Certificacion Verificada Teorica Estatica Nivel 1 Intensivo Online.
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CERTIFICACIÓN VERIFICADA TEÓRICA ESTÁTICA NIVEL 1 INTENSIVO ONLINE José Miguel Zambrano, BSc E.E. LatinAmerica Application Engineer Megger Baker Instruments • Ingeniero Electricista Mención Potencia - Universidad de Los Andes, Mérida Venezuela. • Master en Gerencia de Operaciones - Universidad José Antonio Páez, Valencia Venezuela. • Programa Certificado en Electroestática y Magnetismo – MIT • Curso Certificados en: • Liderazgo en Aprendizaje – Harvard University. • Pensamiento Estadístico para el Análisis y la Ciencia de Datos. Columbia University. • Machine Learning para el Análisis y la Ciencia de Datos. Columbia University. • Con 18 años de experiencia en cargos relacionados con Mantenimiento Predictivo Eléctrico. • Desempeñando labores de mantenimiento en los siguientes segmentos de la industria: Pulpa y Papel, Oil & Gas, Metalmecánica, Alimentos & Bebidas, y abarcando un amplio conocimiento de prácticas predictivas en varios otros segmentos como Minería, Siderúrgica y Naviera. • Actualmente trabajando en Megger Baker Instruments desde Agosto 2019 como Ingeniero de Aplicaciones para LatinoAmérica. EXPOSITOR: José Miguel Zambrano Moderador: Luis Beltrán • Ingeniero Electricista - Universidad Nacional de Ingeniería, Perú, con especialidad en Máquinas Eléctricas Rotativas. • Maestría en Administración de Negocios University of Tampa, Florida, USA. • Especializaciones en Administración y Marketing - Universidad de Harvard, Massachusetts - Universidad de California, Berkeley. • 29 años de experiencia en las prácticas eléctricas para el mantenimiento predictivo. • Trabajó para empresas internacionales como ABB, Siemens, y WEG. • Trabaja para la división de Baker Instruments desde el 2008, y su posición actual es de Gerente de Desarrollo de Negocios para América Latina. OBJETIVOS DEL CURSO I. Entender cómo las Pruebas Estáticas pueden mejorar la confiabilidad del motor. II. Describir los factores que generan la falla en el motor. III. Identificar los tipos de fallas de los motores. IV. Definir cuáles son las Pruebas Estáticas y cómo éstas identifican los tipos de fallas. AGENDA I. ¿Por qué realizar éstas pruebas? II. Configuración del Motor. III. Mecanismos de falla del aislamiento. IV. Cómo las Pruebas Estáticas identifican el estado del aislamiento del motor. V. • Resistencia de los devanados • Pruebas DC. • Surge (Impulso). • Inductancia y Capacitancia. • Otras pruebas Examen Certificación. Causas de Fallas de Motores Eléctricos FUENTE: IEEE C37.96 2012 Causas de Fallas de Motores Eléctricos FUENTE: IEEE C37.96 2012 Causas de Fallas de Motores Eléctricos FUENTE: EPRI Troubleshooting of Electric Motors 2000 Causas de Fallas de Motores Eléctricos CAUSAS DE FALLAS EN RODAMIENTOS Y ESTATORES Otros Falla Electrica Ruptura Mecanica Ruptura del Aislamiento Sobrecalentamiento 0 10 20 Estator 30 40 50 60 Rodamiento FUENTE: EPRI Troubleshooting of Electric Motors 2000 Causas de Fallas de Motores Eléctricos. Rodamientos ISO 15243 SOBRE CORRIENTE EROSIÓN ELÉCTRICA PASO DE CORRIENTE Causas de Fallas de Motores Eléctricos. Estator Áreas de Fallas de Motores Áreas de Fallas de Motores Áreas de Fallas de Motores Definiendo las Pruebas Estáticas QUÉ ES?: Medición y seguimiento de las propiedades eléctricas del sistema de aislamiento, en un esfuerzo por determinar su salud y fiabilidad mientras el motor está desconectado. CÓMO?: Pruebas de Bajo Voltaje. Medición de parámetros eléctricos específicos cercanos, o por debajo de la tensión de placa del motor, para determinar algún cambio en las propiedades del sistema de aislamiento. Pruebas de Alto Voltaje. Probar el aislamiento