Eliminatie van oververhitting van elektrische panelen: thermografische controle, detectie van losse verbindingen, harmonische vervormingen en onevenwichtigheid van de belasting

1. Beschrijving van het probleem en toepassingsgebied

Oververhitting van elektrische panelen en schakelborden is een kritieke fout die tot ernstige gevolgen kan leiden, waaronder brand, schade aan apparatuur, ongeplande productiestilstand en bedreigingen voor de veiligheid van het personeel. Deze handleiding is bedoeld voor technische specialisten, betrouwbaarheidsingenieurs en hoofden van onderhoudsafdelingen van Oekraïense industriële ondernemingen voor systematische diagnose en eliminatie van de oorzaken van oververhitting.

In aanmerking genomen symptomen:

• Zichtbare verdonkering of verkleuring van isolatie en componenten.
• De geur van verbrande isolatie of plastic.
• Frequente uitschakeling van stroomonderbrekers zonder duidelijke overbelasting.
• Storing of onstabiele werking van aangesloten apparatuur.
• Verhoogde temperatuur van de behuizing van het elektrische paneel, gedetecteerd door aanraking (LET OP: gevaarlijk!).

Typen apparatuur die in overweging worden genomen:

• Hoofdschakelborden (hoofdschakelborden).
• Motorbesturingskasten (MCC).
• DC- en AC-verdeelpanelen.
• Industriële automatisering en schakelkasten.

Ernstclassificatie:

• Kritiek: De temperatuur van de componenten overschrijdt +80°C of er zijn vonken of rook. Het onmiddellijk uitschakelen van de apparatuur en het oplossen van problemen zijn verplicht om brand en catastrofale schade te voorkomen.
• Belangrijk: Temperatuur +60°C tot +80°C. Mogelijke voortijdige veroudering van de isolatie, verminderde betrouwbaarheid, risico op defecten aan componenten. Moet worden gepland voor het oplossen van problemen bij het volgende geplande onderhoud.
• Minder: Temperatuur +40°C tot +60°C. Geeft een mogelijk probleem aan dat in de loop van de tijd kan verergeren. Het wordt aanbevolen om dit op te nemen in de volgende preventieve onderhoudscyclus.

2. Veiligheidsmaatregelen

LET OP: Werken met elektrische panelen brengt een verhoogd risico met zich mee op elektrische schokken, vonkontladingen en thermische brandwonden. Volg altijd de lokale regelgeving, DSTU en interne veiligheidsnormen van het bedrijf.

LOCKOUT/TAGOUT (LOTO): Vóór werkzaamheden waarbij fysiek contact met elektrische componenten betrokken is, is het noodzakelijk om de stroom volledig spanningsloos te maken en LOTO-procedures toe te passen volgens DSTU EN 50110-1 "Bediening van elektrische installaties". Controleer de afwezigheid van spanning met de spanningsindicator!

PERSOONLIJKE BESCHERMINGSUITRUSTING (PBM): Verplicht gebruik van diëlektrische handschoenen, veiligheidsbril, brandwerende kleding (beschermingsklasse volgens risicobeoordeling), beschermende schoenen met diëlektrische zolen en een beschermende helm met gelaatsscherm.

GEVAAR VOOR RESTENERGIE: Nadat de stroom is uitgeschakeld, kunnen grote condensatoren gevaarlijke spanningen opslaan. Controleer altijd hun ontlading voordat u ze aanraakt.

WERKEN ONDER SPANNING: Werkzaamheden onder spanning (bijvoorbeeld thermografische inspectie) mogen uitsluitend worden uitgevoerd door gekwalificeerd personeel dat een speciale training heeft gevolgd, in aanwezigheid van schriftelijke toestemming (toestemmingsbevel) en in overeenstemming met alle veiligheidseisen, in het bijzonder het gebruik van PBM's met de juiste beschermingsklasse tegen boogontlading.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

Effectieve diagnostiek van oververhitting vereist het gebruik van gespecialiseerde meetapparatuur. Hieronder vindt u een lijst met aanbevolen hulpmiddelen:

4. Initiële evaluatiechecklist

Voordat u met een gedetailleerde diagnose begint, is het noodzakelijk om zoveel mogelijk informatie te verzamelen over de bedrijfsomstandigheden en de geschiedenis van de storing. Deze checklist helpt bij het organiseren van de primaire gegevens:

5. Systematisch diagnostisch algoritme

Dit algoritme is een beslissingsboom waarmee u op consistente wijze de oorzaak van oververhitting van het elektrische paneel kunt identificeren en lokaliseren. Volg het stap voor stap.

