La termografía infrarroja es una herramienta predictiva extensamente utilizado en la actualidad. Conocer las causas principales de los fallos eléctricos y corregirlos a tiempo reduce drásticamente las posibilidades de interrupciones de suministro, e incluso, previene de siniestros. Haremos una breve descripción de las principales causas de este problema.  

Cuando la condición de un componente, conductor o equipo eléctrico deteriora, su resistencia puede aumentar y generar más calor. Con el uso de termografía infrarroja se pueden identificar estos puntos calientes y clasificarlos según el criterio de gravedad adoptado.

Ahora bien, al realizar una inspección infrarroja de un sistema eléctrico o mecánico, es importante observar si toda la radiación emitida por una superficie es debida solamente a su temperatura. No contar con todos los factores que influyen en la inspección puede desembocar en un error de medición.

Las causas de variaciones termales pueden ser reales o aparentes. Las causas reales intervienen de forma directa sobre la temperatura absoluta real emitida por la superficie, en cambio, las aparentes, son causas que pueden producir confusiones y errores de lectura al variar la información recibida por la cámara termográfica, y por esa razón, hace falta, si es posible, introducir factores de compensación u otras medidas rectificadoras.

Entre las causas de anomalías más frecuentes se encuentran:

1) Incremento de resistividad por malos contactos

2) Sobrecarga en componentes eléctricos y conductores

3) Perturbaciones debido a componentes armónicos en el sistema eléctrico

4) Desequilibrio de fases

 

1. Incremento de resistividad por malos contactos

El calentamiento por efecto joule debido a un aumento de resistencia, se puede originar por deficiencia en las conexiones, pérdida de sección de conductores, etc. Al aumentar la resistividad, se produce un aumento de temperatura en una zona o punto caliente, es decir, una región con una temperatura superior a las temperaturas de las zonas restantes del termograma. Esta anomalía generalmente presenta un gradiente de temperatura que tiende a disminuir en puntos más alejados de la conexión como se observa en la figura 1.

termografia cuadros eléctricos 1                        FIGURA 1. Disminución progresiva del gradiente térmico en relación con la distancia al punto caliente

 

En las instalaciones eléctricas, es frecuente que se produzcan malos contactos entre conductores y componentes eléctricos, como en interruptores, así también como en terminales de conexión, grapas, barras metálicas, contactos internos, fusibles, seccionadores, etc. Es importante destacar que estas simples anomalías generan un ciclo

cerrado que pueden desencadenar en el incremento continuo de temperatura hasta llegar a destruir los elementos. El momento exacto en que se puede producir esta situación es impredecible, sin embargo, la termografía, por su característica predictiva, tiene la misión de anticiparse en la medida de lo posible a este suceso.

Las causas que dan motivo a los malos contactos son diversas. Las más frecuentes son:

  • Tortillería deficientemente apretada. Una mala conexión provoca el aumento de resistencia y por lo tanto también un aumento de temperatura. Por ejemplo, en un conductor de pequeñas dimensiones conectado a una fase de un interruptor diferencial, el apriete excesivo puede provocar su ruptura parcial, aumentando la resistencia en ese punto. Por el contrario, si el conductor no se encuentra debidamente ajustado, la disminución de superficie de contacto se puede entender como una reducción de sección del elemento conductor y, por lo tanto, esto crea un sobrecalentamiento debido a un aumento resistivo de la conexión, como se muestra en la figura 2.

 

termografia cuadros eléctricos 2                                     FIGURA 2. Incremento de resistividad debido a tortillería deficientemente ajustada

 

  • Corrosión o suciedad en los contactos. Por factores ambientales, los materiales metálicos pueden sufrir oxidación, ensuciarse, tener cambios bruscos de temperatura que dilatan y contraen la superficie de contacto junto con otros agentes nocivos. Estos alteran la conductividad aumentando la resistencia en las zonas más agredidas. Por ejemplo, algunos cuadros eléctricos no tienen una protección adecuada o no están ubicados en un sitio recomendado, y por medio de alguna incidencia, son atacados por estos factores. Por esta razón, se recomienda limpiar la zona de contacto cuando se detecta una mala conexión.
  • Pérdida de sección. En algunos conductores se producen deterioros parciales, que en las líneas de media y alta tensión provocan serios problemas. El incremento de temperatura producido favorece a un mayor deterioro del conductor, contribuyendo aún más a su pérdida de sección o a la rotura de venas. Se entra en un ciclo cerrado que acaba con la rotura del conductor. Uno de los factores que originan este deterioro en las líneas de media y alta tensión es el efecto corona, este concepto será tratado en el próximo capítulo.