del motor a niveles de voltaje similares a los que el motor encuentra en su entorno normal de operación para determinar la integridad y la confiabilidad del sistema de aislamiento. Ayuda a definir la condición del aislamiento con respecto al final de su vida útil. Sistemas de Prueba de Aislamiento Antiguamente: si esta caliente algo esta mal! Multímetros Megómetros Medidores de resistividad, L, C, Z, ángulo de fase. Pruebas en alto voltaje – Hipot CA-CC Pruebas de Impulso (Surge Test) Descargas Parciales Tangente Delta Infrarojo, Ultrasonido, otros. Aislamientos Aislamientos Aislamientos Envejecimiento Térmico (IEEE 43-2013) Por cada 10°C de incremento de temperatura en el aislamiento, la vida útil de éste, se reduce a la mitad (Termoplástico). R R 40C TEMP 2 T 40 10 Propiedades de los Dieléctricos Rigidez Dieléctrica Perforación / Ruptura Alambre de motor de 460V CA Capacidad de ruptura de 6000VCA 8400 Voltios Peak / 6000V RMS O: 6000CA 2 8400VCC Mayoría de fabricantes de motores eléctricos Propiedades de los Dieléctricos Propiedades de los Dieléctricos Ranura Ranura 20,000 VCC Nomex-Mylar-Nomex •Aislamiento combinado a tierra es: Ranura simple Motor 3 F Bobinado Aleatorio 8400 VCC + 20,000 VCC = 28,400 VCC Capacidad Térmica / Altitud Definiciones Básicas Variaciones de Voltaje: “El incremento o reducción de voltaje puede resultar en un incremento de temperatura. Ésto acelera el deterioro del aislamiento, produciendo fallas de corto circuito en el motor.” FUENTE: Fabricantes de Motores Definiciones Básicas Variaciones de Frecuencia: FUENTE: Fabricantes de Motores Degradación y Voltaje de Ruptura vs. Tiempo Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Qué le pasa a un motor después que sucede un corto entre espiras? Efecto Autotransformador de la Falla entre Espiras. T1 T2 T3 Efecto Autotransformador de la Falla entre Espiras. T1 16 Espiras 1 Vuelta 16x Corriente Normal » 256x Calor Normal (I2R) T2 T3 Fallas de Motores 1. Aislamientos nuevos tienen alto voltaje de ruptura 2. El aislamiento del motor experimenta un envejecimiento normal: - Envejecimiento Térmico - Contaminación Externa - Esfuerzo Mecánico - Descargas Parciales 3. La Rigidez Dieléctrica entre espiras de la bobina o el aislamiento a tierra del motor cae debajo del nivel de transitorios resultando en un arco Fallas de Motores 4. Los transitorios producen arcos inducidos causando que el aislamiento se deteriore mucho más rápido 5. El voltaje de ruptura entre espiras o el aislamiento a tierra cae debajo del voltaje de operación causando un corto entre espiras o a tierra. 6. El efecto “transformador” causa alta corriente inducida, típicamente 16-20 veces la corriente a carga completa. 7. La falla de aislamiento a tierra se produce rápidamente (típicamente en minutos) Fallas de Motores Por qué las fallas en el aislamiento entre las espiras?: – El aislamiento de las espiras es el punto más débil de donde puede generarse una falla del motor. – Depósitos químicos deterioran el aislamiento. – Existen movimientos mecánicos en las bobinas debido a los arranques del motor. (Crawford/General Electric) – Uso de variadores de velocidad. – Otros Fallas de Motores Fallas en el aislamiento entre las espiras: • 80% de las fallas de aislamiento del motor empiezan como fallas entre espiras (General Electric Paper). • La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa raíz del problema se basa en una falla entre espiras (General Electric Paper – EASA). Fallas en las Espiras iniciales La mayoría de fallas entre espiras empiezan en las espiras iniciales del bobinado. La mayoría de esas fallas son el resultado de peaks de alto voltaje Peaks de Voltajes en Arranques de Motores - Peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 