Procedimiento de inspección por termografía en tableros eléctricos

Procedimiento de inspección por termografía en tableros eléctricos

INTRODUCCION

La termografía infrarroja o inspección termográfica es un método de ensayo no destructivo basado en radiación infrarroja que es la energía que emiten todos los objetos. La ASNT considera que la termografía como un método de prueba dentro del mantenimiento predictivo y sobre el cual existen 3 niveles de certificación, siendo el nivel III el más alto. La termografía en mantenimiento es una de las técnicas más utilizadas.

En la radiación electromagnética la cantidad de energía que es radiada de la superficie de:

σ = Constante de Stefan-Boltzmann (S-B)

Emisividad (ε)

Temperatura (T)

donde la ley de Stefan Boltzmann esta dado por:

Q = σ . ε . T⁴

Actualmente la termografía industrial conjuntamente con el análisis de pruebas de fugas (Leak Testing) han sido los métodos más comúnmente utilizados para la inspección de subestaciones de media tensión.

Entre los parámetros a considerarse están los siguientes:

• Emisividad propia del material
• Reflectividad del material a inspeccionarse
• Transmisividad a considerarse
• Ángulo de visión especialmente para elementos circulares
• Conductividad térmica del material
• Convención, conducción y radiación
• Difusividad térmica

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OBJETIVO

Diagnosticar el estado de componentes mecánicos en equipos eléctricos, componentes electrónicos, electromecánicos, tableros eléctricos y el estado o condición de transformadores en Subestaciones a través del análisis de imágenes térmicas generadas de la emisividad térmica emitida por cada cuerpo o elemento inspeccionado.

ALCANCE

Se detalla en culminar con la inspección, presentar el reporte de condición, referir la posible causa y sugerir las potenciales soluciones en cada equipo, material o componente inspeccionado, fundamentado en estándares internacionales de inspección y mantenimiento eléctrico.

PERSONAL

El personal deberá estar capacitado, calificado y certificado como Nivel I y solo los Niveles II o Niveles III en el método podrán emitir la evaluación de la condición de cada línea, área o punto que presente una imagen térmica y deberá demostrar el entendimiento en el(los) método(s) a la inspección que se está(n) efectuando.

NORMA DE TERMOGRAFÍA (CÓDIGOS Y ESTÁNDARES)

• Practica recomendada ASNT-SNT-1A Edición 2020
• NONDESTRUCTIVE TESTING HANDBOOK VOLUMEN 3, infrared and thermal testing, ASNT (American Society for Nondestructive Testing), Third edition, Xavier Maldague – Patrick Moore, Manual de Ensayo no Destructivo, Termografía Infrarroja.
• ASTM E1934 – Standard Guide for Examining Electrical And Mechanical Equipment with Infrared Thermography (Guia Estandar para la examinación de Equipamiento Eléctrico y Mecánico con y Termografía Infrarroja).
• NPFA (National Fire protection Association) 70E Standard for Electric Safety Requirements for Employee Workplace, 2021 / Estandar para los Requerimiento de Seguridad Eléctrica para el lugar de trabajo de los empleados.
• NPFA (National Fire protection Association) 70B, Recommended Practice for Electric Equipment Maintenance, 2019 / Practica recomendada para el mantenimiento de Equipamiento Electrico.
• ANSI/NETA MTS – 2019 Standard for Maintenance Testing Specification for Electrical Power Equipment and System (Estandar para la especificación de Pruebas de Mantenimiento para sistemas y Equipamiento Eléctrico o norma neta termografía) 

DEFINICIONES DE TERMOGRAFÍA

Temperatura ambiente

La temperatura ambiente de la energía radiante que incide en un objeto, es reflejado fuera del objeto e ingresa al instrumento. Proviene detrás del objetivo y alrededor del instrumento, como se ve desde el objetivo. La reflexión de este fondo aparece en la imagen y afecta la medición de la temperatura.

Temperatura Atmosférica

La temperatura del camino entre la cámara y el objeto.

Temperatura de fondo

La temperatura aparente de la energía radiante que incide sobre un objeto que es reflejada fuera del objeto e ingresa en el instrumento. Proviene detrás del objeto y alrededor del instrumento, como se ve desde el objeto. La reflexión de este fondo aparece en la imagen y afecta la medición de la temperatura.

Conducción Térmica

El modo de flujo de calor en sólidos, pero puede también tomar lugar en líquidos y gases. Ocurre como el resultado de vibraciones atómicas (en solidos) y colisiones moleculares (en gases y líquidos) donde la energía es transferida desde localizaciones de mas alta temperatura a localizaciones de más baja temperatura.