1. Symptoom: algemene of plaatselijke oververhitting van het elektrische paneel.
2. Primaire diagnostiek - Thermografische inspectie:
   1. LET OP: Uitvoeren onder werkspanning (open de paneeldeur en houd u aan alle veiligheidsregels en PBM's).
   2. Gebruik een warmtebeeldcamera (bijv. FLIR T540) met een bereik van 0°C tot 200°C, emissiviteit ingesteld op 0,95 (voor de meeste componenten).
   3. Scan alle beschikbare componenten van het schakelbord: stroomonderbrekers, contactors, terminalverbindingen, transformatoren, kabels.
   4. Analyse van de resultaten:
      • Als er hotspots worden gedetecteerd (>60°C): Ga naar punt 3 (Locatie van de warmtebron).
      • Als de temperatuur van alle componenten normaal is (<40°C boven de omgevingstemperatuur): Ga naar item 6 (Analyse van Power Quality), de oorzaak van oververhitting is mogelijk niet puur thermisch of manifesteert zich onder andere omstandigheden.
3. De warmtebron lokaliseren:
   1. Identificeer de heetste componenten. Besteed aandacht aan de aard van de warmteverdeling.
   2. Analyse van de aard van de warmte:
      • Als de verwarming op één aansluiting is gelokaliseerd (klem, stroomonderbrekercontact, busaansluiting): Dit duidt op een zwakke verbinding of vervuiling van het contact. Ga naar punt 4 (Controleren op losse verbindingen).
      • Als het hele onderdeel warm wordt (bijvoorbeeld het lichaam van de stroomonderbreker, de wikkelingen van de transformator, het kabelgedeelte): Dit kan een overbelasting of een interne componentfout zijn. Ga naar item 5 (Meting van huidige belastingen).
4. Controle op losse verbinding:
   1. LET OP: GEBRUIK LOTO voordat u fysiek contact maakt!
   2. Inspecteer visueel de verdachte verbinding: de aanwezigheid van oxidatie, vonken, vervorming.
   3. Gebruik een momentsleutel (bijv. 2-30 Nm) om het aanhaalmoment te controleren. Vergelijk met de aanbevolen waarden van de fabrikant (meestal vermeld op het onderdeel of in de documentatie).
   4. Meet de spanningsval over de belastingsaansluiting (als LOTO niet mogelijk is, om veilig te zijn): een waarde >10-20mV duidt op verhoogde weerstand.
   5. Als er een losse/geoxideerde verbinding wordt gevonden: Ga naar sectie 8 (Problemen oplossen).
   6. Als de verbinding goed is vastgedraaid, maar de verwarming blijft aanhouden: Ga naar punt 5 (Huidige belastingen meten), dit kan een secundair effect zijn of een interne fout van het contact.
5. Huidige belastingen meten:
   1. Gebruik een True RMS-stroomtang (bijv. Fluke 376 FC) om de stroom op alle fasen (L1, L2, L3) en, indien mogelijk, op de neutrale geleider te meten.
   2. Vergelijk de gemeten waarden met de nominale stromen van de componenten (stroomonderbrekers, kabels) en met de ontwerpwaarden.
   3. Analyse van de resultaten:
      • Als de stroom op een of meer fasen de nominale fase met meer dan 10% overschrijdt: Dit is een overbelasting. Ga naar Hoofdstuk 8 (Problemen oplossen) om de overbelasting op te heffen.
      • Als de fasestromen aanzienlijk verschillen (>10% verschil tussen fasen): Dit is een onbalans in de belasting. Ga naar punt 7 (Analyse van belastingonevenwicht).
      • Als de stromen normaal zijn, maar de oververhitting aanzienlijk is: Dit kan duiden op harmonische vervorming of een defect aan een intern onderdeel. Ga naar punt 6 (Analyse van de Power Quality).
6. Analyse van de stroomkwaliteit (harmonische vervormingen):
   1. LET OP: Metingen worden uitgevoerd onder spanning en met geschikte PBM's.
   2. Sluit een Power Quality Analyzer (zoals een Fluke 435 II) aan op de ingangsklemmen van het schakelbord.
   3. Meet de totale harmonische vervorming van de stroom (THD-I) en de spanning (THD-U) voor elke fase. Besteed aandacht aan de amplitudes van individuele harmonischen (3e, 5e, 7e, enz.).
   4. Analyse van resultaten:
      • Als THD-I hoger is dan 5% (volgens DSTU EN 50160 en EN 61000-3-2/3-4) en er wordt oververhitting waargenomen: Dit is een belangrijke oorzaak van oververhitting. Ga naar Hoofdstuk 8 (Problemen oplossen).
      • Als THD-I in orde is maar er nog steeds sprake is van oververhitting: denk aan interne schade aan een onderdeel (zoals een stroomonderbreker) of onvoldoende ventilatie. Ga naar punt 7 (Belastingsonbalansanalyse) of voer aanvullende isolatietesten uit.
7. Analyse van onbalans in belasting:
   1. Gebruik een stroomtang of een Power Quality Analyzer om de stromen op elke fase (L1, L2, L3) nauwkeurig te meten.
   2. Bereken de coëfficiënt van de huidige onbalans: $\text{Onbalans}=\frac{\text{max}-\text{ser}}{\text{ser}}\times 100\text{\%}$ , waarbij max de maximale fasestroom is en ser de gemiddelde fasestroom.
   3. Analyse van de resultaten:
      • Als de onbalans van de stromen groter is dan 10% (volgens DSTU EN 60034-1 voor driefasige motoren) en er wordt oververhitting waargenomen: Dit is een belangrijke reden. Ga naar Hoofdstuk 8 (Problemen oplossen).
      • Als de onbalans normaal is, maar er geen andere redenen worden gevonden: Controleer zorgvuldig de ventilatie, de mogelijkheid van externe verwarming of verborgen interne defecten van de componenten (bijvoorbeeld beschadigde isolatie van de wikkelingen).

