Una planta de procesamiento de productos químicos experimentó un patrón frustrante: la protección de falla a tierra en un calentador de inmersión de PTFE de 5 kW se disparó de manera intermitente, a veces dos veces por semana, a veces ni siquiera durante un mes. El calentador resultó normal cada vez-resistencia de aislamiento superior a 200 MΩ, consumo de corriente en la placa de identificación, sin daños visibles. El mantenimiento restableció el disyuntor y volvió a poner el calentador en servicio. Los viajes continuaron. El problema no fue un calentador defectuoso. Fue un disparo molesto causado por una combinación de humedad, fugas capacitivas y una configuración de protección demasiado sensible.
Los disparos molestos por falla a tierra son disparos que ocurren sin una falla genuina de aislamiento. El dispositivo de protección detecta una corriente de fuga que excede su umbral, pero la fuga no es causada por una falla en el calentador. Es causado por humedad, capacitancia o ruido eléctrico.
¿Qué causa los viajes molestos?
Varias condiciones pueden hacer que un dispositivo de falla a tierra se dispare sin una falla real. La humedad en la caja del terminal o en la superficie del calentador puede crear una ruta de fuga que sea resistiva en lugar de capacitiva. La corriente de fuga puede exceder el umbral de disparo aunque la resistencia de aislamiento aún sea aceptable.
La fuga capacitiva es otra causa. El elemento calefactor y la funda puesta a tierra forman un condensador. La capacitancia depende de la geometría del elemento, el espesor del aislamiento y la constante dieléctrica del aislamiento. A 60 Hz, una capacitancia de 0,1 μF produce una corriente de fuga de aproximadamente 15 mA a 480 V. Eso es suficiente para disparar un dispositivo de falla a tierra de 30 mA.
El ruido eléctrico de los equipos adyacentes-rectificadores, inversores o máquinas de soldar-también puede provocar desconexiones molestas. El ruido se acopla al sensor de falla a tierra y se interpreta como corriente de fuga.
| Causa de viaje molesto | Corriente de fuga | Resistencia de aislamiento | Frecuencia | Diagnóstico |
|---|---|---|---|---|
| Humedad terminal | 5–50 mA | 20–100 MΩ | Intermitente | Recinto seco, volver a realizar la prueba |
| Fuga capacitiva | 10–30 mA | >200 MΩ | Continuo | Medir capacitancia |
| Ruido electrico | Variable | >200 MΩ | Aleatorio | aislar circuito |
| Funda contaminada | 5–20 mA | >100 MΩ | Después de la limpieza | vaina limpia |
| Largos tramos de cable | 5–15 mA | >200 MΩ | Continuo | Reducir la longitud del cable |
Causas comunes de disparos molestos por fallas a tierra en calentadores de inmersión de PTFE
Distinguir viajes molestos de fallas reales
El primer paso es medir la resistencia de aislamiento con un megaóhmetro. Una lectura superior a 100 MΩ indica que el aislamiento está intacto y que el disparo probablemente sea una molestia. Una lectura entre 10 y 100 MΩ indica un ingreso de humedad que puede ser reversible. Una lectura inferior a 10 MΩ indica una falla real.
El segundo paso es medir la corriente de fuga directamente con una pinza-medidora de fugas. Si la corriente de fuga está por debajo del umbral de disparo cuando el calentador está frío pero lo excede cuando el calentador está caliente, la causa es la expansión térmica que abre un pequeño espacio. Si la fuga es constante e independiente de la temperatura, la causa es una fuga capacitiva o resistiva a través de la humedad.
El tercer paso es inspeccionar la caja del terminal y la funda del calentador en busca de humedad, contaminación o daños. Una caja de terminales mojada o una funda contaminada pueden provocar fugas que activen la protección.
Reducción de fugas capacitivas
Las fugas capacitivas se pueden reducir aumentando el espesor del aislamiento, reduciendo el diámetro del elemento o utilizando un aislamiento con una constante dieléctrica más baja. Estos son cambios de diseño que debe realizar el fabricante del calentador.
Para un calentador existente, la fuga capacitiva se puede reducir utilizando un dispositivo de falla a tierra con un umbral de disparo más alto. Un dispositivo de 100 mA es menos sensible a las fugas capacitivas que un dispositivo de 30 mA. El umbral más alto aún proporciona protección contra fallas reales, que normalmente producen corrientes de fuga muy por encima de 100 mA.
Eliminación de los viajes relacionados con la humedad-
Los disparos relacionados con la humedad-se eliminan sellando la caja del terminal y manteniendo limpia la funda del calentador. Un gabinete NEMA 4X con una junta y prensacables adecuados evita que la humedad llegue a los terminales. La limpieza regular elimina la contaminación conductiva de la superficie del calentador.
Si ya ha entrado humedad en el aislamiento interno, el calentador se puede secar aplicando bajo voltaje durante varias horas. El secado expulsa la humedad y restablece la resistencia del aislamiento. Si la resistencia del aislamiento no se recupera, la vía de humedad es permanente y se debe reemplazar el calentador.
Aislar el ruido eléctrico
El ruido eléctrico de los equipos adyacentes se puede eliminar aislando el circuito del calentador. Un circuito de suministro dedicado, separado de rectificadores e inversores, reduce el acoplamiento de ruido. Proteger el cable de alimentación y conectar a tierra el blindaje en un extremo también reduce el ruido.
| Causa de viaje molesto | Acción correctiva | Costo | Eficacia |
|---|---|---|---|
| Humedad terminal | Sellar el recinto, secar | Bajo | Alto |
| Fuga capacitiva | Umbral de disparo más alto | Bajo | Alto |
| Ruido electrico | Circuito aislado, cable blindado | Moderado | Moderado-alto |
| Funda contaminada | Limpiar la superficie del calentador | Bajo | Alto |
| Largos tramos de cable | Reducir la longitud del cable | Moderado | Moderado |
Acciones correctivas para disparos molestos por fallas a tierra
Cuando los viajes molestos indican un problema real
Un viaje molesto que se vuelve más frecuente con el tiempo puede indicar una falla en desarrollo. La resistencia del aislamiento debe medirse mensualmente. Una tendencia a la baja indica que se está acumulando humedad o contaminación. Una tendencia estable indica que el viaje es realmente una molestia y se puede solucionar ajustando la configuración de protección o mejorando la instalación.
Cuando los viajes molestos revelan un problema de diseño
Un calentador que provoca disparos molestos a pesar de tener un gabinete sellado y un dispositivo de falla a tierra del tamaño adecuado puede tener un problema de diseño:-capacitancia excesiva, espesor de aislamiento insuficiente o una construcción propensa a la humedad-. Una configuración personalizada de calentador de inmersión de PTFE con aislamiento más grueso, una carcasa sellada y un elemento de capacitancia más baja aborda la causa raíz de los disparos molestos. El proceso de especificación requiere el voltaje de suministro, la clasificación del dispositivo de falla a tierra, las condiciones ambientales y la potencia requerida. Para instalaciones con problemas de disparos molestos, este enfoque específico-de aplicación reduce los disparos falsos y extiende la vida útil del calentador.