Convección

La forma de transferencia de calor que toma lugar en un medio de movimiento y es casi siempre asociado con la transferencia entre un sólido (superficie) y el movimiento de un líquido (tal como el aire), donde la energía es transferida desde los sitios de más alta temperatura a los sitios de más baja temperatura.

Delta T (ΔT)

La diferencia de temperatura entre dos objetivos usualmente de puntos comparables bajo condiciones comparables.

Emisividad (ε)

Es la relación entre la radiación emitida por un cuerpo real y la radiación emitida por un cuerpo negro, a la misma temperatura y longitud de onda.

Campo de Visión (FOV)

La apertura angular sobre la cual un instrumento integrará toda la energía radiante que le llega. En un termómetro de radiación esto se define como el ángulo de escaneo o el tamaño de la imagen.

Campo de Visión Instantáneo (IFOV)

Tamaño del detector proyectado a través de la lente, sobre el objetivo. El IFOV es una medida angular que se expresa en mili radianes, mrad. Algunas veces se expresa como la relación entre la distancia y el tamaño del punto, relación D:S. En el plano focal de la matriz de la cámara, o FPA, cada pixel es generado por el propio elemento del detector dentro del FPA.

Temperatura

Una medida térmica contenida por un objeto; el grado de calentamiento o enfriamiento de un objeto medible por cualquier número o escala relativa; calor es definido como la energía térmica y el flujo desde objetos de mayor temperatura al objeto de menor temperatura.

Termograma

Es un mapa térmico o imagen termográfica de un objeto donde las tonalidades grises o colores oscuros corresponden a la distribución de la energía térmica radiante infrarroja sobre la superficie del objeto (termograma cualitativo); cuando es correctamente procesado y corregido es una presentación grafica de la distribución de temperatura superficial (Termograma cuantitativo).

Distancia de Trabajo

La distancia desde el objetivo hacia el instrumento, usualmente hacia la óptica primaria.

La distancia desde el objetivo hacia el instrumento, usualmente hacia la óptica primaria.

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EQUIPAMIENTO (EQUIPO DE TERMOGRAFÍA)

Para la inspección se cuenta con los siguientes equipos:

OPCION A	OPCION B
Cámara Termográfica FLIR I40	Cámara Termográfica FLIR T200
Cámara Digital Canon 10 o 12 Megapixel	Cámara Digital Canon 10 o 12 Megapixel
Kit adicional de Batería	Kit adicional de Batería
Estuche tipo cinturón	Case Protector Metálico
Software FLIR QUICK	Software FLIR PROFESIONAL
Papel Aluminio	Papel Aluminio
Puntero láser	Puntero láser
Anemómetro Digital EXTECH con Software para descarga de datos	Anemómetro Digital EXTECH con Software para descarga de datos
Pirómetro óptico	Pirómetro óptico
Equipamiento de Seguridad Industrial	Equipamiento de Seguridad Industrial
Linternas de 5000 Watts de Potencia	Linternas de 5000 Watts de Potencia
Termómetro Calibrados	Termómetro Calibrados

PROCEDIMIENTO DE TERMOGRAFÍA

Previa inspección el técnico deberá verificar los siguientes parámetros:

• Verificar el certificado de calibración de la cámara termográfica (máximo 2 años), nivel de carga de la batería y estado de la cámara termográfica, se verificará cada 3 meses el intercambio de energía por radiación por tres tazas, cinta y con la temperatura ambiente del sitio donde se esté desarrollando la prueba. Adicionalmente se dispondrá de tres termómetros calibrados con los cuales se verificará la temperatura que recepta la cámara termografía.
• Calibración de la emisividad correspondiente al material considerado la temperatura reflejada y la temperatura superficial.
• Rango de temperatura (-20 + 150 o  -10 + 350)
• Configuración por áreas de inspección y por puntos.
• Configuración de paleta de colores multicolor.
• Idioma español de preferencia.
• Configuración de fecha y hora.
• Conocimiento y aplicación de la técnica FORD.
• Verificar si existe o no condiciones de viento que cambie la temperatura real del componente.