µsec durante el arranque del motor - Peaks de voltaje se generan al segundo y tercer cierre de contacto - Uso de variadores de velocidad Peaks de Voltajes en Arranques de Motores Peaks de Voltajes en arranques Estudio por NEMA MG – 1 2011: M Peor de los casos= 5 Per Unit (392V) = 1960 Volt. en arranque FUENTE: IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 30, No. 6, November/December 1994. Distribución de Voltage en Espiras del Motor Voltage Drop / Coil in % Distribución del Voltaje 100 90 Christiansen & Petersen Denmark IEEE 68C6-EI-87 80 70 60 50 Rise time 0.2 m seconds 40 30 20 10 0 6 espiras Devanado del Motor Estrella 2 polos – 6 vueltas por bobina - ~ 1000 hp Fallas entre espiras Áreas de mayor probabilidad de fallas cobre - cobre T1 T4 Falla T1 T4 Ley de Paschen Grosor del Papel 0.4 X 10-3 inches Un mínimo de 350 V es requerido para producer un arco. Voltajes y Ruptura de Aislamiento Los motores ven típicamente altos peaks de voltaje durante el arranque, parada, y hasta durante su operación. Los motores no fallan en voltajes de operación donde existe solo de 20 a 30 voltios entre espiras. Cada vez que el motor arranca, se presenta peaks de voltaje de hasta “5 x pu” (pu= per unit) Ruptura Modos de Fallas en Estatores El problema inicial en los devanados suele ser una falla entre espiras que con el tiempo termina convirtiendose en una falla a tierra (Root Cause Failure Analysis EASA). R.M. Tallam, T.G. Habetler, R.G. Harley, “Modelo de Transiente para Máquina de Inducción con Falla en el Devanado Estatórico.” IEEE Transacciones en Aplicaciones Industriales, Vol. 38, No. 3, May/June 2002. “….Una falla en una vuelta en el devanado del estator de una máquina de inducción causa una corriente circulante muy grande en la espira con corto, del orden de 2 veces la corriente a rotor bloqueado. Si se deja en ese estado, la falla se puede propagar, llegando a ser una falla fase-tierra o fase-fase. El flujo de corriente a tierra resulta en un daño irreversible al núcleo, y la máquina podría removerse de servicio. Una detección de éste tipo de fallas es necesaria para evitar condiciones de operación peligrosas y reducir paradas no programadas”. Preguntas Por qué un equipo de Pruebas Estáticas Megger Baker Instruments puede detectar un problema inicial entre espiras de un devanado, y otros equipos que copian nuestra tecnología no? Preguntas a la Audiencia… Cada IEEE escomo sujeto a revisión al menos cada 10 años. Cuando un documento • Quéestándar normas se toman vigentes? tiene de 10 años y no ha sido revisado, es razonable concluir que su contenido, a • Lasmas normas caducan? pesar de alguna tener “algún” valor, • Existe norma que me recomiende todas las pruebas eléctricas y cómo realizarlas? • Existe alguna norma querefleja reguletotalmente las otras normas? “NO el presente estado del arte” (Lo último en recomendaciones de pruebas eléctricas) Estándar AR-100 - 2020 Prácticas recomendadas por la Asociación de Servicios de Aparatos Eléctricos, Inc. Establece una guía para las reparaciones y rebobinados de aparatos eléctricos. No reemplaza a las especificaciones o instrucciones de los fabricantes de máquinas rotativas. Estándar AR-100 - 2020 Lineamientos para: Reparación Mecánica Ejes, rodamientos, lubricación, carcazas, laminaciones, balanceo, anillos rozantes, conmutadores, escobillas, accesorios. Rebobinados Protecciones térmicas, aislamientos, conductores, conexionado, impregnaciones, cuñas. Pruebas Pruebas eléctricas recomendadas. Pruebas Eléctricas • Balanceo Resistivo. Referencia IEEE 118 / 56 / EASA 2020 Resistencia de aislamiento Referencia: IEEE 43 Índice de Polarización o Absorción Dieléctrica Referencia: IEEE 43 Alto Voltaje (Hipot) en Escalón Referencia: IEEE 