Las imágenes térmicas identifican fácilmente diferencias de temperatura aparentes en circuitos eléctricos industriales trifásicos respecto a sus condiciones normales de funcionamiento. Gracias a la inspección de los gradientes térmicos de las tres fases en paralelo, los técnicos pueden localizar rápidamente anomalías en el funcionamiento de un ramal determinado debidas a una sobrecarga o un desequilibrio.
Un desequilibrio eléctrico puede deberse a varios motivos: un problema de suministro eléctrico, baja tensión en un circuito o una ruptura de la resistencia de aislamiento de las bobinas del motor.
Incluso un pequeño desequilibrio de tensión puede hacer que las conexiones se deterioren, lo que reduce la cantidad de tensión suministrada, provocando que los motores y otras cargas consuman demasiada corriente, entreguen un menor par (con el estrés mecánico asociado) y fallen antes. Un desequilibrio grave puede fundir un fusible, reduciendo las operaciones a una sola fase. Por su parte, la corriente desequilibrada volverá al neutro, lo que hará que la red eléctrica ajuste la instalación para que consuma la máxima potencia.
En la práctica es casi imposible equilibrar perfectamente las tensiones en tres fases. La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (National Electrical Manufacturers Association, NEMA) define los desequilibrios como un porcentaje: % de desequilibrio – [(100)(desviación máxima de la tensión promedio)] / tensión promedio. Para ayudar a los operarios de los equipos a determinar los niveles aceptables de desequilibrio, NEMA ha redactado especificaciones para numerosos dispositivos. Estas referencias son un punto de comparación útil para el mantenimiento y la resolución de problemas.
Componentes inspeccionados habitualmente
Capture imágenes térmicas de todos los cuadros eléctricos y otros puntos de conexión de carga elevada, como variadores de velocidad, desconexiones y controles. En los lugares donde las temperaturas sean más altas, siga el circuito correspondiente y compruebe las cargas y los ramales asociados.
Compruebe los cuadros eléctricos y otras conexiones descubiertas. Lo ideal sería comprobar los dispositivos eléctricos cuando estén completamente a temperatura elevada y en pleno funcionamiento estable con al menos un 40% de su carga típica. Esto permite evaluar las medidas y compararlas correctamente con los valores normales.
El calentamiento anormal asociado a una alta resistencia o un excesivo flujo de corriente es la causa principal de muchos problemas en los sistemas eléctricos. La termografía infrarroja nos permite ver estas firmas térmicas no visibles 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. Pero, si hay una resistencia anormalmente alta en el circuito o un flujo de corriente anormalmente alto, se genera un calor anormalmente alto que se desperdicia, es potencialmente dañino y anormal.
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 calor en un tostador o luz en una bombilla. Sin embargo, a veces se genera calor no deseado que provoca daños costosos. Los conductores de menor tamaño, las conexiones flojas o el flujo excesivo de corriente pueden causar un calentamiento anormalmente alto no deseado que resulta en circuitos eléctricos peligrosamente calientes. Los componentes pueden literalmente calentarse lo suficiente como para fundirse.
Las cámaras termográficas nos permiten ver las firmas de calor asociadas con una alta resistencia eléctrica mucho antes de que el circuito se caliente lo suficiente como para causar un corte de tensión o una explosión. Esté atento a dos patrones térmicos básicos asociados con fallos eléctricos: 1) una alta resistencia causada por un contacto deficiente con la superficie y 2) un circuito sobrecargado o un problema de desequilibrio multifásico.
Qué buscar
Una carga idéntica debería generar temperaturas idénticas. Si se produce un desequilibrio de la carga, las fases con mayor carga indicarán mayores temperaturas respecto a otras fases debido al calor que genera la resistencia. Sin embargo, una carga desequilibrada, una sobrecarga, una mala conexión o un desequilibrio de armónicos pueden crear un patrón similar. Es necesario medir la carga eléctrica para diagnosticar el problema.
Es un procedimiento sólido para crear una ruta de inspección periódica que incluya las principales conexiones eléctricas. Con el software que se incluye con la cámara termográfica de Fluke, guarde cada imagen que capture en un ordenador y realice un seguimiento de sus medidas a lo largo del tiempo. Esto le permite crear una referencia de imágenes para compararlas con las imágenes capturadas en fechas posteriores. Este procedimiento también le ayudará a determinar si un punto caliente o frío debe considerarse como un indicio de un fallo. Tras la acción correctiva, las nuevas imágenes le ayudarán a determinar si las reparaciones se realizaron correctamente.
