Un impianto di lavorazione chimica ha riscontrato uno schema frustrante: la protezione dai guasti verso terra su un riscaldatore a immersione in PTFE da 5 kW è scattata in modo intermittente, a volte due volte a settimana, a volte non per un mese. Il riscaldatore ha testato ogni volta una resistenza di isolamento normale-superiore a 200 MΩ, assorbimento di corrente sulla targhetta, nessun danno visibile. La manutenzione ha ripristinato l'interruttore e ha rimesso in servizio il riscaldatore. I viaggi continuarono. Il problema non era un riscaldatore guasto. Si è trattato di un fastidioso intervento causato da una combinazione di umidità, perdita capacitiva e un'impostazione di protezione eccessivamente sensibile.
Gli interventi per guasto a terra fastidiosi sono interventi che si verificano senza un vero guasto dell'isolamento. Il dispositivo di protezione rileva una corrente di dispersione che supera la sua soglia, ma la dispersione non è causata da un guasto del riscaldatore. È causato da umidità, capacità o rumore elettrico.
Quali sono le cause dei viaggi fastidiosi
Diverse condizioni possono far scattare un dispositivo di guasto a terra senza che si tratti di un guasto reale. L'umidità nella custodia del terminale o sulla superficie del riscaldatore può creare un percorso di perdita resistivo anziché capacitivo. La corrente di dispersione può superare la soglia di intervento anche se la resistenza di isolamento è ancora accettabile.
La perdita capacitiva è un'altra causa. L'elemento riscaldante e la guaina messa a terra formano un condensatore. La capacità dipende dalla geometria dell'elemento, dallo spessore dell'isolamento e dalla costante dielettrica dell'isolamento. A 60 Hz, una capacità di 0,1 μF produce una corrente di dispersione di circa 15 mA a 480 V. Ciò è sufficiente per far scattare un dispositivo di guasto a terra da 30 mA.
Anche il rumore elettrico proveniente da apparecchiature adiacenti-raddrizzatori, inverter o saldatrici-può causare spostamenti fastidiosi. Il rumore si accoppia al sensore di guasto a terra e viene interpretato come corrente di dispersione.
| Causa del viaggio fastidioso | Corrente di dispersione | Resistenza di isolamento | Frequenza | Diagnostico |
|---|---|---|---|---|
| Umidità terminale | 5–50 mA | 20–100 MΩ | Intermittente | Custodia asciutta, ripetere il test |
| Perdita capacitiva | 10–30 mA | >200 MΩ | Continuo | Misurare la capacità |
| Rumore elettrico | Variabile | >200 MΩ | Casuale | Circuito isolato |
| Guaina contaminata | 5–20 mA | >100 MΩ | Dopo la pulizia | Guaina pulita |
| Cavi lunghi | 5–15 mA | >200 MΩ | Continuo | Ridurre la lunghezza del cavo |
Cause comuni di fastidiosi guasti a terra sui riscaldatori ad immersione in PTFE
Distinguere i viaggi fastidiosi dai guasti reali
Il primo passo è misurare la resistenza di isolamento con un megaohmmetro. Una lettura superiore a 100 MΩ indica che l'isolamento è intatto e che lo scatto è probabilmente fastidioso. Una lettura compresa tra 10 e 100 MΩ indica un ingresso di umidità che può essere reversibile. Una lettura inferiore a 10 MΩ indica un vero guasto.
Il secondo passaggio consiste nel misurare la corrente di dispersione direttamente con un misuratore di perdite a pinza-. Se la corrente di dispersione è inferiore alla soglia di intervento quando il riscaldatore è freddo ma la supera quando il riscaldatore è caldo, la causa è la dilatazione termica che apre una piccola fessura. Se la perdita è costante e indipendente dalla temperatura, la causa è una perdita capacitiva o resistiva dovuta all'umidità.
