Ispezione dei punti surriscaldati negli impianti elettrici e manutenzione preventiva

Autore: Ahmed El-Rasheed

Il rilevamento dei punti surriscaldati è una delle misure di monitoraggio delle condizioni più utili per gli impianti elettrici. Consente il rilevamento precoce delle anomalie e, di conseguenza, contribuisce a prevenire il deterioramento dell'isolamento e a ridurre il rischio di guasti. La temperatura dei circuiti elettrici ha un'influenza predominante sulla durata dell'isolamento. Se un giunto allentato crea surriscaldamento in un punto, l'isolamento in prossimità può subire un grave deterioramento dovuto al riscaldamento eccessivo, con potenziali interruzioni del servizio.

Utilizzando una termocamera, che converte la radiazione a infrarossi invisibili in immagini chiare da cui è possibile leggere le temperature, si possono identificare i componenti che si surriscaldano e quelli che si raffreddano in modo anomalo. Le immagini della termocamera possono essere visualizzate su un monitor in tempo reale o memorizzate per analisi successive. L'uso di una termocamera facilita l'intervento degli elettricisti e degli addetti alla manutenzione in caso di guasti potenziali prima che si verifichino, un vantaggio importante, in particolare nel caso di apparecchiature critiche in cui un guasto può causare un'interruzione grave.

Dopo aver identificato un punto surriscaldato, è necessario utilizzare gli strumenti giusti per risolvere la situazione prima di procedere. Uno degli strumenti più utili è Ductor™, un ohmmetro a bassa resistenza in grado di misurare con precisione le resistenze, anche in milliohm o persino in microohm. Questo strumento consente a elettricisti e tecnici di identificare eventuali resistenze eccessivamente elevate all'interno di componenti e giunti. La riparazione o la sostituzione degli elementi con resistenza elevata riduce la temperatura e risolve il problema dei punti surriscaldati.

Il riscaldamento anomalo è infatti una delle cause più comuni di problemi negli impianti elettrici ed è sempre associato a una resistenza insolitamente elevata o a un flusso di corrente eccessivo. Le immagini a infrarossi consentono di rilevare questo riscaldamento anomalo in modo rapido e semplice.

Conduttori sottodimensionati, collegamenti allentati, guasti ai componenti elettrici o flusso di corrente eccessivo possono causare un riscaldamento anomalo, con conseguente surriscaldamento pericoloso dei circuiti elettrici. I componenti possono diventare talmente caldi da sciogliersi letteralmente.

Figura 1: danni alla morsettiera di un motore

Figura 2: danni a un conduttore in un collegamento trifase

Figura 3: riscaldamento eccessivo di un collegamento sulla barra collettrice

Le fotografie nelle Figure da 1 a 3 mostrano guasti all'isolamento e danni gravi causati da punti surriscaldati non rilevati.

Figura 4: punto surriscaldato sul giunto di un conduttore

Figura 5: riscaldamento eccessivo di uno scaricatore

Figura 6: punto surriscaldato in un terminale di alimentazione trifase

Al contrario, le Figure da 4 a 6 mostrano immagini termiche di punti surriscaldati rilevati prima che si verifichi un guasto. Molte situazioni operative possono portare allo sviluppo di punti surriscaldati. Alcuni esempi includono:

• Giunti allentati a causa di vibrazioni e urti
• Collegamenti allentati a causa di gravi cortocircuiti o configurazioni di bloccaggio obsolete
• Danni meccanici ai contatti striscianti dovuti a una manipolazione inadeguata dell'apparecchiatura
• Maggiore resistenza dei contatti per ossidazione o corrosione causate da problemi ambientali quali umidità elevata e inquinamento dell'aria
• Intervalli di manutenzione prolungati a causa delle difficoltà di messa fuori servizio dell'apparecchiatura

