La mayoría de los sistemas eléctricos industriales y comerciales se están volviendo más seguros y confiables. El último informe de la Administración para los Incendios de EE. UU., que analiza datos de 2001, estima que 8.7 % de los 47,785 incendios no residenciales del país fueron provocados por equipos de distribución eléctrica,. Eso representa 32 % menos que en 1998.
Los estrictos códigos para edificios, los equipos de alta calidad, los buenos diseños de sistema, la instalación competente y el mantenimiento profesional son factores de esta tendencia a la baja. Sin embargo, esto se traduce en 4157 edificios comerciales, industriales e institucionales afectados por incendios eléctricos en 2001.
Los sistemas comerciales de baja tensión contienen varios subsistemas: conmutadores, transformadores, paneles, tomas, controles de motor e iluminación, por nombrar algunos. Las conexiones, el aislamiento y la protección de sobrecorriente son comunes a todos estos componentes. Las fallas de estos mecanismos fundamentales son la causa de muchos incendios eléctricos y son el objetivo de muchos procedimientos de mantenimiento eléctrico.
Las Especificaciones para pruebas de mantenimiento de la NETA y el estándar NFPA 70B, Prácticas recomendadas para el mantenimiento de equipos eléctricos, enumeran los procedimientos de prueba para los varios componentes de un sistema de distribución eléctrica. Las pruebas termográficas se abordan en ASTM E 1934 Guía estándar para examinar equipos eléctricos y mecánicos con termografía infrarroja.
Un buen programa de pruebas brinda tanto prevención de incendios eléctricos como confiabilidad y seguridad, pues las pruebas abordan los tres aspectos. De hecho, muchas aseguradoras industriales exigen evidencia de un programa de pruebas eléctricas constante.
En este artículo se repasan las causas fundamentales de sobrecalentamiento, así como las medidas y los instrumentos de uso más extendido para descubrir problemas de sobrecalentamiento.
Utilice cámaras termográficas para comprobar los componentes energizados en busca de conexiones calientes, corroídas o flojas. Imagen térmica de un contacto de terminal flojo.
Causas del sobrecalentamiento en sistemas eléctricos
La combustión necesita tanto calor como combustible. Los diseñadores de los equipos eléctricos tratan de usar materiales ignífugos, por lo que el sistema eléctrico suministra poco combustible. El combustible del incendio suele proceder de algún material cercano, y el sistema eléctrico proporciona el calor necesario para la ignición.
El calor es un importante producto derivado del flujo de corriente eléctrica. El Código Eléctrico Nacional toma en cuenta el calor y brinda reglas para la construcción de sistemas eléctricos seguros. Así que ¿cómo puede causar un incendio un sistema eléctrico diseñado y construido en cumplimiento con el NEC?
Conexiones deficientes. La vibración o el esfuerzo térmico puede propiciar que las conexiones de los sistemas de distribución eléctrica se suelten. La contaminación corroe las conexiones. Ambos factores aumentan la resistencia de la conexión. Todos los terminales y empalmes son susceptibles de sobrecalentarse, aunque es mucho más importante mantener un bajo nivel de resistencia mientras mayor sea la corriente que lleva la conexión. Tenga en cuenta que si un conector en un sistema de 50 amperios presenta solo 0.1 ohmios de resistencia, ¡disipará 250 vatios en la interfaz de la conexión! Más aún, si se permite que persista esa condición, se acumulará el óxido en la interfaz de la conexión, lo que hará que aumente la resistencia. A fin de cuentas, esto puede dar como resultado las llamadas "conexiones luminosas", que pueden generar una cantidad importante de calor sin activar los dispositivos de protección.
Las conexiones holgadas que se conectan y desconectan de manera periódica también pueden causar arcos en serie. Los arcos son descargas eléctricas a través de un espacio de aire. En este caso, el arco se genera a través de un pequeño espacio entre conductores, puesto que la conexión se abre repetidamente. El calor resultante está muy concentrado y puede provocar que el aislamiento falle o que ocurra un incendio si hay una fuente de combustible cerca. Los interruptores, los relés y los disyuntores también son tipos de conexiones. Están diseñados para abrirse y cerrarse de manera repetida sin sobrecalentarse, pero están expuestos a la influencia de la vibración, el calor y la contaminación, como cualquier otra conexión.
Falla del aislamiento. Uno de los motivos por los que los incendios eléctricos son menos comunes es que la calidad del aislamiento es mejor que en el pasado. Pero cualquier sistema de aislamiento se sigue degradando con el paso del tiempo, el calor y la contaminación.