95 / NPFA 70B 2019 / EASA 2020 Prueba de Impulso (Surge) Referencia IEEE 522 / NPFA 70B 2019 / EASA 2020 Medición de Inductancia y Capacitancia Referencia: IEEE 1415 Medición de Descargas Parciales Referencia: IEC 61934 Prueba de Balanceo Resistivo (IEEE 118 / 56 / EASA 2020) Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 1. Pruebas de Balanceo de Resistencia: − − − − − − Número de vueltas por fase Diámetro del cobre Conexiones con alta resistencia Cortos totales entre espiras Conexiones abiertas entre espiras Tendencias, históricos Valor de Delta (balanceo) 1. Pruebas de Balanceo de Resistencia Tipo de Bobina: Random (Alambre) < 2% del promedio Preformada < 1% del promedio Algunos devanados Concéntricos superan el 2% FUENTE: EASA AR-100-2020. CSA C392 Random (Alambre) < 2% del promedio Preformada < 1% del promedio Devanados Concéntricos < 3% FUENTE: IEEE 56 - 2016 IEEE 118 Componentes de una Corriente Contínua Por definición, la resistencia de aislamiento es el resultado de dividir el voltaje aplicado entre la corriente total. La corriente total es la suma de cuatro (4) diferentes corrientes: Corriente de Absorción (polarización) IA Corriente de Conducción IG Corriente de Capacidad Geométrica IC Corriente de Fuga IL Componentes de una Corriente Contínua Circuito equivalente mostrando las cuatro corrientes durante una prueba de resistencia de aislamiento Aislamiento en un Motor Eléctrico Motor Frame (Ground) Copper Winding Aislamiento Efectos con la Aplicación de un Voltaje AC. Motor Frame (Ground) Copper Winding Efectos con la Aplicación de un Voltaje DC Motor Frame (Ground) Copper Winding Corriente Capacitiva (Carga) Motor Frame (Ground) Copper Winding Corriente de Absorción (Polarización) Motor Frame (Ground) Copper Winding Corriente de Conducción Motor Frame (Ground) Copper Winding Corriente de Fuga (Fuga Superficial) Motor Frame (Ground) Copper Winding Contamination Corriente Capacitiva (Carga) Corriente Absorción / Polarización Corriente de Conducción Corriente de Fuga Contamination Corriente Capacitiva + Corriente de Absorción Sumando la Corriente de Conducción Sumando la Corriente de Fuga Contamination Componentes de una Corriente Prueba de Resistencia de Aislamiento (IEEE 43) Voltajes recomendados Prueba de Resistencia de Aislamiento: Voltaje de placa Voltaje de Prueba en CC Mínimos valores recomendados de resistencia Mínimos valores recomendados de resistencia Nota 1: El valor mínimo de IR recomendado en megaohms, a 40 °C de todo el bobinado (todas las fases) Nota 2: KV es el valor nominal RMS del Voltaje Línea a Línea para máquinas trifásicas y Línea a tierra para monofásicas, y el valor de voltaje nominal para máquinas DC o bobinas de campo. Nota 3: Puede que no sea posible obtener valores de IR por encima de los mínimos recomendados para bobinas que tienen superficies extremadamente grandes o para circuitos de armaduras DC con conmutadores, para esos casos se debe usar la tendencia de esta variable para evaluar su condición. Nota 4: Los valores de esta tabla pueden no ser aplicables, en algunos casos, específicamente cuando la bobina es tratada con materiales para controlar el estrés/fatiga. Nota 5: Los valores de esta tabla no se aplican para bobinas que no hayan sido previamente tratadas con impregnación al vacío. Corrección por Temperatura Corrección por Temperatura FUENTE: IEEE 43-2013 Prueba Índice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE 43) Voltajes recomendados 3. Índice de Polarización / Absorción Dieléctrica: Voltaje de placa Voltaje de Prueba en CC Pruebas Índice de Polarización (IEEE 43) 3. Índice de Polarización / Absorción Dieléctrica: IP Test: 10min/1min AD Test: 3min/30sec Busca deterioro, resequedad, humedad, o contaminación del