Nel caso specifico di sottostazioni elettriche, alcuni degli elementi le cui segnature termiche devono essere esaminate per individuare potenziali segni precursori di guasto includono:

• Trasformatori di potenza (livelli dell'olio e funzionamento della pompa) 
• Commutatori sotto carico (livelli dell'olio, altri problemi interni) 
• Isolatori passanti (livelli dell'olio e collegamenti difettosi) 
• Isolatori distanziatori (umidità, contaminazione, deterioramento) 
• Scaricatori di sovratensione (deterioramento dei dischi in ossido di metallo) 
• Interruttori automatici (perdite di olio o di gas SF6) 
• Disconnessioni meccaniche (collegamenti errati, contaminazione) 
• Terminali del motore o del generatore (contaminazione, collegamenti errati) 
• Giunti e terminazioni dei cavi (contaminazione, lavorazione inadeguata) 
• Armadi di controllo (usura di ventole, pompe e altri componenti) 
• Batterie

Quando si eseguono ispezioni di termografia su linee elettriche e apparecchiature di sottostazione, è necessario tenere presenti alcune considerazioni importanti, tra cui:

• Carico: il sistema deve funzionare con punta di carico pari o superiore al 40% durante l'ispezione - superiore, se possibile. Questo livello di carico consente di ottenere energia sufficiente per la visualizzazione di un punto surriscaldato. Dopo aver individuato un punto surriscaldato, si deve considerare di quanto il calore aumenterà all'aumento del carico fino al 100%.
• Vento: se l'ispezione viene eseguita all'aperto e la velocità del vento in corrispondenza del componente sottoposto a esame è pari o superiore a 16 km/h (10 mph), è necessario prevedere un intervallo di tolleranza, in particolare considerando che il calore dei punti surriscaldati può aumentare a velocità del vento inferiori.
• Confronto di fase: a meno che non vi sia uno squilibrio di carico tra le fasi, normalmente funzioneranno a temperature simili. Se un componente in una fase è più caldo del componente equivalente nelle altre fasi, sono necessarie ulteriori indagini.
• Temperatura: un punto surriscaldato non deve essere ignorato anche se è piccolo e la differenza di temperatura sembra irrilevante. Anche piccoli aumenti di temperatura possono indicare problemi gravi. Si consiglia di valutare un punto surriscaldato identificato in base alle potenziali conseguenze di guasto anziché basarsi su un elenco di priorità predefinite relative alla temperatura.
• Precisione: quando si eseguono ispezioni termiche, affidarsi alla risoluzione di misurazione della termocamera ed effettuare compensazioni precise in termini di emissività e temperatura di fondo.

Per le sottostazioni, la procedura consigliata è iniziare dall'esterno utilizzando una termocamera. Eseguire la scansione della linea di trasmissione che alimenta la stazione, del circuito dalla linea di trasmissione, degli isolatori ad alta tensione (scaricatori), quindi concentrarsi su componenti specifici. Ad esempio, su un trasformatore, osservare gli isolatori passanti, le casse dei commutatori sotto carico e così via. La registrazione dei risultati e l'andamento nel tempo possono fornire ulteriori informazioni preziose, come illustrato nella Figura 7.

Figura 7: monitoraggio delle temperature nel corso di mesi per i quadri elettrici trifase di una sottostazione, con visualizzazione delle tendenze e dei problemi rilevati (Tomas Kozel et al, Medium Voltage Switchgear Temperature Monitoring, ABB, 2016)
Quando viene identificato un punto surriscaldato, le riparazioni possono essere eseguite durante un arresto programmato. In questo modo si evitano arresti non pianificati e si mette in pratica una forma efficace di manutenzione preventiva. Quando si eseguono le riparazioni, eseguire i test con un ohmmetro a bassa resistenza dedicato, ad esempio Ductor™. Un normale multimetro digitale (DMM) non fornisce risultati sufficientemente accurati o affidabili. Vediamo perché.