El calor se produce por el flujo de corriente a través de un contacto con alta resistencia eléctrica. Este tipo de problema suele asociarse a los contactos y conectores del conmutador. El punto real de calentamiento puede ser a menudo muy pequeño, de menos de 2 mm al principio. A continuación se muestran varios ejemplos encontrados con la IR SnapShot durante las demostraciones a clientes.
El termograma A) es un controlador de motor para un ascensor en un hotel grande. Una de las conexiones trifásicas estaba suelta, lo que provocaba un aumento de la resistencia en el conector. El exceso de calentamiento produjo un aumento de temperatura de 50 °C (90 °F). El termograma B) es una instalación de fusible trifásico en la que un extremo de un fusible tiene un contacto eléctrico deficiente con el circuito. El aumento de la resistencia de contacto provocó una temperatura 45 °C (81 °F) más alta en esa conexión que en las otras conexiones de fusibles. El termograma C) es un clip de fusible en el que un contacto es 55 °C (99 °F) más caliente que los otros. Y el termograma D) es un enchufe de pared de dos fases donde las conexiones de cables estaban sueltas, lo que provocaba que los terminales calentaran 55 °C (100 °F) más que el ambiente.
Estos cuatro ejemplos fueron graves y exigieron atención inmediata. El termograma B) muestra un principio interesante utilizado en la interpretación de los patrones térmicos del circuito eléctrico. El fusible está caliente en un solo extremo. Si el fusible estuviese caliente en ambos extremos, el problema se interpretaría de forma distinta. Un circuito sobrecargado, un desequilibrio de fase o un fusible de tamaño incorrecto provocarían el sobrecalentamiento de ambos extremos del fusible. El calor en un extremo solo sugiere que el problema es una alta resistencia de contacto en el extremo calentado.
El enchufe de pared del termograma D) se había dañado gravemente, como se ve en la imagen siguiente; sin embargo, siguió funcionando hasta que fue sustituido.
¿Qué significa una “alerta roja”?
La seguridad debe ser el primer criterio a la hora de determinar la prioridad de las reparaciones (por ejemplo, las condiciones de un equipo comprometen la seguridad del mismo), seguida de la gravedad del estado del equipo y de la magnitud del aumento de la temperatura. Las especificaciones de la NETA (InterNational Electrical Testing Association) indican que deben tomarse medidas inmediatas cuando la diferencia de la temperatura entre componentes eléctricos similares bajo cargas similares supere los 15 °C (27 °F) o cuando la diferencia entre las temperaturas de un componente eléctrico y del aire del entorno superen los 40 °C (72 °F).
Las normas NEMA advierten contra el funcionamiento de cualquier motor a un desequilibrio de tensión que exceda el 1%. De hecho, NEMA recomienda que los motores se desclasifiquen si funcionan con un desequilibrio mayor. El porcentaje de desequilibrio seguro varía para otros equipos.
Los siguientes termogramas muestran circuitos sobrecargados. El termograma E) muestra un cuadro de circuitos en el que el interruptor principal de la parte superior está sobrecalentado 75 °C (135 °F) por encima de la temperatura ambiente. Este cuadro general está sobrecargado y necesita atención inmediata. Los termogramas E) y F) muestran todos los disyuntores estándar sobrecalentados. Sus temperaturas estaban 60 °C (108 °F) por encima de la temperatura ambiente. Aunque en el termograma los cables son de color azul, también están calientes, de 45 a 50 °C (de 81 a 90 °F). Es necesario rehacer todo este sistema eléctrico.
El termograma G) muestra una línea de un controlador que está aproximadamente 20 °C (36 °F) por encima de las otras. Esto requiere una indagación más exhaustiva para determinar por qué un cable está más caliente que los otros y para determinar la reparación necesaria. El termograma H) muestra un transformador de corriente que está 14 °C (25 °F) más caliente que los otros dos transformadores en una instalación de servicio trifásico. Esto indica un grave desequilibrio del servicio o un transformador de corriente defectuoso que podría afectar gravemente la factura de servicios del cliente.
Requisitos de carga
Al realizar una inspección es importante que el sistema esté cargado. Espere con la inspección para detectar el "peor caso" o picos de carga, o cuando la carga sea al menos del 40% (según NFPA 70B). El calor generado por una conexión suelta se eleva como el cuadrado de la carga; cuanto mayor sea la carga, más fácil será encontrar los problemas.
No olvide considerar el efecto refrescante del viento u otro movimiento de aire.
Solo la temperatura de surperficie
Las cámaras termográficas no pueden ver a través de armarios eléctricos o bandejas metálicas. Siempre que sea posible, abra las carcasas para que la cámara pueda ver directamente los circuitos eléctricos y los componentes. Si encuentra una temperatura anormalmente alta en la superficie exterior de una carcasa, tenga la seguridad de que la temperatura es incluso más alta, y generalmente mucho más, dentro de esta. A continuación se muestran algunos termogramas tomados de una carcasa de bus que identifican un problema grave con los buses eléctricos dentro de la carcasa. Las zonas activas estaban en el orden de 10 °C más calientes que el ambiente y 6 °C más calientes que otras partes de la carcasa del bus.
