Risoluzione dei problemi di surriscaldamento del quadro elettrico: diagnosi e soluzioni

3. Strumenti diagnostici necessari

Il seguente elenco di strumenti è necessario per una diagnosi efficace e sicura del surriscaldamento dei quadri elettrici:

4. Lista di controllo per la valutazione iniziale

Prima di iniziare una diagnosi dettagliata è di fondamentale importanza raccogliere quante più informazioni possibili sulle condizioni operative e sulla storia del malfunzionamento. Ciò contribuirà a restringere la gamma delle possibili cause.

5. Algoritmo diagnostico sistematico

Questo algoritmo è progettato per identificare sistematicamente la causa principale del surriscaldamento di un quadro elettrico. Segui la sequenza dei passaggi.

1. Valutazione Iniziale e Rilievo Termografico
   1. SE si osserva un surriscaldamento del quadro elettrico (visivamente, al tatto, attivazione del relè termico).
      • THEN completa la checklist di valutazione iniziale (sezione 4).
   2. QUINDI esegui un rilevamento termografico (utilizza una termocamera, sezione 3). ATTENZIONE: eseguire sotto tensione, osservando tutte le precauzioni di sicurezza e utilizzando DPI adeguati!
      • Impostazione della termocamera: Impostare il coefficiente di emissività in base al materiale della superficie (ad esempio, 0,95 per superfici metalliche verniciate, 0,7-0,8 per sbarre in rame ossidato, 0,98 per isolamento). La distanza dall'oggetto e l'angolo di visione dovrebbero essere ottimali per evitare distorsioni.
      • SE la termografia rivela un punto caldo localizzato (ΔT > 20°C rispetto ai componenti circostanti):
        1. THEN procedi alla diagnosi delle connessioni deboli e dei guasti dei componenti (Passaggio 2).
      • SE la termografia rileva un surriscaldamento generale del pannello (aumento uniforme della temperatura in tutto il volume):
        1. QUINDI vai alla diagnosi di sovraccarico e distorsione armonica (Passaggio 3).
      • SE la termografia mostra aumento della temperatura, ma nessun punto caldo evidente o surriscaldamento generale:
        1. THEN procedi con la diagnosi dei problemi di ventilazione e raffreddamento (Passaggio 4).
2. Connessioni scadenti e diagnosi di guasti ai componenti (per surriscaldamento localizzato)
   1. SE viene rilevato un punto caldo su connessioni terminali, bus, contattori, interruttori automatici o relè:
      • QUINDI eseguire la procedura LOTO (Sezione 2).
      • POI esamina visivamente il punto caldo: cerca tracce di bruciatura, ossidazione, deformazione.
      • QUINDI controlla la coppia di serraggio dei collegamenti a vite utilizzando una chiave dinamometrica/cacciavite. Norma: secondo EN 60947-1 / DSTU EN 60947-1:2017 o le raccomandazioni del produttore del componente (solitamente 1,5-20 Nm a seconda della sezione del conduttore).
      • QUINDI utilizzando un multimetro (in modalità di misurazione della resistenza, dopo aver spento l'alimentazione), misurare la resistenza nel punto di connessione. Norma: la resistenza dovrebbe essere vicina a 0 ohm (decine di microohm). SE la resistenza è superiore a 0,01 Ohm, ciò indica un cattivo contatto.
      • QUINDI con l'aiuto di un multimetro (in modalità di misurazione della tensione, sotto carico nominale) misurare la caduta di tensione sulla connessione calda. Norma: la caduta di tensione non deve superare i 50 mV. IF calo > 50 mV, questo indica un contatto debole.
      • SE il guasto è localizzato su un componente specifico (contattore, relè, interruttore automatico):
        • THEN controllarne l'operatività, eseguire test funzionali (ad esempio, controllare il funzionamento dei contatti del contattore, controllare le impostazioni termiche dell'interruttore).
        • QUINDI confronta la corrente misurata attraverso il componente (pinze amperometriche, sezione 3) con la sua corrente nominale. SE la corrente è prossima a quella nominale e il componente si surriscalda, ALLORA è probabile che si tratti di un guasto interno.
3. Diagnostica di sovraccarico e distorsioni armoniche (per surriscaldamento generale)
   1. Misura di correnti e carichi:
      • QUINDI con l'ausilio di pinze amperometriche (True-RMS, sezione 3) misurare le correnti in tutte le fasi della potenza in ingresso del pannello e su tutti i suoi linee di uscita.
      • QUINDI confronta le correnti misurate con i valori nominali degli interruttori automatici, dei cavi e delle sbarre. SE la corrente misurata supera l'80% della corrente nominale, ALLORA esiste la possibilità di sovraccarico.
      • QUINDI controlla lo sfasamento della fase in base alla corrente. Norma: non più del 10% di differenza tra le fasi (secondo DSTU EN 50160). SE disallineamento > 10%, ALLORA può causare il surriscaldamento di una delle fasi.
      • SE viene rilevato un sovraccarico su una o più linee/fasi:
        1. THEN procedere alla risoluzione dei problemi di sovraccarico (Capitolo 8).
   2. Analisi delle distorsioni armoniche:
      • QUINDI utilizzando l'analizzatore di qualità della rete (capitolo 3), misurare il coefficiente di distorsione armonica (THD) e lo spettro delle singole armoniche (fino alla 50a) in termini di corrente e tensione.
      • Norma: Il coefficiente di distorsione armonica di corrente totale (THDi) per i singoli consumatori secondo EN 61000-3-2/3 non deve superare il 5-10% a seconda del tipo di carico e del sistema di alimentazione. Per tensione (THDu) secondo DSTU EN 50160:2017 – solitamente non più dell'8% per un sistema da 0,4 kV.
      • Si osservano IF THDi > 10% o ampiezze significative della 3a, 5a, 7a armonica:
        1. THEN procedere alla risoluzione del problema delle distorsioni armoniche (Capitolo 8).
4. Diagnosi dei problemi di ventilazione e raffreddamento (per surriscaldamento minore generale)
   1. QUINDI eseguire un'ispezione visiva del sistema di ventilazione del pannello:
      • Controllare la pulizia delle griglie di ventilazione e dei filtri.
      • Verifica l'efficienza delle ventole (se installate), la loro rotazione, il livello di rumore.
      • Controlla la tenuta del pannello, se sono presenti fori non autorizzati che disturbano il flusso d'aria.
   2. QUINDI misurare la temperatura all'interno del pannello e vicino alle bocchette di ingresso/uscita utilizzando un pirometro. SE la differenza di temperatura è significativa (ΔT > 10°C), ALLORA il sistema di raffreddamento funziona in modo inefficiente.
   3. SE ha rilevato intasamento, malfunzionamento delle ventole o circolazione dell'aria insufficiente:
      1. THEN procedere con problemi di ventilazione e raffreddamento (Capitolo 8).
   4. SE tutti i controlli di cui sopra non hanno rilevato alcuna causa evidente e il surriscaldamento persiste, ALLORA considera la possibilità di un degrado dell'isolamento o di difetti nascosti dei componenti interni che richiedono una diagnosi o una sostituzione più approfondita.

