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L'umidità all'interno dei quadri di media tensione agisce come un guasto a sviluppo lento in attesa di verificarsi. Quando il vapore acqueo si condensa sugli isolatori delle sbarre, sui pali degli interruttori o sui terminali dei TA, crea pellicole superficiali conduttive che degradano la rigidità dielettrica per settimane e poi si guastano in modo catastrofico durante le commutazioni di routine. Un'efficace lotta alla condensa nei pannelli MT richiede tre difese coordinate: riscaldatori adeguatamente dimensionati, controllo intelligente del termostato e ventilazione strategica.
Questa guida si basa sull'esperienza sul campo di sottostazioni industriali in ambienti costieri, tropicali e ad alta quota, dove i guasti dovuti alla condensa sono responsabili di circa 35% delle interruzioni non programmate dei pannelli MT.
La condensa si forma quando la temperatura superficiale scende al di sotto del punto di rugiada dell'aria circostante. A 25°C di temperatura ambiente con un'umidità relativa di 80%, il punto di rugiada è vicino ai 21°C. Qualsiasi superficie metallica o isolante più fredda di questa soglia raccoglie gocce d'acqua.
Le custodie MV sono soggette a una condensazione aggressiva durante il periodo di utilizzo:
La temperatura del punto di rugiada (Td) determina il rischio di condensa. In ambienti industriali tipici, con un'umidità relativa di 70% a 25°C, la condensa inizia quando la temperatura superficiale scende sotto i 19°C circa. Nelle installazioni costiere o tropicali, i livelli di umidità relativa superano spesso gli 85%, portando il punto di rugiada a 2-3°C dalla temperatura ambiente, una condizione che abbiamo documentato in oltre 40 valutazioni di sottostazioni.
I danni causati dall'umidità seguono una sequenza prevedibile che spesso sfugge al personale di manutenzione fino a quando non si verifica un guasto catastrofico:
| Palcoscenico | Processo fisico | Segni osservabili |
|---|---|---|
| Bagnatura della superficie | Si forma un film d'acqua sugli isolanti | Gocce visibili durante l'ispezione mattutina |
| Accumulo di contaminazione | La polvere si dissolve nello strato conduttivo | Depositi grigiastri sulle superfici degli isolatori |
| Inizio della corrente di dispersione | La conducibilità superficiale consente correnti di microampere | Leggero riscaldamento rilevabile con telecamera IR |
| Sviluppo della tracciabilità | Lungo i percorsi attuali si formano sentieri carbonizzati | Linee scure di ramificazione su superfici epossidiche |
| Flashover | Percorsi di tracciamento ponte fase-terra | Evento di arco voltaico, distruzione delle apparecchiature |
Osservazioni sul campo di installazioni nel sud-est asiatico documentano l'accumulo di 50-200 ml di acqua liquida per involucro durante singoli cicli di rugiada notturna in pannelli non protetti. Questo volume si accumula sulle superfici orizzontali, si diffonde nelle morsettiere e accelera la corrosione nei circuiti secondari.
I diversi componenti si guastano attraverso meccanismi distinti. Gli isolanti epossidici sviluppano una tracciabilità superficiale. Meccanismi di funzionamento in interruttori automatici sottovuoto Il meccanismo che viene testato a 150 N durante il collaudo in fabbrica può richiedere 250 N dopo due stagioni di monsoni senza protezione. Le terminazioni dei cavi subiscono scariche parziali interne che forniscono un preavviso minimo prima della perforazione dell'isolamento.
I riscaldatori anticondensa non “asciugano” l'aria, ma aumentano la temperatura superficiale interna al di sopra del punto di rugiada. Questa distinzione è importante per le decisioni di dimensionamento e posizionamento.
Riscaldatori a striscia (elementi di resistenza) rimangono la scelta più comune. I valori nominali tipici variano da 50 a 400 W per unità, con temperature di superficie che raggiungono gli 80-120°C. Si montano in orizzontale alla base dell'involucro o in verticale sulle pareti laterali, mantenendo la distanza dai cavi con temperatura inferiore a 90°C.
Cuscinetti riscaldanti in gomma siliconica offrono un montaggio flessibile su superfici irregolari. Le temperature superficiali più basse (50-70°C) li rendono più sicuri in prossimità dell'isolamento e ideali per casella di contatto gruppi e compartimenti del meccanismo dove lo spazio è limitato.