Un multimetro digitale e un ohmmetro a bassa resistenza utilizzano entrambi una tensione di test analoga di pochi Volt, ma utilizzano correnti di test molto diverse. Sui multimetri digitali, la corrente di test è generalmente circa 5 mA, mentre negli ohmmetri a bassa resistenza è in genere 10 A, e sono disponibili tipi che utilizzano correnti di test di 100 A, 200 A o persino 600 A. Un multimetro digitale rileva valori fino a un decimo o anche un centesimo di ohm, mentre negli ohmmetri a bassa resistenza i valori sono in microohm o persino decimi di microohm.

Perché queste differenze sono importanti? La funzione principale degli intervalli di bassa resistenza di un multimetro digitale è eseguire test di continuità. Gli elettricisti utilizzano questi test per assicurarsi che non vi siano errori nel cablaggio in una scatola di derivazione e che tutti i collegamenti siano corretti e serrati. In molti casi, la misurazione effettiva non è necessaria perché il multimetro digitale emette un segnale acustico quando rileva un valore di resistenza preimpostato. Il multimetro digitale portatile è ideale per questo tipo di test.

Al contrario, lo scopo principale di un ohmmetro a bassa resistenza è misurare con precisione le resistenze inferiori a 1 Ω in applicazioni in cui non è sufficiente controllare la continuità. Occorre accertarsi che il circuito o il giunto sottoposto a test funzionino in modo affidabile senza surriscaldarsi. Alcuni esempi di applicazioni includono la messa a terra per la protezione dai fulmini, l'eliminazione dei guasti, l'accoppiamento delle superfici di contatto per il massimo trasferimento di energia senza riscaldamento e la manutenzione di collegamenti imbullonati e giunti a saldare. Per applicazioni complesse come queste, una variazione di pochi microohm nella resistenza può segnalare la presenza di un problema o persino l'inizio di un problema destinato a svilupparsi ulteriormente e che deve essere corretto prima che causi un danno.

Figura 8: multimetro digitale AVO830 di Megger con resistenza visualizzata di 0 Ω durante la verifica di un giunto della barra collettrice

Figura 9: ohmmetro a bassa resistenza DLRO10HD di Megger con resistenza visualizzata di 10 μΩ durante il test della prima sezione dello stesso giunto della Figura 8

Figura 10: lo stesso ohmmetro a bassa resistenza con valore visualizzato di 1,131 mΩ durante la prova della seconda sezione dello stesso giunto della Figura 8, con rilevamento di un collegamento inferiore allo standard

Nelle Figure 8, 9 e 10 viene mostrata chiaramente la differenza tra le misurazioni di bassa resistenza eseguite con un multimetro digitale e con un ohmmetro a bassa resistenza dedicato.

Il multimetro digitale misura la resistenza del giunto sull'intera barra collettrice in due sezioni restituendo il valore zero e, pertanto, non fa altro che confermare la continuità. Al contrario, l'ohmmetro a bassa resistenza fornisce una lettura di 10 μΩ per una sezione e di 1,131 mΩ per l'altra sezione. L'ohmmetro a bassa resistenza ha identificato un collegamento difettoso sulla barra collettrice mentre il multimetro digitale non è stato in grado di rilevare alcuna differenza di resistenza. In generale, le misurazioni di bassa resistenza vengono confrontate con la resistenza di altri giunti o componenti simili per stabilire se il valore rientra nell'intervallo normale.

Ci auguriamo che questo articolo abbia dimostrato come l'uso combinato della termografia e di un ohmmetro a bassa resistenza dedicato sia una parte essenziale della manutenzione preventiva degli impianti elettrici. L'esecuzione regolare di ispezioni termografiche è estremamente importante perché aiuta a identificare i problemi prima che si verifichino costosi danni e interruzioni. Inoltre, è molto importante usare gli strumenti giusti per effettuare ulteriori indagini e risolvere i problemi rilevati.