Il terzo passaggio consiste nell'ispezione della custodia del terminale e della guaina del riscaldatore per rilevare eventuali umidità, contaminazione o danni. Un contenitore del terminale bagnato o una guaina contaminata possono causare perdite che fanno scattare la protezione.
Riduzione delle perdite capacitive
La dispersione capacitiva può essere ridotta aumentando lo spessore dell'isolamento, riducendo il diametro dell'elemento o utilizzando un isolamento con costante dielettrica inferiore. Si tratta di modifiche progettuali che devono essere apportate dal produttore del riscaldatore.
Per un riscaldatore esistente, la dispersione capacitiva può essere ridotta utilizzando un dispositivo di guasto a terra con una soglia di intervento più elevata. Un dispositivo da 100 mA è meno sensibile alle perdite capacitive rispetto a un dispositivo da 30 mA. La soglia più alta fornisce comunque protezione contro i guasti reali, che tipicamente producono correnti di dispersione ben superiori a 100 mA.
Eliminazione dell'umidità-Viaggi correlati
I viaggi legati all'umidità- vengono eliminati sigillando la custodia del terminale e mantenendo pulita la guaina del riscaldatore. Una custodia NEMA 4X con guarnizione e pressacavo adeguati impedisce all'umidità di raggiungere i terminali. Una pulizia regolare rimuove la contaminazione conduttiva dalla superficie del riscaldatore.
Se l'umidità è già penetrata nell'isolamento interno, il riscaldatore può essere asciugato applicando una bassa tensione per diverse ore. L'essiccazione allontana l'umidità e ripristina la resistenza dell'isolamento. Se la resistenza dell'isolamento non viene ripristinata, il percorso dell'umidità è permanente e il riscaldatore deve essere sostituito.
Isolamento del rumore elettrico
Il rumore elettrico proveniente dalle apparecchiature adiacenti può essere eliminato isolando il circuito del riscaldatore. Un circuito di alimentazione dedicato, separato da raddrizzatori e inverter, riduce l'accoppiamento del rumore. Anche la schermatura del cavo di alimentazione e la messa a terra dello schermo a un'estremità riducono il rumore.
| Causa del viaggio fastidioso | Azione correttiva | Costo | Efficacia |
|---|---|---|---|
| Umidità terminale | Sigillare la custodia e asciugarla | Basso | Alto |
| Perdita capacitiva | Soglia di intervento più alta | Basso | Alto |
| Rumore elettrico | Circuito isolato, cavo schermato | Moderare | Moderato-Alto |
| Guaina contaminata | Pulire la superficie del riscaldatore | Basso | Alto |
| Cavi lunghi | Ridurre la lunghezza del cavo | Moderare | Moderare |
Azioni correttive per interventi per guasto a terra fastidiosi
Quando i viaggi fastidiosi indicano un problema reale
Un viaggio fastidioso che diventa più frequente nel tempo può indicare un guasto in via di sviluppo. L'andamento della resistenza di isolamento dovrebbe essere effettuato mensilmente. Una tendenza al ribasso indica che si sta accumulando umidità o contaminazione. Una tendenza stabile indica che il viaggio è veramente fastidioso e può essere risolto regolando le impostazioni di protezione o migliorando l'installazione.
Quando i viaggi fastidiosi rivelano un problema di progettazione
Un riscaldatore che provoca scatti fastidiosi nonostante un involucro sigillato e un dispositivo di dispersione verso terra di dimensioni adeguate potrebbe avere un problema di progettazione-capacità eccessiva, spessore dell'isolamento insufficiente o una struttura-soggetta all'umidità. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con isolamento più spesso, un involucro sigillato e un elemento di capacità inferiore risolve la causa principale dei viaggi fastidiosi. Il processo di specifica richiede la tensione di alimentazione, la potenza nominale del dispositivo di guasto a terra, le condizioni ambientali e la potenza richiesta. Per le strutture con problemi di spostamenti fastidiosi, questo approccio specifico per l'applicazione-riduce i falsi spostamenti e prolunga la durata di servizio del riscaldatore.