La forma más extrema de fallo de aislamiento es el cortocircuito. En tal caso, dos conductores hacen contacto y permanecen en contacto. La sobrecorriente resultante debe causar que un fusible o disyuntor se abra. Pero si el dispositivo protección contra sobrecorrientes no se abre, el circuito a partir del cortocircuito estará expuesto al sobrecalentamiento.
Si hay una falla de tierra (un cortocircuito que involucre la tierra de un equipo), entonces el disyuntor también debe abrirse. Si no lo hace, surgirá el mismo sobrecalentamiento. Si hay una conexión resistiva en el sistema de conexiones que limite la corriente, la corriente resultante podría no ser suficiente para activar los dispositivos de protección a partir de ese punto, pero sí podría calentar el sistema de conexiones.
Los arcos en paralelo ocurren cuando dos conectores se acercan, o se tocan y se separan. Tienen características similares a los arcos en serie (mencionados anteriormente), pero tienden a involucrar corrientes superiores. Esto puede causar la ignición de una fuente cercana de combustible o una mayor degradación del aislamiento. Los arcos pueden liberar chispas de metal caliente que pueden encender una fuente de combustible cercana.
Se expone el aislamiento al calor u otras fallas, la superficie del aislamiento puede quemarse y volverse conductora. Puede ocurrir un fenómeno llamado "erosión por arco", provocando un calentamiento intenso y concentrado similar al de otros tipos de arco.
Rayos. Una de las funciones del sistema de conexión a tierra es proporcionar una ruta de baja impedancia a tierra, lo que permite a los rayos pasar ocasionando el menor daño posible. Los supresores de sobretensiones necesitan una buena ruta de conexión a tierra para funcionar con eficacia. Las pruebas periódicas del sistema de tierra y la resistencia entre el electrodo de tierra y la tierra ayudan a garantizar que este sistema funcionará cuando sea necesario.
Armónicos. La mayoría de la corriente que fluye en un sistema eléctrico de EE. UU. realiza un ciclo de 60 Hz. Las corrientes de armónicos contienen componentes de mayor frecuencia que generan calor por todo el sistema. La distorsión armónica está presente en cualquier sistema eléctrico que suministre cargas electrónicas, como los variadores de velocidad, las computadora, los sistemas de control o las máquinas de producción. La distorsión extrema y la carga pesada pueden causar que los equipos eléctricos se sobre calienten, especialmente en los sistemas de distribución más antiguos.
El tercer armónico es resultado de cargas monofásicas, como computadoras y otras máquinas de oficina. Este armónico se añade al neutro en un sistema trifásico y puede causar que el conductor neutro se sobrecaliente si es demasiado pequeño.
Evite los cortos eléctricos realizando pruebas de resistencia al aislamiento de los cables. Examine periódicamente la calidad eléctrica en busca de fluctuaciones de tensión, armónicos y otras causas de sobrecalentamiento.
Sobrecargas. Si una carga consume demasiada corriente, la carga ascendente de los componentes del sistema tienen que transportar dicha corriente. La protección principal frente a la sobrecarga es el dispositivo de protección contra sobrecorrientes, que se debe abrir. Si no se abre, la corriente alta causará sobrecalentamiento distribuido en la porción del sistema a partir del punto de sobrecarga.
Errores de cableado. El sistema eléctrico de los edificios comerciales es una entidad dinámica. Con el paso del tiempo, los inquilinos cambian, las líneas de producción se trasladan y se instalan nuevos equipos. En un momento crucial, los errores son comunes y, aunque el sistema puede que funcione bien durante un tiempo, se pueden generar problemas latentes.
Existe el riesgo latente de un incendio cuando alguien "agranda" un dispositivo de protección sin cambiar el tamaño del cable. Por ejemplo, sencillamente remplazar un disyuntor de 20 amperios con uno 30 amperios podría hacer que los cables 12 AWG existentes conduzcan una corriente excesiva. Ocurre algo similar cuando alguien conecta un cable de circunferencia menor a un circuito con una ampacidad superior.
Usar un conductor neutro como ruta de retorno para más de un conductor de fase posibilitará que las cargas funcionen, pero el conductor neutro "compartido" puede sobrecalentarse con facilidad.
Instrumentos de test y medida para detectar calor y fallos en los componentes
El truco para detectar un peligro de incendio eléctrico es saber qué aspecto tiene una lectura anómala. La mejor solución es recabar lecturas de referencia en los componentes y equipos más importantes. Esto le ofrecerá un punto con el que comparar las lecturas. Entonces, cree el hábito de realizar estas pruebas anualmente. Ello también identificará otros tipos de fallas en los trabajos, lo que redundará en ahorros de mantenimiento predictivo, así como prevención de incendios.