SEGURIDAD

El personal deberá contar con todo el equipo de seguridad:

• Zapatos industriales, antideslizantes y de preferencia dieléctricos.
• Overol o camisa material lee con cinta reflectiva.
• Guantes dieléctricos de preferencia
• Gafas de seguridad según ANSI Z87
• Casco y orejeras de preferencia
• Chaleco reflectivo
• Conos para señalización en la vía
• Extintor CO2 o polvo seco
• Botiquín de primeros auxilios

INSPECCION

Una vez verificado que el equipo que cumpla con todas las condiciones de operación y una vez verificado el completo uso del equipo de seguridad, el personal procederá a inspeccionar los componentes o materiales eléctricos dentro de la subestación. Se deberá considerar las condiciones climáticas del sector previa inspección, así como la cantidad de energía que se refleja en los puntos a ser inspeccionados.

Cada imagen térmica será almacenada en el equipo y posteriormente será descargada al software FLIR QUICK REPORT PROFESIONAL o su equivalente para proceder a analizar el termograma.

INFORME DE TERMOGRAFÍA

Los Informes de termografía serán entregados 72 hr después de la inspección en original y una copia impresa, así como el respaldo digital de la inspección en formato pdf. Se adjunta un modelo de reporte de inspección.

El formato de reporte de termografía será aprobado por el responsable del proyecto conjuntamente con las conclusiones de cada inspección que se genere a lo largo del proyecto y contendrá lo siguiente:

• Área total de transferencia de calor.
• Emisividad del material
• Temperatura máxima y mínima analizadas en el termograma
• Imagen térmica y fotografía normal
• Temperatura reflejada

Velocidad de aire para el caso de requerir.

RECOMENDACIONES

Las recomendaciones se fundamentan en el handbook de termografía infrarroja (publicado por ASNT AMERICAN SOCIETY FOR NONDESTRUCTIVE TESTING) y de acuerdo al estándar ANSI/NETA MTS 2001 para los resultados que se obtengan de cada inspección.

ANEXOS

Variación de temperatura en función de velocidad del viento

Cuando se tenga un lugar ventoso donde la velocidad de viento haga que varíe la temperatura de sobrecalentamiento en componentes, se deberá aplicar la siguiente tabla para corregir las temperaturas registradas:

Velocidad de Viento (m/s)	Velocidad de Viento (Knots)	Factor de Corrección
1	2	1
2	4	1,36
3	6	1,64
4	8	1,86
5	10	2,06
6	12	2,23
7	14	2,40
8	16	2,54

Criterios de Evaluación

Los criterios de severidad se fundamentan en la Tabla 100.18 del estándar ANSI NETA MTS 2011 publicado por la American National Standard (STANDARD FOR MAINTENANCE TESTING SPECIFICATIONS for electrical power equipment and systems)

Tabla 100.18

INSPECCION TERMOGRAFICA: ACCIONES SUGERIDAS BASADAS EN EL INCREMENTO DE TEMPERATURA

CATEGORIA	DIFERENCIA DE TEMPERATURA (ΔT) BASADAS EN COMPARACION ENTRE COMPONENTES SIMILARES BAJO CARGA SIMILARES	DIFERENCIA DE TEMPERATURA (ΔT) BASADAS SOBRE COMPARACIONES ENTRE COMPONENTES Y TEMPERATURA AMBIENTE DEL AIRE	ACCIÓN RECOMENDADA
I	1ºC – 3ºC	1ºC – 10ºC	Prohíbe deficiencia: empezar una investigación
II	4ºC – 15ºC	11ºC – 20 ºC	Indica probable deficiencia: reparar cuando el tiempo lo permita
III	------	21ºC – 40 ºC	Monitorear hasta que las medidas correctivas puedan ser efectuadas
> 15ºC	> 40ºC	Mayor discrepancia: reparación inmediata

Las especificaciones de temperatura varían dependiendo del tipo exacto de equipamiento. Aun en la misma clase de equipamiento (por ejemplo: cables) hay varios rangos de temperatura. El calentamiento esta generalmente relacionado al cuadrado de la corriente; sin embargo, la carga de corriente tendrá un mayor impacto sobre el AT. En la ausencia de consenso de estándares para ΔT, los valores de la tabla anterior proveerán una guía razonable.

Un método alternativo de evaluación es el estándar – basado en los sistemas de rangos de temperatura analizados en la Sección 8.9.2, conduciendo una inspección termografía IR, Electrical Power Systems Maintenance and Testing de Paul Gill PE 1998.

Es un requerimiento valido y necesario que el personal que desarrolla inspecciones eléctricas sea entrenado y tenga experiencia en lo concerniente a los aparatos y sistemas que están siendo evaluados, así como un conocimiento profundo en termografía.

