Incendio dentro del variador de frecuencia de un chiller, Texas (2019)

En 2019 se nos pidió encontrar la causa de un incendio dentro del variador de frecuencia de un chiller de agua de gran capacidad en la planta central de una institución en Texas. El incendio había ocurrido dos años antes. Los datos del cliente son confidenciales.

Un variador que ya no existía

El variador que se quemó se reemplazó en menos de dos semanas y ya no estaba disponible para examinarlo. Lo que quedaba era el registro a su alrededor: fotografías y video tomados mientras todavía ardía, las listas de pendientes de la construcción, los documentos de los dispositivos de protección y el historial de eventos que el controlador del variador guardó antes de fallar. Después llegó una segunda fuente. Mientras avanzaba nuestra revisión, el variador de reemplazo, idéntico al original, también falló, y lo examinamos en sitio.

La lectura del registro de eventos

El controlador guardaba un registro cada vez que ocurría algo fuera de lo normal, con voltajes, corrientes, horas de operación, número de arranques y varias temperaturas internas. Un registro mostró que el voltaje de una sola fase de entrada se desplomaba, lo que coincidía con un cable que había hecho cortocircuito contra su accesorio de tubo conduit sobre el variador. Para entonces, los dos sensores internos de temperatura del aire ya marcaban valores muy por encima de todo lo registrado en las semanas anteriores. El fuego ya ardía antes de que ese cable fallara, así que la falla del cable fue consecuencia del incendio y no su inicio.

El mismo registro contó un arranque más y unas 11 horas de operación en las 16 horas y media previas a la falla. Las afirmaciones de que el chiller no estaba operando no podían conciliarse con ese registro. Al seguir el diagrama del variador también vimos que su banco de capacitores de entrada está energizado siempre que el variador tiene alimentación y su interruptor principal está cerrado, gire o no el motor.

Lo que mostró el variador de reemplazo

En el segundo variador el daño estaba en el banco de capacitores equivalente. Las conexiones atornilladas de los equipos eléctricos suelen marcarse con una línea de pintura después de apretarse al torque, para que cualquier movimiento posterior se note. En este variador varias marcas estaban rotas, en las terminales del capacitor que falló y del que estaba debajo, y en conexiones principales bajo el interruptor del variador. Una conexión deficiente en un capacitor puede calentarse con el tiempo hasta que el capacitor falla. El video del primer incendio coincidía con la misma secuencia: los capacitores del fondo ardían mientras los cables y la cinta aislante en la zona bajo los tubos conduit seguían intactos.

Ajustes de interruptores y arco eléctrico

Los interruptores grandes salen de fábrica sin ajustes, y alguien tiene que ajustarlos con base en un estudio de coordinación. Aquí el estudio no estaba terminado cuando la planta entró en servicio. Construimos un modelo en ETAP^® para mostrar lo que eso significaba. Con el interruptor alimentador en sus ajustes máximos, una falla del lado de línea del interruptor del variador tardaría unos 17 segundos en despejarse, con una energía incidente de unos 712 cal/cm². Con ese interruptor ajustado según un estudio, la misma falla se despejaría en unos 0.05 segundos con unos 2.5 cal/cm². Para la falla a tierra que realmente ocurrió, los ajustes no hacían diferencia: en el modelo, el alimentador y el interruptor principal del edificio disparan en menos de 50 milisegundos, lo que concuerda con la pérdida de energía en toda la planta.

Descartar sobretensiones

El supresor de sobretensiones de la planta mostraba estado normal y un conteo acumulado de eventos, y los registros de rayos no mostraban descargas a menos de 5 millas en los dos días alrededor del incendio. Un segundo chiller alimentado por el mismo servicio había resistido cada uno de esos eventos, y ningún otro equipo sensible del edificio había fallado. El daño por sobretensión era una explicación poco probable.

Nuestra opinión

Concluimos que la causa más probable del incendio original fue una falla en el banco de capacitores dentro del variador, que luego dañó los cables de entrada hasta que uno hizo cortocircuito contra su accesorio. El modo exacto de falla dentro del variador original no pudo determinarse sin el variador mismo. Las pérdidas como esta son el centro de nuestro trabajo de análisis de fallas eléctricas, y la cuestión de los interruptores es lo que nuestros estudios de coordinación de la protección resuelven antes de que el equipo entre en servicio.