Estas son las herramientas y mediciones más comunes que los profesionales de las pruebas usan para comprobar la presencia de sobrecalentamiento o la tendencia al sobrecalentamiento.
Inspección visual. Puede que la electricidad sea invisible, pero sus efectos de calentamiento en el metal y en los aislantes no lo son. La decoloración o la carbonización es una señal inequívoca del sobrecalentamiento de los componentes. También manténgase alerta para detectar olores, como el que produciría un componente que se sobrecalienta.
Termografía. Las cámaras termográficas pueden leer la energía infrarroja que emite un objeto y crea una imagen visible de la temperatura de la superficie del objeto. Los conectores calientes y sueltos se muestran claramente en estas imágenes térmicas, sobre todo si se comparan con conexiones apretadas y más frías. Esta técnica libre de contacto es perfecta para comprobar componentes energizados y escanear el equipo operacional, pero no puede medir aislamiento o conexiones ocultos (aislados térmicamente). De manera similar, los paneles eléctricos debe abrirse para medir los componentes con la cámara. Siga los procedimientos de seguridad NFPA 70E y utilice el equipo de protección personal (EPP) en esos casos.
Resistencia del interruptor o de la conexión. Otro método de comprobar los conectores es mediante la medida eléctrica de la resistencia de la conexión. En un sistema energizado, una conexión resistiva causará una caída de tensión medible en la conexión. Un voltímetro de mano preciso y con la clasificación correcta es necesario para esa tarea. Sin embargo, esta prueba involucra el sondeo de un sistema energizado, de modo que la seguridad es una preocupación. El técnico debe cumplir de manera estricta los requisitos de EPP y los protocolos de la OSHA.
En un sistema desenergizado, se obtendrán resultados mucho más precisos con un microohmímetro. Esta herramienta se aplica a corrientes de CC de 10 amperios o más, a través de un conector, y mide la caída de tensión con precisión. Esta prueba muestra la resistencia de una conexión hasta una fracción de microohmio, lo que asegura que la conexión no disipará demasiado calor o identifica los conectores que podrían representar un riesgo.
Comprobación del aislamiento. La resistencia del aislamiento se mide entre los conductores de fase, y entre los conductores de fase y los de tierra. Un buen aislamiento tendrá una resistencia muy alta. Los comprobadores de aislamiento aplican una alta tensión de CC a los componentes aislados y desenergizados. El instrumento mide entonces la resistencia entre los dos puntos. Puede usarse esta prueba para comprobar largos segmentos de aislamiento, lo que incluye grandes longitudes de cable, devanados de transformador y devanados de motor. Las lecturas de baja resistencia del aislamiento pueden ser un indicador de que, en algún punto de esa longitud, el cable está gastado, lo que podría generar un corto.
Pruebas de resistencia de la tierra. Realizar mediciones periódicas a la tierra puede ayudarle a asegurar que los daños por rayos sean mínimos si cayera uno. Obviamente, la necesidad es más urgente si usted es responsable de instalaciones ubicadas en áreas propensas a los rayos. Se suelen realizar las pruebas de resistencia de tierra durante los apagones de sistema, pues es necesario desconectar el electrodo de tierra de manera temporal.
Índice de giro del transformador. Las fallas de aislamiento dentro de los transformadores pueden dar como resultado giros en corto, que reducen el número efectivo de giros en la parte afectado. Un transformador con giros en corto es proclive a sobrecalentarse. Puede comprobar el índice de un transformador de tensión baja aislando la secundaria de las cargas y usando un voltímetro para comparar la tensión primaria con la secundaria. Una manera más precisa es usar un conjunto de pruebas devanado-transformador, que le dará un índice preciso, así como un panorama completo de las características magnéticas.
Pruebas de los disyuntores. Los disyuntores son la clave de la prevención de incendios eléctricos. La correcta comprobación de los disyuntores exige equipos especiales y la pericia de un especialista. Las pruebas se realizan una vez retirado el disyuntor del circuito, y verifican la corriente y el retardo de activación.
Mediciones de calidad eléctrica. Los estudios de calidad eléctrica pueden revelar síntomas que indiquen el potencial de sobrecalentamiento. La medición periódica de la distorsión armónica le alertará de potenciales problemas de calentamiento provocados por una corriente armónica excesiva. Las fluctuaciones de tensión pueden parecer una molestia, pero en los sistemas que alimentan cargas consistentes, pueden tener su origen en conexiones deterioradas. Muchos problemas de cableado se hacen evidentes durante un estudio de calidad eléctrica integral.