 

 2. Sobrecarga en componentes eléctricos y conductores

Es otro caso de aumento de resistividad, pero debido a su particularidad se trata por separado. Cuando la intensidad que soportan los componentes eléctricos y conductores se encuentra por arriba de los valores nominales para los cuales fueron fabricados, la temperatura de las superficies de los mismos es demasiada alta, indicando la condición de sobrecarga. La mayoría de los componentes de baja tensión tienen especificado en su ficha técnica su temperatura de funcionamiento para una determinada temperatura ambiente.

Desde el punto de vista cuantitativo, teniendo en cuenta estos parámetros, se puede determinar cuándo un componente como este, se encuentra en sus límites térmicos de correcto funcionamiento, y evaluar el nivel de gravedad en base al criterio de gradiente térmico, o sea, de su variación con respecto a un punto de referencia óptimo.

 

termografia cuadros eléctricos 3                                    FIGURA 3. Imagen termográfica de dispositivos de protección sobrecargados

 

Sin embargo, un termógrafo puede determinar una sobrecarga mediante la observación de las imágenes y su patrón de temperaturas. En este caso, la experiencia y la base de datos, que una empresa que se dedica a esta clase de inspecciones suele tener, da una buena referencia del estado del componente sin tener que realizar tantos artilugios matemáticos.

La comparación de temperaturas entre equipos o componentes de similares características, es un método eficiente para detectar sobrecargas en sistemas eléctricos, debido a que permite realizar la inspección con mayor rapidez, siendo este un factor de elevada importancia en la práctica. En la figura 3 se presenta un ejemplo de este caso.

 

3. Perturbaciones debido a componentes armónicos en el sistema eléctrico

En muchas situaciones la forma de onda periódica en régimen permanente no es senoidal, tanto para la tensión como para la intensidad. Estas ondas distorsionadas se pueden representar por una serie de funciones periódicas senoidales crecientes y múltiplo de la onda fundamental, y son llamados armónicos. La causa inicial de los armónicos son las intensidades distorsionadas que absorben aparatos de funcionamiento no lineal. Sin embargo, también aparecen armónicos en la onda de tensión al añadir receptores no lineales.

Los armónicos están originados por los receptores no lineales presentes en el sistema eléctrico. Estos receptores distorsionantes se clasifican en tres familias:

  • Máquinas eléctricas que tienen saturación magnética, especialmente las máquinas rotativas eléctricas y los transformadores saturados.
  • Convertidores electrónicos de potencia.
  • Equipos en los que en su funcionamiento se produce el arco eléctrico, fenómeno no lineal.

Los armónicos generan calentamientos producidos por las pérdidas mayores que envejecen antes los aislamientos, principalmente en el caso de cables aislados. De modo general todos los equipos que son sometidos a tensiones o atravesados por intensidades armónicas, tienen las pérdidas aumentadas y, por lo tanto, se deberá tener presente la disminución de su clase de intensidad nominal.

Un caso frecuente de influencia de armónicos en la inspección termográfica es la elevada temperatura de superficie de los conductores neutros con respecto a las fases activas. Esto se debe a que, en sistemas eléctricos desequilibrados, las intensidades armónicas que circulan por el neutro se suman, y su valor puede llegar a estar en el mismo orden de magnitud de las intensidades de fase activa.

Incluso, a veces, si el consumo de la línea no está en pleno rendimiento, la superficie del conductor neutro se ve más caliente que las fases, cosa que hay que tener en cuenta para no confundir esto con un mal contacto. Estos armónicos producidos en el neutro son llamados triplen.

4. Desequilibrio de fases

Los desequilibrios de fases causan problemas térmicos que son detectados en una adecuada inspección termográfica. Se conoce que las tres fases deberían ser simétricas tanto en tensiones como en intensidades y su desfase ha de aproximarse a 120º eléctricos. Los desequilibrios se suelen dar cuando el valor eficaz de una fase no coincide con el de las otras, y en sistemas trifásicos están causados por:

  • Cargas monofásicas mal repartidas entre fases.
  • Por la distribución desigual de conductores, aunque de influencia menor.
  • Fallos a masa de una fase.

Es frecuente en el ámbito industrial, la incorporación de nuevos equipos monofásicos, ampliación de alumbrados, etc. Estas nuevas instalaciones a veces no tienen una adecuada

repartición de cargas entre fases y esto genera una sobrecarga en alguna de ellas. Esta sobrecarga produce un efecto similar a los armónicos, incrementando la temperatura en toda la línea de conductores de la fase desequilibrada. Cuando sucede esto, normalmente en el termograma se observa un conductor de una fase más caliente que los conductores de las otras fases de la línea.

Al igual que los armónicos, no es posible saber con certeza, con solo mirar el termograma, si el origen del fallo es por un desequilibrio de fases. Pero con ayuda de un amperímetro manual, que permita realizar la mesura in situ, o dispositivos de medición de estos parámetros que suelen estar incorporados en algunos cuadros eléctricos, se puede descartar esta suposición, o en todo caso, confirmarla.

Para más información: Conceptos básicos sobre termografía