6. Matrice Malfunzionamento-Cause

Questa tabella ti aiuterà a identificare rapidamente le probabili cause del surriscaldamento in base ai sintomi osservati e ai risultati dei test diagnostici.

7. Analisi della causa principale di ogni malfunzionamento

7.1. Collegamenti elettrici allentati o scadenti

Perché ciò accade: Nel corso del tempo, i collegamenti elettrici possono indebolirsi a causa di vibrazioni, espansione e contrazione termica, coppia di installazione errata o ossidazione delle superfici di contatto. Secondo EN 61439-1 / DSTU EN 61439-1:2017, un collegamento corretto dovrebbe fornire una resistenza transitoria minima. Se la resistenza di contatto aumenta, anche una piccola corrente porta ad un notevole rilascio di calore secondo la legge di Joule-Lenz (Q = I² * R). Ciò porta al surriscaldamento locale.

Come confermare:

• Termografia: il metodo più efficace. Rileva punti caldi con ΔT > 20°C.
• Misura la caduta di tensione: utilizzando un multimetro, misura la caduta di tensione attraverso la connessione sotto un carico di lavoro. Una caduta superiore a 50 mV indica un contatto scadente.
• Ispezione visiva: Tracce di ossidazione, bruciatura, scolorimento dell'isolamento, imbrunimento del metallo in corrispondenza della giunzione.

Quali danni provoca se lasciato senza indirizzo: Il surriscaldamento continuo degraderà l'isolamento, il che può causare un cortocircuito o un guasto fase-fase. Sono possibili la distruzione completa della connessione, il guasto delle apparecchiature alimentate e il incendio. Secondo i requisiti di UkrSEPRO, tali apparecchiature sono considerate pericolose.