Riscaldatori PTC (coefficiente di temperatura positivo) La resistenza di autoregolazione aumenta all'aumentare della temperatura, evitando il surriscaldamento. Costo iniziale più elevato, ma costi di esercizio inferiori nel tempo, particolarmente adatti a climi variabili.
Riscaldatori a convezione con ventilatore forniscono una circolazione forzata dell'aria per gli armadi che superano i 2 m³. L'equalizzazione più rapida della temperatura ha il costo della manutenzione dei filtri in ambienti polverosi.
| Tipo di riscaldatore | Gamma di potenza | Temperatura di superficie | Migliore applicazione |
|---|---|---|---|
| Riscaldatore a strisce | 50-400 W | 80-120°C | Riscaldamento generale dell'involucro |
| Cuscinetto in silicone | 25-150 W | 50-70°C | Comparti del meccanismo |
| Riscaldatore PTC | 50-300 W | Auto-limitazione | Climi variabili |
| Ventola a convezione | 100-500 W | 40-60°C | Contenitori di grandi dimensioni >2 m³ |
[Expert Insight: Selezione del riscaldatore]
- I riscaldatori PTC riducono il consumo energetico di 30-40% rispetto ai tipi a resistenza fissa in climi con forti escursioni termiche.
- I cuscinetti in silicone incollati direttamente sulle sedi dei meccanismi rispondono più rapidamente dei riscaldatori a strisce riscaldati ad aria.
- In ambienti contaminati, i riscaldatori a ventola richiedono l'ispezione mensile dei filtri per evitare la restrizione del flusso d'aria.
- Più riscaldatori piccoli (2×100 W) distribuiscono il calore in modo più uniforme rispetto a singole unità grandi (1×200 W)
I riscaldatori sottodimensionati non riescono a prevenire la condensa; le unità sovradimensionate sprecano energia e accelerano l'invecchiamento dei componenti. Per un corretto dimensionamento è necessario calcolare la perdita di calore attraverso le superfici dell'involucro.
P = (A × U × ΔT) / η
Dove:
| Volume dell'involucro | Superficie | Potenza del riscaldatore consigliata |
|---|---|---|
| 0.5-1.0 m³ | 3-5 m² | 50-100 W |
| 1.0-2.0 m³ | 5-8 m² | 100-200 W |
| 2.0-4.0 m³ | 8-12 m² | 200-400 W |
| >4.0 m³ | >12 m² | 400-800 W (unità multiple) |
Aggiungere un margine di sicurezza di 20-30% per installazioni in zone costiere o con escursioni termiche diurne superiori a 20°C. Secondo la norma IEC 62271-1, i quadri elettrici devono mantenere un'adeguata protezione contro la condensa interna per garantire l'integrità dielettrica; la norma specifica che le apparecchiature classificate per condizioni tropicali umide devono funzionare in modo affidabile a livelli di umidità fino a 95% a 35°C.
Il funzionamento continuo dei riscaldatori comporta uno spreco di energia e riduce la durata degli elementi. Il controllo intelligente prolunga la durata dei riscaldatori e riduce i costi operativi di 40-60%.
Termostati meccanici utilizzano sensori di tipo bimetallico o capillare, con set point che vanno tipicamente da 0 a 60°C. L'isteresi di 3-8 K comporta un minor numero di cicli di commutazione. Sono semplici e sicuri, ma rispondono solo alla temperatura, ignorando i livelli di umidità reali.
Igrostati elettronici impiegano sensori capacitivi che misurano direttamente l'UR 40-90%. Prevenzione del punto di rugiada più precisa rispetto al controllo della sola temperatura, anche se la deriva del sensore richiede una calibrazione periodica.
Termoigrostati combinati attivano i riscaldatori quando la temperatura scende al di sotto del set point o l'umidità supera la soglia. Questo approccio a doppio parametro fornisce una protezione ridondante giustificata nelle sottostazioni critiche.