6. Storing-oorzaakmatrix

Deze matrix systematiseert de relatie tussen symptomen, waarschijnlijke oorzaken, diagnostische methoden en verwachte uitkomsten. De waarschijnlijkheid van oorzaken wordt gerangschikt van 1 (hoogste) tot 3 (laagste).

7. Analyse van de hoofdoorzaak voor elke storing

7.1. Verzwakte of geoxideerde verbindingen

Gedetailleerde beschrijving: Verbindingen in schakelborden, vooral verbindingen met schroefdraad (bouten, schroefklemmen), kunnen na verloop van tijd verzwakken of oxideren. De belangrijkste oorzaken zijn trillingen van draaiende apparatuur, frequente verwarmings-/koelcycli, corrosie (vooral in vochtige of agressieve omgevingen) en onvoldoende aanhaalmoment tijdens de installatie. De verhoogde tijdelijke weerstand op de plaats van het verzwakte contact leidt tot een aanzienlijke warmteafgifte volgens de wet van Joule-Lenz ($P=I^{2}R$ Zelfs een kleine toename van de weerstand (een paar milliohm) bij hoge stromen kan aanzienlijke lokale oververhitting veroorzaken.

Hoe bevestigt u:

• Thermografische inspectie zal een plaatselijke hotspot (temperatuur kan hoger zijn dan 100°C) op de verbinding aan het licht brengen.
• Een visuele inspectie kan sporen van metaalverkleuring, het smelten van de isolatie, sporen van vonken en roet rond het contact aantonen.
• Meet de spanningsval onder belasting: Als de spanningsval over de verbinding groter is dan 50 mV, duidt dit op een probleem.
• Gebruik een momentsleutel om het aanhaalmoment te controleren. Als deze aanzienlijk lager is dan aanbevolen (bijvoorbeeld IEC 60947-1 voor laagspanningsapparatuur), bevestigt dit de verzwakking.
• Meet de aansluitweerstand met een milliohmmeter: waarden groter dan 10 mΩ zijn verdacht.