aislamiento a tierra Si la resistencia obtenida es más de 5000 MΩ en un minuto (Megado), entonces se realiza la prueba de Absorción Dieléctrica, que es similar a la IP, pero con los valores tomados en 30seg. y 3 minutos. Prueba de Índice de Polarización (IEEE 43) Valores mínimos recomendados de Índice de Polarización IEEE 43-2013 Prueba de Índice de Polarización Prueba de Índice de Polarización (IEEE 43) Puedo repetir la prueba? − Existencia de carga residual en el aislamiento − La lectura del aislamiento se verá afectada − Antes de efectuar la medición, los devanados deberán estar completamente descargados. Al final: IEEE: 1.5 ó > 2 (por clase de aislamiento) Mayor > 1: dejarlo trabajar (regla general común) No existe estándar aceptado para valores de AD Los valores de AD deberían reflejar cercanamente el valor de IP. Factores que afectan la resistencia de aislamiento Condición de la superficie Humedad Efecto de temperatura Efecto de la magnitud del voltaje de prueba Existencia de carga residual en el aislamiento Prueba de HiPot en Escalón (IEEE 95) Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Problemas de aislamiento que se pueden detectar (bajo investigación posterior): − Agrietado o con fisuras − Contaminación en la superficie − Resina mal curada − Humedad − Delaminación − Perforaciones Pruebas de Alto Voltaje - Hipot IEEE 95-2002 (Reafirmado: 30-8-2012) “Prácticas recomendadas para pruebas de aislamiento de maquinaria eléctrica CA (2300 V y mayores) con alto voltaje en contínua”. “…cubre pruebas de equipos nuevos en fábricas o en el campo después de su instalación, y pruebas de mantenimiento de rutina de máquinas que han estado en servicio….” “ Debido a que las Pruebas de HiPot son realizadas normalmente como pruebas de mantenimiento en lugar de pruebas de aceptacion, el máximo voltaje aplicado no deberia ser mayor a los valores recomenados en esta norma”. Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Pruebas de mantenimiento (IEEE 95-2002): Voltaje de prueba en CA = 125% a 150% el voltaje en CA Voltaje de prueba en CC= 1.7 x Voltaje de prueba en CA Ejemplo: 4160 VCA (1.25) (4160) (1.7) = 8840 VCC (1.50) (4160) (1.7) = 10,608 VCC Megger Baker Instruments: 2 x Vca + 1000 Voltios o (4160) (2) + 1000 = 9320 VCC Voltajes de prueba de HiPot IEEE 95-2002. 6.2 Para pruebas de mantenimiento en CC V Línea (Vl) 480 575 600 2300 4160 6900 13800 Por Unidad Min Voltaje DC Max Voltaje DC (pu = 0.816 Vl) (Vl * 1.25 * 1.7) (Vl * 1.5 * 1.7) 392 469 490 1,877 3,395 5,630 11,261 1020 1222 1275 4888 8840 14663 29325 1224 1466 1530 5865 10608 17595 35190 Pruebas de Alto Voltaje - Hipot EASA AR100-2020 Pruebas de Alto Voltaje - Hipot EASA - Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Ej: Motor de 4160. Motor Nuevo = 1700 + 3.4 Vn = 15844 V Motor Usado = 65% Motor Nuevo = 10299 V Estandar Baker = 2 Vn + 1000 = 9320 V EASA CC HiPot (Tabla 4.4) V Línea (Vl) Bobinas Nuevas (3.4*Vl + 1700) En Servicio 65% (Bobina Nueva) Estandar Baker (2*Vn+1000) 480 3,332 2166 1960 575 3,655 2376 2150 600 3,740 2431 2200 2300 9,520 6188 5600 4160 15,844 10299 9320 6900 25,160 16354 14800 13800 48,620 31603 28600 Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Hipot en CA o en CC? IEEE 95-2002 Se debe preferir pruebas de alto voltaje en CC por lo siguiente: La unidad de prueba es más compacta y ligera para el transporte al campo. Ocurren menores descargas parciales (menor estrés al aislamiento). Si ocurre el punto de quiebre del aislamiento durante la prueba, la prueba de alto voltaje en CC causa menor estrés debido a que la capacidad de la prueba es menor comparada a la de CA. Pruebas de Alto Voltaje - Hipot IEEE 95-2002 La corriente medida en la prueba CC suministra valiosa información