Distancia Recomendadas para inspecciones con cámaras termográficas industriales

Fuente: ASNT Level III Study Guide Infrared and Thermal Testing Method, Hebert Kaplan. The American Society for nondestructive Testing, Inc page 63

Fuente: ASNT Level III Study Guide Infrared and Thermal Testing Method, Hebert Kaplan. The American Society for nondestructive Testing, Inc page 63

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Diferentes tipos de puntos calientes en instalaciones eléctricas

Reflexiones: Generalmente se presentan en partes metálicas de barras donde particularmente el brillo puede causar una reflexión, para evitar este tipo de problema el termógrafo debe variar el ángulo de incidencia para evitar estos puntos calientes que se presentan como reflexiones.

Calentamiento solar

La superficie de un componente con una alta emisividad, por ejemplo, un breaker, puede en un día soleado cambiar considerablemente la temperatura por irradiación del sol.

Calentamiento inducido

Las corrientes de Eddy puede causar un punto caliente en el conductor de corriente. En casos de muy altas corrientes y cercados a otros metales puede causar serios incendios. Este tipo de calentamiento ocurre en materiales magnéticos alrededor del conductor de corriente tal como placas metálicas de fondo para bushing aisladores.

Variaciones de carga

Cuando se observa puntos que se presentan sobrecalentamiento en el termograma se debe comparar las tres fases adyacentes directamente por ejemplo cables, breakers, aisladores. Una posible falla puede estar asociada a un desbalance en las corrientes en cada fase y se debe chequear antes y después del mantenimiento programado.

Variaciones por condiciones de enfriamiento

En un conjunto de cables que se encuentren enmarañados puede ser que el calentamiento resulte de la convección que sucede a los extremos en donde se debe tener en cuenta las condiciones de enfriamiento.

Variaciones de resistencia

La falta de presión en los contactos puede ocurrir en el montaje de un empalme, en accesorios de materiales puede decrecer la elasticidad del material, desgaste en hilos de tuercas y pernos o demasiada fuerza aplicada en el montaje de empalmes. Cuando se incrementa la carga y temperatura, el punto de fluencia de los materiales es excesivo y la tensión se debilita.

Se debe verificar que los pernos de ajuste sean los adecuados para la carga y resistencia necesaria durante la operación.

Sobrecalentamiento de una parte como resultado de una falla en otra

Algunas veces, el sobrecalentamiento puede aparecer en un componente “A” a través de un componente “B” que está trabajando adecuadamente. La razón es que dos conductores pueden compartir la carga. Uno de los conductores tiene un incremento en la resistencia, pero esta bien. Sin embargo, la falla en el componente sucede a bajar la carga donde el cable de menor temperatura tiene que tomar la mayor carga, el cual puede también ser alto y causar el incremento de la temperatura.

Recomendaciones para reparación de puntos críticos encontrados en imágenes térmicas

Análisis termográfico de tableros eléctricos

El termograma analizado presenta sobrecalentamiento en contacto inferior de seccionador mostrado que debe ser intervenido inmediatamente, debido a limitaciones en la calidad del contacto. Se recomienda efectuar la limpieza del contacto, inspección visual durante el mantenimiento del estado de contactos y ajuste de pernos.

Calentamiento moderado debido a problemas en los contactos internos dentro del material termofundente de bushing mostrados. Se recomienda mantener en observación el equipo, dar seguimiento en inspección termográfica y remover material termofundente para mantenimiento de contactos. Verificar que las corrientes de fase no superen el 3% en promedio respecto de sus valores máximo y mínimos metidos en las tres fases.

El termograma presenta una variación moderada de temperatura en el contacto superior de fusible mostrado en imagen térmica y en el contacto del cable superior hacia el seccionador. Se recomienda mantener frecuencia de mantenimiento e intervenir cuando sea posible.

El termograma analizado presenta una variación moderada de temperatura en el contacto superior del fusible de seccionador mostrado en imagen térmica, se recomienda programar el mantenimiento cuando sea posible efectuarlo, inspección visual del conjunto; seccionador, contactos, acoples y contactos de material metálico con el material cerámico.

Norma de termografía eléctrica

Las normas aplicables para la termografía son:

• NETA MTS-199X
• ARS-1999
• ASTM C-1060
• ASTM C 1153
• ASTM E 1897
• ASTM E 1934
• ASTM E 1213
• ASTM E 1311
• ASTM E 1316
• ASTM E 344
• ASTM E 1256

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