Welke schade het veroorzaakt als het niet wordt verwijderd: Verdere verslechtering van het contact leidt tot vonken, wat een direct risico op brand en explosie met zich meebrengt. Hoge temperaturen vernietigen de isolatie van kabels en componenten, wat kan leiden tot kortsluiting of aardfouten, totale uitval van apparatuur en langdurige stilstand.

7.2. Huidige overbelasting

Gedetailleerde beschrijving: Een overbelasting treedt op wanneer een elektrisch onderdeel (kabel, stroomonderbreker, contactor) werkt met een stroom die de nominale of toegestane continue stroom overschrijdt. Dit kan het resultaat zijn van: installatie van nieuwe, krachtigere apparatuur zonder modernisering van het distributienetwerk; technologische procesveranderingen die een hogere productiviteit vereisen; storingen van aangesloten apparatuur (bijvoorbeeld vastlopen van de elektromotor, wat leidt tot een toename van het stroomverbruik); of zelfs fouten in ontwerp en berekeningen bij het installeren van het systeem.

Hoe bevestigen:

• Stroommeting met True RMS-stroomtangen op elke fase. Vergelijk de gemeten waarden met de nominale stromen aangegeven op de stroomonderbrekers, kabels en andere componenten. Een overschot van 10% of meer duidt op overbelasting.
• Analyse van datalogs (indien beschikbaar) van energiemonitoringsystemen.
• Een thermografische inspectie zal een uniforme oververhitting van het gehele overbelaste onderdeel of kabelgedeelte aantonen.

Welke schade het veroorzaakt als het niet wordt behandeld: Voortdurende oververhitting verkort de levensduur van componenten aanzienlijk. Kabelisolatie veroudert en verliest zijn diëlektrische eigenschappen, waardoor de kans op kortsluiting toeneemt. Stroomonderbrekers kunnen vaak uitvallen of, in het ergste geval, uitvallen zonder uit te schakelen, waardoor het systeem onbeschermd blijft. Oververhitting leidt ook tot verhoogde energieverliezen.

7.3. Harmonische vervormingen

Gedetailleerde beschrijving: Harmonische vervormingen in het elektrische netwerk zijn stromen en spanningen waarvan de frequenties veelvouden zijn van de hoofdfrequentie (50 Hz in Oekraïne). Ze worden gegenereerd door niet-lineaire belastingen zoals omvormers, frequentieomvormers, schakelende voedingen, LED-verlichting, UPS-systemen, computers en andere moderne elektronische apparatuur. Harmonischen verrichten geen nuttig werk, maar verhogen de totale stroom in het netwerk (vooral in de neutrale geleider van driefasige systemen) en veroorzaken extra verliezen in de vorm van warmte in transformatoren, kabels en motoren. Dit leidt tot oververhitting, zelfs als de RMS-stroom van de fasen de nominale stroom niet overschrijdt.

Hoe u dit kunt bevestigen:

• Met behulp van een Power Quality Analyzer (bijvoorbeeld Sonel PQM-710) om de totale harmonische vervormingsstroom (THD-I) en spanning (THD-U) te meten volgens DSTU EN 50160 en EN 61000-3-2/3-4.
• Een THD-I-waarde >5% wordt als significant beschouwd en vereist aandacht, vooral als er harmonischen van lage orde (3e, 5e) aanwezig zijn.
• Een thermografische inspectie zal een verhoogde temperatuur van transformatoren, kabels en vooral de neutrale geleider aantonen, die niet evenredig is aan de actieve belasting.

Welke schade het veroorzaakt als het niet wordt geëlimineerd: Harmonischen versnellen de veroudering van isolatie, veroorzaken extra trillingen en geluid in elektromotoren, kunnen valse activering van beveiligingsapparatuur en storingen in gevoelige elektronische apparatuur veroorzaken. Oververhitting van transformatoren als gevolg van harmonischen kan leiden tot falen ervan, en in de neutrale geleider tot doorbranden en aanzienlijk gevaar.