7.2. Sovraccarico di anelli o componenti elettrici

Perché accade: Si verifica un sovraccarico quando la corrente che scorre attraverso un conduttore, un dispositivo o un cavo supera la corrente nominale (continua consentita). Ciò può essere il risultato del collegamento di nuove apparecchiature senza calcoli adeguati del carico, del malfunzionamento dei dispositivi collegati (ad esempio, un blocco del motore con conseguente aumento della corrente) o di una progettazione errata del sistema. Secondo EN 60364 / DSTU 4831:2007 (Installazioni elettriche degli edifici), il sovraccarico è inaccettabile.

Come confermare:

• Misurazione della corrente: utilizza una pinza amperometrica (vero valore efficace) per misurare la corrente in tutte le fasi. Confrontare i valori misurati con i valori nominali degli interruttori automatici, dei cavi e dei componenti. SE la corrente supera l'80% del valore nominale, ALLORA si tratta di un potenziale sovraccarico.
• Analisi del grafico di carico: utilizzo di un analizzatore della qualità dell'energia per il monitoraggio della corrente e della potenza a lungo termine.

Quali danni provoca se lasciato senza indirizzo: Il sovraccarico prolungato provoca un invecchiamento accelerato dell'isolamento, una durata ridotta dei cavi e dei dispositivi di protezione. Ciò può portare all'attivazione della protezione (disattivazione dei dispositivi automatici), danni ai conduttori e, in casi critici, all'accensione. Possibili danni alle apparecchiature alimentate a causa della caduta di tensione.

7.3. Distorsioni armoniche

Perché ciò accade: Le armoniche sono correnti o tensioni con frequenze multiple della frequenza di rete (ad esempio 150 Hz per la terza armonica su una rete a 50 Hz). Sono generati da carichi non lineari, come inverter, convertitori di frequenza, alimentatori pulsati (computer, illuminazione a LED), saldatrici. Le armoniche non generano potenza utile, ma provocano un ulteriore riscaldamento di conduttori, trasformatori e condensatori a causa dell'aumento del valore efficace della corrente e dell'effetto pelle. Particolarmente pericolosa è la 3a armonica, che nei sistemi trifase non viene compensata e si accumula nel conduttore di neutro provocandone il surriscaldamento.

Come confermare:

• Analizzatore della qualità della potenza: Misura della distorsione armonica totale (THD) e analisi dello spettro delle singole armoniche in base alla corrente (THDi) e alla tensione (THDu). IF THDi > 10% (secondo EN 61000-2-4), THEN armoniche sono un problema significativo.
• Misura della corrente nel neutro: Una corrente elevata nel neutro con un carico di fase equilibrato è un chiaro indicatore della presenza della 3a armonica.

I danni che provoca se non affrontati:Riscaldamento aggiuntivo di cavi, trasformatori, condensatori e interruttori automatici, che può causarne il guasto prematuro. Riduzione dell'efficienza delle apparecchiature. È possibile una falsa attivazione dei dispositivi di protezione. Il surriscaldamento del conduttore neutro può causare un incendio.

7.4. Malfunzionamenti dei componenti interni

Perché ciò accade: I singoli componenti all'interno del pannello (ad esempio interruttori automatici, contattori, relè, trasformatori di corrente) possono guastarsi a causa dell'età, di un difetto di fabbrica, dell'usura meccanica dei contatti, dell'esposizione ad ambienti aggressivi o del superamento dei carichi consentiti. La resistenza interna di tale componente aumenta, il che porta al suo surriscaldamento anche con corrente normale.

Come confermare:

• Termografia: surriscaldamento localizzato di un componente specifico.
• Test funzionale: Verifica di funzionamento, assenza di gioco, integrità della custodia.
• Misurazione della resistenza: Dopo la diseccitazione, misurare la resistenza attraverso il componente (ad esempio attraverso i contatti del contattore). Una resistenza elevata indica un malfunzionamento.

Quali danni provoca se lasciato senza indirizzo: Ridotta affidabilità del sistema, arresti non pianificati. È possibile la distruzione completa del componente con la formazione di una scarica ad arco, che può danneggiare gli elementi vicini o provocare un incendio.

7.5. Ventilazione insufficiente e inquinamento

Perché ciò accade: i pannelli elettrici sono progettati per una determinata potenza termica. Nel caso in cui la ventilazione naturale o forzata sia compromessa (filtri intasati, ventole non funzionanti, aperture ostruite), il calore generato dai componenti non viene dissipato efficacemente, con conseguente aumento della temperatura generale all'interno del quadro. Accumuli di polvere, sporco e depositi di olio agiscono come isolante termico, impedendo il trasferimento di calore e aumentando il rischio di cortocircuiti.