Monitoraggio integrato nel PLC si collega allo SCADA della sottostazione per una visibilità a distanza. La generazione di allarmi in caso di guasto del riscaldatore o di umidità elevata prolungata consente la manutenzione predittiva.
| Dispositivo di controllo | Parametro | Vantaggi | Limitazioni |
|---|---|---|---|
| Termostato meccanico | Temperatura | Semplice, non richiede alimentazione ausiliaria | Ignora l'umidità effettiva |
| Igrostato elettronico | Umidità | Controllo preciso del punto di rugiada | Deriva del sensore nel tempo |
| Termoigrostato | Entrambi | Protezione ridondante | Costo più elevato |
| Integrazione del PLC | Entrambi + allarmi | Monitoraggio remoto | Complessità |
| Zona climatica | Impostazione del termostato | Impostazione dell'igrostato |
|---|---|---|
| Temperato | 5-10 K sopra l'ambiente minimo | 70% RH |
| Tropicale | 8-12 K sopra la temperatura ambiente minima | 65% RH |
| Costiero/marino | 10-15 K sopra l'ambiente minimo | 60% RH |
| Deserto (elevata oscillazione diurna) | 15-20 K sopra la temperatura ambiente minima | 75% RH |
Merita attenzione l“”effetto respiro": quando gli ambienti si riscaldano di giorno e si raffreddano di notte, l'aria che si espande e si contrae scambia con l'ambiente. Ogni ciclo di respirazione richiama all'interno l'aria umida dell'ambiente. Le custodie più strette (IP55+) respirano meno, ma richiedono comunque una gestione interna dell'umidità.
I riscaldatori si occupano del sintomo; la ventilazione affronta la causa principale controllando l'umidità ambientale intorno agli armadi.
La convezione attraverso le griglie posizionate nei punti bassi (ingresso) e alti (uscita) fornisce il ricambio d'aria di base. Progettare per 5-10 ricambi d'aria all'ora nelle sale quadri. Dimensionare le griglie di scarico 10-15% più grandi di quelle di aspirazione per mantenere una leggera pressione negativa.
I limiti diventano evidenti quando l'umidità esterna supera le 85%: la ventilazione naturale non può deumidificare, ma solo diluire. L'ingresso di polvere e insetti nei punti di aspirazione richiede la presenza di griglie filtrate e una manutenzione regolare.
Ventilatori di scarico con aspirazione filtrata spostano l'aria umida verso l'esterno, ma non possono ridurre l'umidità al di sotto dei livelli ambientali. Adatta dove l'RH ambiente rimane al di sotto di 70% per la maggior parte dell'anno.
HVAC con deumidificazione mantiene le sale quadri a 50-60% RH indipendentemente dalle condizioni ambientali. Costo di capitale e di esercizio più elevato, ma essenziale per le sottostazioni sotterranee e i siti costieri tropicali.
Deumidificatori ad assorbimento utilizzare il gel di silice o il setaccio molecolare ad assorbimento senza refrigerazione. Efficace a basse temperature, ma i cicli di rigenerazione aggiungono complessità operativa.
I gradi IP più elevati riducono l'ingresso di umidità esterna, ma creano ambienti sigillati in cui si accumula l'umidità generata internamente.
| Grado di protezione IP | Strategia consigliata |
|---|---|
| IP3X | Convezione naturale + riscaldatori per la notte |
| IP4X | Riscaldatori + aperture di ventilazione controllata |
| IP5X/IP6X | Riscaldatori obbligatori + respiratori per l'essiccante |
Ingresso cavi attraverso boccole da muro rimangono i punti di ingresso dell'umidità più comuni, indipendentemente dal grado di protezione IP dell'involucro, sigillando accuratamente le penetrazioni durante l'installazione.
Quindici anni di messa in servizio di impianti MV in diverse zone climatiche rivelano modelli coerenti di successo e fallimento nella prevenzione della condensa.
Montare i riscaldatori nel punto più basso possibile: l'aria calda sale naturalmente, creando una convezione che circola nell'intero involucro. Mantenere una distanza minima di 50 mm dai cavi isolati in PVC, dove le temperature superficiali possono superare i 100°C.