7.4. Onbalans in belasting

Gedetailleerde beschrijving: Een belastingsonbalans in een driefasig systeem treedt op wanneer de stromen of spanningen in verschillende fasen aanzienlijk verschillen. De belangrijkste reden is de ongelijke verdeling van eenfasige belastingen tussen de drie fasen. Het kan ook worden veroorzaakt door een storing in een van de fasen, een breuk of beschadiging aan de kabel, of een interne storing van de driefasige verbruiker. Stroomonbalans veroorzaakt ongelijkmatige verwarming van fasegeleiders, extra verliezen in driefasige motoren en transformatoren, vermindert hun efficiëntie en betrouwbaarheid.

Hoe u dit kunt bevestigen:

• Meet de stromen en spanningen op alle drie de fasen met behulp van stroomtangen of een Power Quality Analyzer.
• Berekening van de onbalanscoëfficiënt van stromen en spanningen. Volgens DSTU EN 60034-1 mag de spanningsonbalans voor elektromotoren niet groter zijn dan 1-2%. Een huidige onbalans >10% is van cruciaal belang.
• Een thermografische inspectie zal aantonen dat een of twee fasen in een meerfasensysteem aanzienlijk heter zijn dan de andere.

Welke schade het veroorzaakt als het niet wordt geëlimineerd: Onbalans in de belasting leidt tot oververhitting van individuele fasegeleiders en wikkelingen van elektromotoren (zelfs bij de nominale totale stroom), wat hun levensduur aanzienlijk verkort, de efficiëntie vermindert en extra trillingen veroorzaakt. Bij transformatoren veroorzaakt onbalans ook oververhitting en extra verliezen.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

8.1. Verwijdering van verzwakte of geoxideerde verbindingen

1. LET OP: GEBRUIK DE VOLLEDIGE LOTOPROCEDURE! Controleer of er geen spanning aanwezig is.
2. Demonteer de verbinding die oververhit raakt.
3. Reinig de contactoppervlakken grondig tegen oxidatie, vuil en roet met behulp van fijnkorrelig schuurpapier of speciale contactreinigingsproducten. Zorg ervoor dat de oppervlakken glad en schoon zijn.
4. Controleer de integriteit van de geleider en de isolatie ervan op het aansluitpunt. Maak indien nodig het uiteinde van de geleider schoon of vervang deze.
5. Monteer de verbinding en zorg ervoor dat alle ringen (plat, veer) correct zijn geïnstalleerd.
6. Draai de schroefdraadverbindingen vast met een momentsleutel tot het door de fabrikant aanbevolen aanhaalmoment (bijvoorbeeld voor 2,5 mm² aansluitingen - 0,8-1,2 Nm; voor stroomrails - 10-25 Nm, zie de specificatie).
7. Controleer de weerstand van de nieuwe verbinding met een milliohmmeter. De waarde moet minder dan 10 mΩ zijn, idealiter minder dan 1 mΩ.
8. Nadat de stroom is hersteld (na het verwijderen van de LOTO), voert u een herhaalde thermografische inspectie uit om de eliminatie van oververhitting te verifiëren.

8.2. Eliminatie van huidige overbelasting

1. LET OP: PAS DE VOLLEDIGE LOTO-PROCEDURE TOE voordat u wijzigingen aanbrengt in de keten.
2. Identificeer de bron van de overbelasting: meet de stromen van alle aangesloten verbruikers.
3. Optie A (belasting verminderen): Verlaag indien mogelijk de werklast van de apparatuur of herverdeel consumenten over andere, minder belaste lijnen.
4. Optie B (upgraden): Als belastingvermindering niet mogelijk is, moet het systeem worden geüpgraded:
   • Vervang stroomonderbrekers en andere beveiligingsapparaten met een vermogen dat overeenkomt met de werkelijke piekstroom, nadat u heeft gecontroleerd of de kabels en rails een voldoende doorsnede hebben.
   • Vervang de kabels en rails door exemplaren met een grotere doorsnede als de huidige geleiders niet voldoen aan de nieuwe classificatie van automatische schakelaars (volgens DSTU IEC 60364 "Elektrische installaties van gebouwen").
   • Installeer extra distributieleidingen om de belasting gelijkmatig te verdelen.
5. Controleer de nieuwe stromen na de wijzigingen en voer een thermografische inspectie uit.