Come confermare:

• Ispezione visiva: Filtri intasati, polvere sui componenti, pale della ventola ferme.
• Misurazione della temperatura: Misurazione della temperatura all'interno del pannello e vicino alle prese d'aria.

Quali danni provoca se non affrontato: Invecchiamento accelerato di tutti i componenti del pannello (cavi, interruttori, moduli elettronici) a causa della costante esposizione a temperature elevate. Riducendone l'affidabilità e la durata. Aumento del rischio di guasto e incendio.

8. Procedure dettagliate per la risoluzione dei problemi

8.1. Eliminazione delle connessioni deboli

1. ATTENZIONE! Eseguire l'intera procedura LOTO per il quadro elettrico in questione. Controllare l'assenza di tensione utilizzando l'indicatore.

2. Pulizia dei contatti: rimuovi ossidazione, sporco o corrosione dalle superfici di contatto utilizzando speciali detergenti per contatti elettrici (ad es. soluzioni alcoliche, salviette prive di pelucchi). Evitare materiali abrasivi.
3. Serraggio dei collegamenti: Utilizzando una chiave dinamometrica/cacciavite, serrare tutti i collegamenti a vite (morsettiere, bulloni delle sbarre collettrici, dispositivi di fissaggio dei cavi alle macchine) alla coppia consigliata dal produttore del componente o secondo le tabelle delle coppie di serraggio standard (ad esempio, per fili di rame 10 mm² - 4-5 Nm, per sbarre collettrici - 10-20 Nm a seconda della sezione trasversale).
4. Controllo visivo: assicurati che il contatto sia sicuro, che i cavi e l'isolamento non siano deformati.
5. Verifica: una volta ripristinata l'alimentazione (tenendo presente la sicurezza), ripetere l'indagine termografica e la misurazione della caduta di tensione sulla connessione riparata sotto carico di lavoro. Risultato atteso: ΔT < 5°C, caduta di tensione < 50 mV.

8.2. Risoluzione dei problemi di sovraccarico

1. ATTENZIONE! Eseguire l'intera procedura LOTO per il quadro elettrico in questione. Controllare l'assenza di tensione utilizzando l'indicatore.

2. Identificazione della fonte del sovraccarico: Analizza quali apparecchiature sono state collegate o modificate e hanno causato l'aumento del carico.
3. Ridistribuzione del carico: se possibile, ridistribuire parte del carico su altre linee elettriche o pannelli meno carichi. Ciò richiede un'attenta progettazione e test del bilanciamento di fase.
4. Aumento della sezione trasversale dei cavi/bus: Se la ridistribuzione non è possibile e i calcoli mostrano un eccesso costante della corrente consentita, è necessario sostituire i cavi e/o i bus sovraccarichi con componenti con una sezione trasversale maggiore, in grado di sopportare il nuovo livello di corrente (secondo DSTU IEC 60364-5-52:2016).
5. Sostituzione degli interruttori automatici: sostituisci gli interruttori automatici innescati dal sovraccarico con interruttori automatici di valore appropriato se quelli precedenti sono stati selezionati in modo errato (ma solo dopo aver eliminato la causa principale del sovraccarico).
6. Verifica: una volta completato il lavoro, misurare nuovamente le correnti in tutte le fasi e linee utilizzando pinze amperometriche. Risultato atteso: Le correnti non devono superare l'80% della corrente nominale dei cavi e dei dispositivi di protezione.

8.3. Eliminazione delle distorsioni armoniche

1. Identificazione delle fonti armoniche: utilizzando un analizzatore della qualità dell'alimentazione, determinare quali carichi generano la maggiore distorsione armonica (solitamente azionamenti a velocità variabile, UPS, forni a induzione, computer).
2. Installazione di filtri armonici:
   • Filtri passivi: Installati in parallelo o in serie con il carico per sopprimere determinate armoniche (ad esempio, filtri LC per la 3a e 5a armonica).
   • Filtri attivi: generano dinamicamente armoniche antifase, compensando la distorsione in tempo reale. Più efficace, ma più costoso.
3. Modifica della configurazione del sistema: se possibile, separare i carichi non lineari dalle apparecchiature sensibili. L'uso di trasformatori con cablaggio YNyn o Dyn11 può aiutare a ridurre la diffusione delle armoniche.
4. Aumento della sezione trasversale del conduttore di neutro: Se le principali sono le 3e armoniche che portano al surriscaldamento del neutro, potrebbe essere necessario aumentare la sezione trasversale del conduttore di neutro a 1,73 - 2 volte rispetto a quelle di fase (secondo EN 60364-5-52).
5. Verifica: nuova analisi della qualità dell'elettricità dopo l'implementazione delle soluzioni. Risultato atteso: Riduzione del THDi a valori < 10%, riduzione della corrente nel conduttore neutro.

