La domanda arriva prima ancora del prodotto. Qualcuno ha deciso che il quadro elettrico necessita di un monitoraggio wireless della temperatura. Il primo problema pratico non è quale dispositivo acquistare, bensì quanti sensori ordinare, dove posizionarli e come il sistema debba comportarsi quando uno di essi rileva un valore elevato. Se si commettono errori su questi tre aspetti, l’impianto fornirà dati sui quali nessuno agirà.
Nota esplicativa: il presente documento riguarda il monitoraggio continuo della temperatura di giunti bullonati, collegamenti di sbarre collettrici e terminazioni di cavi in quadri di bassa e media tensione, mediante sensori wireless installati in modo permanente e un ricevitore locale. Non si riferisce alle finestre di ispezione a infrarossi né alla termografia periodica. Queste ultime rimangono utili e rispondono a una questione leggermente diversa. ACXION produce i ricevitori ACX6600 e ACX6500 e i sensori WTC405 e GTC405 qui descritti; pertanto, la presente nota riflette le specifiche da noi fornite.
Perché le articolazioni si surriscaldano
Un giunto bullonato conduce la corrente attraverso l'area di contatto tra due conduttori. Tale area non corrisponde mai all'intera superficie del giunto, bensì è data dalla somma di una serie di piccoli punti di contatto dovuti alle asperità superficiali; la sua dimensione effettiva dipende dalla coppia di serraggio del bullone, dalle condizioni della superficie e dalla pressione che permane dopo anni di cicli termici.
Ogni ciclo di carico riscalda il giunto e lo lascia raffreddare. Ogni ciclo allenta leggermente l’assemblaggio. Anche l’alluminio e il rame sono soggetti a scorrimento. Sulla superficie di contatto si forma uno strato di ossido, che conduce meno bene del metallo sottostante. La resistenza aumenta, generando più calore, il che accelera lo stesso processo. Si tratta di un cedimento lento, caratterizzato da un lungo periodo di stabilità seguito da uno breve e repentino. È proprio questo tipo di andamento che le ispezioni periodiche faticano a individuare.
I limiti di aumento della temperatura per i collegamenti sono definiti nella norma IEC 62271-1 e nella sua controparte cinese GB/T 11022. Tali limiti derivano da prove di tipo condotte in condizioni definite. Non rappresentano una descrizione di un armadio in una sottostazione surriscaldata nel mese di agosto; ecco perché una soglia di allarme assoluta ripresa alla lettera dalla norma raramente rappresenta la soluzione corretta.
Conteggio dei punti
Partite dal circuito, non dal compartimento. Ogni punto in cui la corrente attraversa un collegamento meccanico è un punto potenzialmente critico. I punti potenzialmente critici non presentano tutti lo stesso rischio di guasto.
I collegamenti dei cavi rappresentano il punto in cui si verificano più spesso i guasti. Il collegamento dipende dal corretto crimpaggio di un capocorda e dal suo corretto fissaggio con bulloni, entrambe operazioni eseguite a mano. Un collegamento trifase comporta quindi tre punti se si desidera coprire tutte le fasi. Vale la pena assicurarsi di coprire tutte le fasi, per il motivo illustrato di seguito.
Seguono poi i giunti delle sbarre collettrici tra i quadri. In una lunga serie ce ne sono più di quanti ci si aspetti. Poi i contatti fissi e mobili all’interno dell’unità estraibile. Questi sono i più difficili da raggiungere e i più importanti da monitorare su un alimentatore critico. Infine, i contatti del sezionatore o dell’interruttore di messa a terra sullo stesso circuito.
In un tipico armadio di ingresso, con le terminazioni dei cavi nella parte inferiore e i collegamenti alle sbarre collettrici nella parte superiore insieme ai contatti degli interruttori, il conteggio effettivo si attesta tra i sei e i dodici punti. Ecco perché i ricevitori sono disponibili nelle versioni da 3, 6, 9 e 12 punti anziché in un’unica misura fissa. La maggior parte delle installazioni che forniamo prevede sei o nove punti per ogni serie. La versione a dodici punti è solitamente riservata ai quadri di ingresso e ai quadri di accoppiamento delle sbarre collettrici, dove le conseguenze in caso di guasto sono più gravi.
Il motivo per cui è preferibile avere tutte e tre le fasi anziché una sola è che il segnale utile è spesso differenziale. Un giunto che funziona a 70 gradi su tutte e tre le fasi in un locale a 40 gradi sta sostenendo il carico. Un giunto che funziona a 70 gradi su una fase mentre le altre due sono a 48 gradi sta cedendo. Nessuna soglia assoluta sufficientemente rigorosa da rilevare il secondo caso sarà mai utilizzabile in estate.
La scelta del sensore
In questa gamma sono disponibili due tipi di sensori. La differenza sta nel modo in cui vengono alimentati, e questo determina dove ciascuno di essi può essere installato.
Il WTC405 è alimentato a batteria. Trasmette a 2,4 GHz con una portata in linea d’aria di circa 80 metri e misura temperature comprese tra 0 e 110 gradi Celsius. Può essere fissato a un giunto durante una breve interruzione di corrente e, in alcuni casi, anche senza alcuna interruzione. Essendo autoalimentato, funziona ovunque. Ciò include circuiti che conducono poca o nessuna corrente per la maggior parte del tempo e giunti che non si trovano in prossimità di un conduttore a cui fissarlo.