Carcasas de bus:
Distribución eléctrica
Literalmente, se pueden encontrar cientos de diferentes piezas de equipo en un sistema eléctrico. Comienzan con la producción del suministro eléctrico, la distribución de alta tensión, los armarios de distribución y las subestaciones, y terminan con transformadores de servicio, instalaciones de distribución eléctrica, interruptores, contadores, distribución local y cuadros de dispositivos. Muchas compañías eléctricas han adquirido FlexCam® o SnapShot® para que las ayuden con el mantenimiento. Y casi todos los tipos de industrias han comprado cámaras termográficas para ayudar con el mantenimiento de su sector del sistema de distribución eléctrica.
El termograma M) es un transformador de servicio que había filtrado un poco de aceite de refrigeración, por lo que las bobinas se calentaban peligrosamente cerca de la parte superior. Una conexión estaba 160 °C (288 °F) por encima de la temperatura ambiente. Este transformador necesitaba una sustitución inmediata, pero la compañía quería retrasar la reparación un mes para poder realizarla durante un cierre total programado de la planta. Utilizaron la cámara IR SnapShot para supervisar el estado del transformador y retrasar con éxito la reparación. El termograma N) es de un transformador de servicio montado en poste que tiene una conexión 30 °C (54 °F) más caliente que la temperatura ambiente. Dicho estado requería mantenimiento en cuanto fuera posible. El termograma O) muestra una conexión de red eléctrica caliente en un interruptor en una subestación en
México. La conexión estaba 14 °C (25 °F) más caliente que las demás. Este era un problema que requería atención. El termograma P) muestra una conexión aérea en una subestación de Perú. Estaba menos de 10 °C (18 °F) por encima de la temperatura ambiente y no era un problema inmediato.
¿Cuál es el potencial precio de un fallo?
Una de las consecuencias más comunes de un desequilibrio de tensión es un fallo en el motor. El coste total incluye el precio del motor, la mano de obra requerida para sustituirlo, el precio del producto perdido debido a la producción irregular, la línea de producción y la pérdida de ingresos durante este período de inactividad.
Supongamos que el coste de reemplazar un motor de 50 CV cada año sea de 5000 dólares, incluyendo la mano de obra. Calculemos 4 horas de tiempo de inactividad por año con una pérdida de ingresos de 6000 dólares por hora. Costo total: 5000 dólares + (4 x 6000 dólares) = 29.000 dólares anuales.
Acciones de seguimiento
Cuando una imagen térmica muestra que un conductor completo tiene una temperatura mayor que el resto de componentes de un circuito, puede ser un indicio de que el conductor no tiene la capacidad suficiente o está sobrecargado. Compruebe la capacidad del conductor y la carga real para determinar cuál es el problema.
Utilice un multímetro con una pinza, una pinza amperimétrica o un analizador de calidad eléctrica para comprobar el equilibrio y la carga de la corriente en cada fase.
Por lo que respecta a la tensión, compruebe si hay caídas de tensión en la protección y en el conmutador de alta tensión. En general, la tensión de línea no se debe desviar más del 10% respecto al valor que aparece en la placa de características. La tensión entre el neutro y tierra indica el nivel de carga del sistema y ayuda a realizar el seguimiento de la corriente de armónicos. Un valor de tensión entre el neutro y tierra superior al 3% se debería investigar más a fondo.
Las cargas cambian y una fase puede ser de repente un 5% más baja en un ramal si se añade una carga monofásica considerable. Las caídas de tensión en los fusibles e interruptores pueden provocar desequilibrios en el motor y un calentamiento excesivo en el punto que origina el problema. Antes de dar por hecho que ha localizado el origen del problema, vuelva a comprobar las medidas de corriente con la cámara termográfica y un multímetro o una pinza amperimétrica.
Ni el alimentador ni los circuitos derivados deben cargarse hasta el límite máximo permitido. Las ecuaciones de carga de los circuitos también deben permitir armónicos. La solución más común a la sobrecarga es redistribuir las cargas en los circuitos o bien gestionar las cargas a medida que se presentan durante el proceso.
Con la ayuda del software asociado, registre todos los problemas que haya localizado con su cámara termográfica en un informe en el que se incluya una imagen térmica y otra digital del equipo. Esta es la mejor forma de comunicar los problemas que haya encontrado y de informar de las reparaciones que se deben realizar.