuadro de interruptores G) Controlador H) Transformador de corriente

El termograma G) muestra una línea de un controlador con un temperatura 20 °C (36 °F) superior a las demás. Se precisa una investigación más detallada para determinar por qué razón solamente uno de los cables está mucho más caliente que los demás y para determinar la reparación necesaria. El termograma H) muestra un transformador de corriente con una temperatura superior en 14 °C (25 °F) a los otros dos transformadores de una instalación de servicio trifásica. Esto indica un grave desequilibrio del servicio o un transformador de corriente defectuoso que puede afectar de manera importante a la factura eléctrica del cliente.

Requisitos de carga

A la hora de realizar una inspección, es importante que haya carga en el sistema. Lleve a cabo la inspección en los picos de carga o en el "peor de los casos", o bien cuando la carga esté al menos en el 40% (conforme a NFPA 70B). El calor generado por una conexión suelta aumenta al cuadrado de la carga; cuanto mayor es la carga, más fácil será que aparezcan problemas.

No olvide tener en cuenta el efecto de enfriamiento del viento o de otros movimientos de aire.

Únicamente temperaturas de superficie

Las cámaras de infrarrojos no pueden ver a través de armarios eléctricos ni bandejas de bus de metal. Siempre que sea posible, abra las carcasas de forma que la cámara pueda ver directamente los circuitos eléctricos y sus componentes. Si detecta una temperatura anormalmente alta en la superficie exterior de una carcasa, tenga la certeza de que la temperatura será incluso mayor, y por lo general mucho mayor, en el interior. A continuación se incluyen algunos termogramas realizados en la carcasa de un bus que identifican un grave problema de los buses eléctricos en el interior de la carcasa. Los puntos calientes presentaban en torno a 10 °C (50 °F) por encima de la temperatura ambiente y 6 °C (43 °F) por encima de la temperatura de las demás piezas de la carcasa del bus.
I) J) K) L) Carcasas de bus

Distribución eléctrica

Un sistema eléctrico puede contener literalmente cientos de diferentes componentes. Comienzan con la producción de suministro eléctrico, distribución de alta tensión, plantas de distribución y subestaciones, y finaliza con transformadores de servicio, cuadros eléctricos, disyuntores, analizadores, distribución local y paneles de electrodomésticos. Muchas compañías eléctricas han adquirido cámaras termográficas Fluke como ayuda para las tareas de mantenimiento. Además, prácticamente en todos los tipos de sectores se han adquirido cámaras Fluke como ayuda para el mantenimiento de su extremo del sistema de distribución eléctrica.

El termograma M) corresponde a un transformador de servicio que presenta fugas de aceite de enfriamiento, lo que provoca que las bobinas situadas cerca de la parte superior estén peligrosamente sobrecalentadas. Una conexión presentaba una temperatura 160 °C (288 °F) por encima de la temperatura ambiente. Este transformador debía ser reemplazado de inmediato, pero la empresa deseaba retrasar la reparación un mes, de forma que se pudiese llevar a cabo durante un apagado total programado de la planta. Utilizaron una cámara Fluke para supervisar el estado del transformador y pudieron retrasar la reparación sin ningún problema. El termograma N) corresponde a un transformador de servicio montado en poste con una conexión que presenta una temperatura 30 °C (54 °F) superior a la temperatura ambiente. Este estado precisa mantenimiento en la siguiente oportunidad posible. El termograma O) muestra una conexión principal caliente en un interruptor de una subestación en México. Se detectó que la conexión tenía una temperatura 14 °C (25 °F) superior a la temperatura de los demás. Se consideró que era un problema que precisaba atención. El termograma P) muestra una conexión sobrecalentada en una subestación de Perú. La diferencia de temperatura era superior en menos de 10 °C (18 °F) a la temperatura ambiente, por lo que no suponía un problema inmediato.

M) Transformador N) Transformador O) Interruptor P) Conexión

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