respecto a defectos o deterioro en el aislamiento. Peaks de voltajes que ocurren en el devanado del estator son generalmente de naturaleza de “impulso” que se relaciona muy bien con la prueba en CC en lugar de CA. El empleo de pruebas controladas de alto voltaje en contínua (por ejemplo en pasos o rampa) ofrece sus ventajas con respecto a otras pruebas. Pruebas de Alto Voltaje - Hipot IEEE 95-2002 “Después de efectuar la prueba hay que descargar la carga almacenada en el devanado” “Descargar a tierra al menos 2 horas o cuatro (4) veces el tiempo que duró la prueba” Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 4. Pruebas de Alto Voltaje (HiPot en CC): Prueba de Voltaje en Escalón, Rampa HiPot Directa (Convencional) Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Ejemplos de pruebas típicas de Hipot en Escalón: ◄ Aislamiento Estable: Aislamiento Inestable: Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Pruebas de Voltaje en Escalón (Step Voltage) Mide la rigidez dieléctrica del aislamiento. Se mide la corriente de fuga para asegurar que el aislamiento a tierra y cables soporten el trabajo normal durante el arranque y parada del motor (peaks de voltaje). Los peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 µseg. durante el arranque del motor Pruebas de Voltaje en Escalón Se eleva el voltaje en escalones, y cada escalón mantiene un voltaje por un tiempo pre-establecido. Permite que desaparezca la influencia de corrientes de carga. Mantiene el voltaje final por un minuto tal como lo define la IEEE 95 y NEMA MG-1. Pruebas de Voltaje en Escalón 4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)(NFPA 70B - 2019) Las Pruebas de Hipot son realizadas durante operaciones normales de mantenimiento o después de servicios o reparaciones de activos críticos. Estas pruebas se realizan a toda la máquina o sólo a una parte del circuito y asegura que el nivel de aislamiento es lo suficientemente alto como para garantizar una operación segura. Pruebas de Voltaje en Escalón Beneficios y Usos • Es menos estresante para las bobinas. • Útil cuando la condición del motor es desconocida o indeterminada. • Útil cuando se requiere pruebas más frecuentes (Predictivo). • Útil cuando el contaminación. motor contiene humedad o Pruebas de Alto Voltaje en Rampa HiPot El voltaje sube gradualmente en rampa, sin interrupciones hasta alcanzar el voltaje de prueba final. No sostiene el voltaje final por un minuto tal como lo define la IEEE 95 y NEMA MG-1. Gupta, Stone, and Stein, “Use of Machine HIPOT testing in Electric Utilities.” 0-7803-7180-1 IEEE, 2001 (IEEE Dielectrics and Eletrical Insulation Society) Survey of utilites doing HIPOT testing. “Does Hipot Testing damage a good winding? This question is raised many times, most often by managers, who have to approve the tests. The answer is a resounding NO. Hipot tests do not introduce any significant degradations in a machine with a good insulation system. Machines that have failed a hipot test have always revealed poor insulation systems upon later examination. Chances are that they would have failed in service, especially if an over voltage from surges or a power system fault were to occur. Hence, only machines with poor or marginal insulation systems are likely to fail during the hipot test.” “¿Daña a un buen bobinado la Prueba de Hipot? Esta cuestión se plantea muchas veces, más a menudo por los gerentes, que tienen que aprobar las pruebas. La respuesta es un rotundo NO. La Prueba de Hipot no introduce ninguna degradación significativa en una máquina con un buen sistema de aislamiento. Las máquinas que han fallado en una prueba hipot, siempre han puesto de manifiesto sus sistemas de aislamiento pobres. Lo más probable es que ellos hayan