8.4. Sostituzione di componenti difettosi

1. ATTENZIONE! Eseguire l'intera procedura LOTO per il quadro elettrico in questione. Controllare l'assenza di tensione utilizzando l'indicatore.

2. Smontaggio: Smontare con attenzione il componente difettoso, seguendo le istruzioni del produttore.
3. Installazione: Installa un nuovo componente identico per tipologia e caratteristiche nominali. Critico: utilizza componenti conformi agli standard CE e UkrSEPRO.
4. Connessione: collega tutti i cavi seguendo lo schema, utilizzando una chiave dinamometrica per serrare le connessioni alla coppia consigliata.
5. Verifica: dopo il ripristino dell'alimentazione, eseguire il test funzionale del nuovo componente e ripetere l'esame termografico. Risultato previsto: Funzionamento normale, nessun surriscaldamento.

8.5. Ventilazione e raffreddamento migliorati

1. ATTENZIONE! Segui la procedura LOTO completa se è necessario aprire il pannello per pulire o sostituire le ventole. Potrebbe non essere necessario LOTO per pulire le griglie esterne, ma mantenere una distanza di sicurezza dalle parti sotto tensione.

2. Pulizia: utilizzando aria compressa (senza particelle metalliche), una spazzola e un aspirapolvere, pulire le griglie di ventilazione, i filtri dell'aria e le superfici interne del pannello da polvere e sporco. IMPORTANTE: garantire un'adeguata filtrazione dell'aria.
3. Sostituzione delle ventole: Se le ventole non funzionano o funzionano in modo inefficiente, sostituirle con altre nuove con caratteristiche prestazionali e grado di protezione IP adeguati.
4. Installazione di sistemi di raffreddamento aggiuntivi: Se il raffreddamento con ventilazione passiva e forzata non è sufficiente (ad esempio, a causa dell'elevata densità dei componenti o della temperatura ambiente > +40°C), prendere in considerazione l'installazione di condizionatori d'aria per armadi elettrici o sistemi di raffreddamento a liquido.
5. Verifica: Rimisurazione della temperatura all'interno del pannello e in prossimità delle prese. Risultato atteso: Riduzione della temperatura all'interno del pannello a valori accettabili (ad esempio, ΔT < 15°C rispetto alla temperatura ambiente).

9. Misure preventive

Le misure preventive regolari sono fondamentali per prevenire il surriscaldamento dei quadri elettrici e garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature.

10. Parti di ricambio e componenti

Avere a disposizione i pezzi di ricambio giusti è fondamentale per una rapida risoluzione dei problemi e per ridurre al minimo i tempi di inattività. UNITEC-D GmbH offre una vasta gamma di componenti di alta qualità che soddisfano gli standard internazionali.

Per ordinare e selezionare i componenti, visitare il catalogo elettronico unitec-D.

11. Collegamenti

• DSTU EN 50110-1:2017. Esercizio degli impianti elettrici. Requisiti generali.
• DSTU EN 60947-1:2017. Le apparecchiature di distribuzione e controllo sono a bassa tensione. Parte 1. Regole generali.
• DSTU EN 60947-2:2017. Le apparecchiature di distribuzione e controllo sono a bassa tensione. Parte 2. Interruttori automatici.
• DSTU EN 50160:2017. Caratteristiche della tensione di alimentazione nelle reti elettriche di uso generale.
• DSTU IEC 60364-5-52:2016. Impianti elettrici degli edifici. Parte 5-52. Selezione e installazione di apparecchiature elettriche. Sistemi di cablaggio elettrico.
• EN 61000-3-2/3, EN 61000-2-4. Norme di compatibilità elettromagnetica (EMC) e limiti delle correnti armoniche.
• ISO 18436. Monitoraggio delle condizioni e diagnostica delle macchine. Requisiti di qualificazione e attestazione del personale. Parte 7: Termografia.
• Istruzioni dei produttori di apparecchiature specifiche.
• Manuali di manutenzione UNITEC-D correlati.