Il GTC405 è un sensore passivo. Ricava l’energia per induzione dal conduttore che monitora, pertanto necessita di una corrente di funzionamento di almeno 5 A per funzionare. Laddove il circuito trasporti sempre una corrente superiore a tale valore, il sensore passivo rappresenta la scelta migliore. Non ci sono batterie da sostituire né durate delle batterie da tenere in considerazione. Tuttavia, se il circuito è poco carico o intermittente, il sensore non funzionerà. Specificarlo in questi casi è un errore che abbiamo dovuto correggere in più di un ordine.
Entrambi i sensori coprono lo stesso intervallo compreso tra 0 e 110 gradi. Il ricevitore, dal canto suo, copre un intervallo compreso tra 0 e 120 gradi, con una precisione di più o meno 1 grado Celsius.
Il ricevitore e come gestisce i dati
L'ACX6600 è il display da incasso. L'ACX6500 è la versione su guida DIN, con le stesse opzioni a 3, 6, 9 e 12 punti. Entrambi dispongono di due uscite relè normalmente aperte per gli allarmi e di una porta RS485 Modbus-RTU. L'MTBF del dispositivo è stimato a non meno di 50.000 ore.
Due uscite a relè sono meno di quanto sembri. Ciò costringe a decidere quale significato attribuire agli allarmi. Il nostro consiglio è di utilizzarne una per un avviso e l’altra per un intervento o una segnalazione urgente. Basate l’avviso su una differenza tra le fasi piuttosto che su una temperatura assoluta. Un avviso che scatta a un valore fisso verrà ignorato, poiché si attiva ogni estate, oppure impostato a un valore talmente alto da scattare troppo tardi.
È proprio la porta Modbus a rendere i dati utili anche al di fuori della sottostazione. L’analisi dell’andamento di un giunto nel corso dei mesi mette in evidenza il lento aumento che le soglie assolute non rilevano. Un giunto la cui temperatura aumenta di pochi gradi ogni mese è più preoccupante di uno che rimane a un valore stabile.
Se il cubicolo richiede anche l’indicazione dello stato del quadro elettrico, l’indicazione di tensione e il controllo locale, l’ACX6100 soddisfa tali esigenze. La sua variante E supporta fino a dodici sensori di temperatura wireless sullo stesso pannello frontale. Ciò evita di dover praticare un secondo foro su una porta già affollata. Nei nuovi impianti, piuttosto che negli interventi di retrofit, rappresenta solitamente la soluzione più ordinata.
Dove vanno posizionati i sensori e cosa non sono
Un sensore misura la temperatura di ciò che entra in contatto con esso. Fissato all’esterno di un giunto di sbarra collettrice, rileva una temperatura vicina a quella del conduttore, ma non esattamente uguale. Lo scostamento dipende dalla tenuta del fissaggio e dal flusso d’aria all’interno del quadro. Ai fini dell’analisi delle tendenze e dei confronti differenziali, ciò non ha importanza. Ai fini di una contestazione relativa a un certificato di prova di tipo, invece, è rilevante.
Posizionare il sensore sul corpo del giunto piuttosto che sulla testa del bullone. Tenere il sensore lontano da fonti di calore o dal flusso d’aria di un ventilatore. Annotare a quale giunto fisico corrisponde ciascun canale. Quest’ultimo passaggio è quello che viene spesso tralasciato, ed è proprio il motivo per cui capita di dover verificare un allarme nel cubicolo sbagliato.
Il monitoraggio wireless non sostituisce il corretto serraggio dei giunti in fase di installazione e non ripara un giunto. Permette semplicemente di individuare tempestivamente eventuali problemi, in modo da poter pianificare un’interruzione dell’alimentazione anziché subirla.
Cosa occorre per definire un sistema
Siamo il produttore, quindi è opportuno precisare chiaramente che vendiamo questa apparecchiatura. Per dimensionare un sistema abbiamo bisogno dello schema di impianto, del numero e del tipo di giunti da monitorare e della corrente di carico su ciascun circuito monitorato. Dobbiamo inoltre sapere se il quadro è di nuova realizzazione o è stato sottoposto a retrofit, se il ricevitore va montato su una porta o su una guida e in che modo devono essere visualizzati gli allarmi.
I sistemi di questa gamma vengono configurati in base al disegno di progetto e il preventivo viene elaborato in base alla configurazione scelta. Le specifiche dei sensori e dei ricevitori, le modalità di montaggio e le opzioni relative ai canali sono riportate nel catalogo dedicato al monitoraggio e alla protezione dell'alimentazione disponibile sul nostro sito centro download. Nei casi in cui sia necessaria un’indicazione di stato anche sulla superficie frontale del pannello, le nostre note su quadri di segnalazione dello stato degli impianti di commutazione trattare questo aspetto. Il controllo della temperatura nell’armadio è una questione a sé stante, descritta nel nostro articolo su condensa nei quadri elettrici.
Limiti
I sensori wireless all’interno di un cubicolo metallico non funzionano come all’aria aperta. Il dato relativo alla portata di 80 metri si riferisce, proprio per questo motivo, a una linea libera. In un armadio fortemente suddiviso in scomparti, o in cui vi sia una notevole quantità di acciaio tra il sensore e il ricevitore, è necessario valutare la posizione dell’antenna prima dell’installazione, anziché dopo. Laddove sia richiesta una perizia per motivi assicurativi o per un servizio pubblico, uno strumento portatile calibrato utilizzato per l’intero periodo di rilevamento rimane comunque lo strumento di riferimento.
I dati riportati in questo articolo sono tratti dal catalogo attuale. Verificare il numero di canali, il tipo di sensore e il formato del ricevitore sulla conferma d'ordine. Per i dettagli finali relativi all'installazione, fare riferimento al disegno fornito insieme all'apparecchiatura.