Installare riscaldatori separati in ogni scomparto isolato. Gli scomparti per sbarre, interruttori, cavi e bassa tensione hanno masse termiche diverse e richiedono un riscaldamento indipendente. Per contattori a vuoto in servizio frequente, monitorare separatamente l'umidità del vano del meccanismo: questi dispositivi effettuano migliaia di cicli all'anno.
| Fallimento | Causa principale | Prevenzione |
|---|---|---|
| Bruciatura del riscaldatore entro 1 anno | Funzionamento continuo senza controllo | Installare il termostato |
| Condensa nonostante il riscaldatore | Sottodimensionato per l'involucro | Ricalcolare utilizzando l'area della superficie |
| Il riscaldatore fa scattare l'interruttore | Corrente di spunto all'avviamento a freddo | Interruttore di dimensioni pari a 150% della potenza del riscaldatore |
| La corrosione continua | Entrate cavi non sigillate | Sigillare le penetrazioni, aggiungere i respiratori |
[Expert Insight: Osservazioni sulla manutenzione]
- La termografia a infrarossi durante le ispezioni mattutine rivela i punti freddi che indicano un guasto del riscaldatore o un'ostruzione del flusso d'aria.
- Gli indicatori di umidità che mostrano una colorazione rosa (>60% RH) per più di 48 ore giustificano un'indagine immediata.
- Il monitoraggio della corrente del riscaldatore tramite TA sul circuito di alimentazione fornisce un'indicazione continua dello stato di salute senza aprire le custodie
I tecnici XBRELE specificano i sistemi anticondensa come standard per le apparecchiature MV destinate ad ambienti difficili. I nostri pacchetti di riscaldatori integrati in fabbrica soddisfano i requisiti delle zone climatiche, con sistemi termostatici e igrostatici preconfigurati e pronti per l'impiego immediato.
Contattate il nostro team tecnico per discuterne:
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D: Quale temperatura devono mantenere i riscaldatori anticondensa all'interno dei pannelli MV?
R: Le superfici interne devono rimanere 5-15 K al di sopra della temperatura ambiente minima prevista, mantenendole al di sopra del punto di rugiada durante i cicli diurni. In ambienti costieri tropicali con un raffreddamento notturno minimo, un'elevazione di 10-12 K fornisce in genere un margine adeguato.
D: I riscaldatori anticondensa possono funzionare senza il controllo del termostato?
R: Il funzionamento continuo senza controllo termostatico riduce in genere la durata dell'elemento riscaldante a 12-18 mesi rispetto a 5-8 anni con un ciclo corretto. Anche il consumo energetico aumenta di 40-60% rispetto al funzionamento controllato.
D: Con quale frequenza devono essere calibrati gli igrostati nelle applicazioni dei quadri elettrici?
R: In condizioni normali, i sensori di umidità capacitivi subiscono una deriva di circa 1-2TP3T RH all'anno. I controlli annuali di calibrazione rispetto a uno strumento di riferimento mantengono l'accuratezza, con ricalibrazione immediata se le letture si discostano di oltre 5% RH.
D: Un grado di protezione IP più elevato elimina la necessità di misure anticondensa?
R: I gradi IP più elevati riducono l'ingresso di umidità dall'esterno, ma creano ambienti sigillati in cui l'umidità derivante dai cicli di respirazione, dagli ingressi dei cavi e dall'accesso del personale si accumula internamente. Le custodie IP55 e IP65 spesso richiedono un riscaldamento più aggressivo rispetto a quelle IP3X.
D: Dove devono essere montati i riscaldatori all'interno degli scomparti dei quadri MT?
R: Montare nel punto più basso possibile di ogni scomparto: la convezione naturale trasporta l'aria calda verso l'alto, creando una circolazione in tutto lo spazio chiuso. Evitare il montaggio vicino ai fasci di cavi o direttamente sotto i componenti sensibili all'umidità.
D: Cosa indica il guasto del riscaldatore anticondensa prima che si verifichino danni visibili?
R: La corrente zero del riscaldatore quando il termostato dovrebbe richiedere il calore indica un guasto dell'elemento o un errore di cablaggio. Il monitoraggio della corrente di alimentazione del riscaldatore attraverso un piccolo TA fornisce un'indicazione continua dello stato di salute senza richiedere l'accesso all'involucro.
D: In che modo l'effetto respiratorio contribuisce all'accumulo di umidità?
R: I cicli di temperatura giornalieri provocano l'espansione e la contrazione dell'aria dell'involucro, con uno scambio di 2-5% di volume interno con l'aria ambiente attraverso piccole fessure e penetrazioni non sigillate. Ogni ciclo attira l'aria esterna umida all'interno, aumentando gradualmente il contenuto di umidità interna anche in involucri nominalmente sigillati.