8.3. Eliminatie van harmonische vervormingen

1. LET OP: Voor het werken met harmonische filters zijn mogelijk speciale vaardigheden en PBM's vereist.
2. Identificeer de belangrijkste bronnen van harmonischen in uw netwerk (bijv. frequentieomvormers, UPS, voedingen).
3. Harmonische filters instellen:
   • Passieve filters: Pas harmonischen van een bepaalde orde aan. Effectief voor stabiele niet-lineaire belastingen.
   • Actieve filters: flexibeler, kunnen harmonischen van verschillende ordes compenseren en zich dynamisch aanpassen aan belastingsveranderingen.
4. Het gebruik van transformatoren met een speciale K-factor, die zijn ontworpen om te werken in omstandigheden met hoge harmonische stromen.
5. Gebruik van apparatuur met een laag harmonischenniveau (bijvoorbeeld frequentieomvormers met een actieve vermogensfactorcorrector).
6. Na het installeren van de filters analyseert u de netvoedingskwaliteit opnieuw met de analysator om te bevestigen dat de THD-I is afgenomen tot acceptabele waarden (bijvoorbeeld <5%).

8.4. Eliminatie van onbalans in de belasting

1. LET OP: GEBRUIK DE VOLLEDIGE LOTOPROCEDURE om veilig opnieuw verbinding te maken.
2. Bepaal welke eenfasige belastingen op elke fase zijn aangesloten.
3. Verdeel de enkelfasige verbruikers opnieuw tussen de fasen L1, L2, L3, zodat de stromen op elke fase zo dicht mogelijk bij elkaar liggen. Streef naar een stroomverschil van maximaal 5-10%.
4. Controleer de bruikbaarheid van driefasige verbruikers (bijvoorbeeld elektromotoren), of er geen kortsluitingen of breuken tussen de windingen zijn die onbalans kunnen veroorzaken.
5. Nadat u de stroom opnieuw hebt aangesloten en hersteld, meet u de fasestromen opnieuw met stroomtangen en voert u een thermografische inspectie uit om de eliminatie van onbalans en oververhitting te bevestigen.

9. Voorzorgsmaatregelen

Preventieve maatregelen zijn van cruciaal belang om een langdurige en betrouwbare werking van elektrische systemen te garanderen. Het implementeren van regelmatige monitoring en gepland onderhoud kan de meeste problemen met oververhitting voorkomen.

10. Reserveonderdelen en componenten

De beschikbaarheid van de benodigde reserveonderdelen is van cruciaal belang voor het snel en efficiënt oplossen van problemen en het minimaliseren van uitvaltijd. Hieronder vindt u typische componenten die u op voorraad moet hebben.

Alle benodigde reserveonderdelen en componenten zijn te vinden in de UNITEC-D e-catalogus: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Koppelingen

• DSTU EN 50110-1:2017. Bediening van elektrische installaties.
• DSTU EN 60947-1:2017. Schakelapparatuur en laagspanningsregelapparatuur. Algemene regels.
• DSTU EN 50160:2014. Kenmerken van de voedingsspanning in openbare elektrische netwerken.
• DSTU EN 61000-3-2:2017. Elektromagnetische compatibiliteit (EMC). Deel 3-2. normen Huidige harmonische emissienormen (voor apparatuur met een ingangsstroom tot 16 A).
• DSTU EN 61000-3-4:2017. Elektromagnetische compatibiliteit (EMC). Deel 3-4. normen Beperking van de emissie van stroomharmonischen voor apparatuur met een nominale stroom van meer dan 16 A per fase (voor openbare laagspanningssystemen).
• DSTU EN 60034-1:2014. Elektrische roterende machines. Deel 1. Nominale parameters en bedrijfskarakteristieken.
• ISO 18436-7:2014. Conditiebewaking en diagnostiek van machines - Eisen voor kwalificatie en beoordeling van personeel - Deel 7: Thermografie.
• Geschikte OEM-bedienings- en onderhoudshandleidingen voor specifieke apparatuur.
• Andere UNITEC-D onderhoudshandleidingen.