fallado en servicio, sobre todo si un exceso de tensión o un fallo del sistema eléctrico se produjeran. Por lo tanto, sólo las máquinas con sistemas de aislamiento pobres o marginales son propensos a fallar durante estas pruebas.” Prueba de Surge (IEEE 522) Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Consiste en aplicar una corriente alta de impulso (el tiempo de crecimiento de la onda es rápida). Se descarga el voltaje por una línea del motor, teniendo las otras líneas a tierra. Es el único método disponible para detectar aislamiento débil entre las espiras, permitiendo al operador realizar un mantenimiento predictivo. Inicialmente desarrollado por General Electric & Westinghouse Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Fallas en el aislamiento entre las espiras: • El aislamiento de las espiras es el punto más débil de donde puede generarse una falla del motor. • Depósitos químicos en el aislamiento deterioran su vida útil. • Existen movimientos mecánicos en las bobinas debido a los arranques del motor. (Crawford/General Electric) Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge − 80% de las fallas de aislamiento del bobinado del motor empiezan como fallas entre espiras (General Electric Paper). − La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa raíz del problema se basa en una falla entre espiras (General Electric Paper - EASA). Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522) La Prueba de Surge o Impulso se realiza a todo tipo de bobinados, incluyendo los bobinados Random (alambre), con un voltaje de prueba de dos veces el voltaje nominal de la máquina más 1000 Volts, con un tiempo de subida de 0.2 ± 0.1 us. Para motores de bobina preformada ver table 4.3. Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (EASA AR-100-2020) Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (NFPA 70B - 2019) La Prueba de Impulso puede detectar defectos entre espiras, entre bobinas, entre grupos de bobinas o entre fases que no pueden ser detectados por la prueba de Resistencia de Aislamiento, Índice de Polarización o Absorción Dieléctrica ni por la Prueba de Hipot. Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge - Peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 µseg durante el arranque del motor - Peaks de voltaje se generan al segundo cierre de contacto - Uso de variadores de velocidad Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Ley de Paschen Distribución de Voltaje en una Bobina Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Veamos un ejemplo: • Motor de 4160 V • En el arranque en el peor de los casos podemos ver peaks de Voltaje de hasta 5 p.u • Valor por unidad (4160 V) = 3396 V • 5 p.u = 5 * 3396 V = 17 KV aprox. • Las espiras iniciales verán el 80 % del total de Voltaje al inicio del transitorio. • 17 KV * 80% = 13,6 KV 4,5 KV 4,5 KV 4,5 KV Prueba de Impulso o Surge Resonant Frequency 5. Prueba de Impulso o=Surge Prueba de Impulso o Surge L L´ L > L’ f < f’ Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Detección de aislamiento débil En el taller (sin rotor) Espira a espira, fase a fase, bobina a bobina En el campo / terreno (con rotor) Bobinas invertidas Espira a espira Cortos entre espiras Fase a fase Desbalance de # de vueltas Bobina a bobina Diferentes Φ de cobre Cortos con las láminas Patente de “Baker” Modelos ST Modelos “D” Patente de “Baker”: Mejoras a través del tiempo Compensación del error de relación de área EAR Hace nuestro equipo más sensitivo a los cambios en las formas de onda por lo que puede producir un disparo para minimizar el número de pulsos que actúan en el momento que se encuentra el aislamiento débil. EAR - Error de Relación de Área Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge En el campo (con rotor) No comparar formas de onda finales (Line - Line EAR) Pulse - Pulse EAR En el taller (sin rotor) Comparar formas de onda finales (Line - Line EAR) Pulse - Pulse EAR Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Forma de onda de un buen devanado Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Forma de onda de un devanado con problemas Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE 522) Por Unidad Motor Nuevo V Línea (Vl) (pu = 0.816 Vl) (3.5 pu) Motor Usado (75% Motor Nuevo) 480 392 1371 1028 575 469 1642 1232 600 490 1714 1285 2300 1,877 6569 4927 4160 3,395 11881 8911 6900 5,630 19706 14780 13800 11,261 39413 29560 Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (EASA AR-100-2020) Resúmen de Voltajes CUADRO COMPARATIVO ENTRE NORMAS PARA VOLTAJES DE PRUEBA IEEE 95 EASA HIPOT AR- EASA SURGE AR- ESTANDAR 100-2020 100-2020 BAKER IEEE 522 Por Min Por Motor Motor Motor Max Voltaje Motor Motor Usado V Línea Unidad Voltaje DC Unidad Motor Nuevo Usado (75% Nuevo Usado (65% DC (Vl * 1.5 Nuevo (75% Motor (Vl) (pu = (Vl * 1.25 (pu = (3.5 pu) Motor (3.4 Vl + Motor * 1.7) (3.5 pu) Nuevo) 0.816 Vl) * 1.7) 0.816 Vl) Nuevo) 1700) Nuevo) 480 575 600 2300 4160 6900 13800 392 469 490 1,877 3,395 5,630 11,261 1020 1222 1275 4888 8840 14663 29325 1224 392 1371 1466 469 1642 1530 490 1714 5865 1,877 6569 10608 3,395 11881 17595 5,630 19706 35190 11,261 39413 1028 1232 1285 4927 8911 14780 29560 3332 3655 3740 9520 15844 25160 48620 2166 1900 2376 2200 2431 2200 6188 6569 10299 11881 16354 19706 31603 39413 1900 2200 2200 4927 8911 14780 29560 IEC 34-15 Motor Motor Usado 2 Vl + 1000 Nuevo (65% (4*Vl+5000) Motor Nuevo) 1960 2150 2200 5600 9320 14800 28600 6920 7300 7400 14200 21640 32600 60200 4498 4745 4810 9230 14066 21190 39130 Prueba de Inductancia y Capacitancia (IEEE 1415) Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Medición de L, Z, C (Inductancia, Impedancia, Capacitancia, ángulo de fase) Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Z: Impedancia Ángulo de Fase V I V 360˚ I Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores ZL XL L: Inductancia φ: Ángulo R Q: Calidad C: Capacitancia R D: Disipación XC ZC Ejemplos: Errores en Devanados 1) 2) Mismo alambre, menos # vueltas Q1: R, L cambian? Q2: Z y φ cambian? Q3: Q cambia? Alambre más delgado, mismo # vueltas Q1: R, L, crece, decrece, igual? Q2: Z y φ? Q3: Q cambia? Zreference Z2 XL R 3) Mismo Alambre, igual # vueltas, bobina invertida Q1: R y L cambian? Q2: Z y φ cambian? Q3: Q cambia? Z3 Z1 Otras Pruebas Descargas Parciales: ¿Qué son? Arco eléctrico parcial localizado en el dieléctrico entre conductores o entre conductores y pared de tierra. El estrés por tensión en combinación con una mala laminación, impregnación de aislamiento inadecuada y contaminación contribuyen al fenómeno. Image Credit: www.intechopen.com Estándares para la Medición de PD IEC-60270: High Voltage Test Techniques – Partial Discharge Measurements Principalmente se refiere a las mediciones de CA y CC de PD, las pruebas de impulso de DP no se especifican explícitamente IEC-61934: Electrical insulating materials and systems – Electrical measurement of partial discharges (PD) under short rise time and repetitive voltage impulses Específicamente desarrollado para proporcionar orientación sobre la detección de impulsos de PD con el aumento de popularidad de las formas de onda de conmutación por IGBT IEEE 927: IEEE Guide for the Measurement of Partial Discharges in AC Electric Machinery Discusión de técnicas de medición en línea y fuera de línea. IEC-60034-18-41 (Qualification and type tests for Type I electrical insulation systems used in rotating electrical machines fed from voltage converters) Referencias 61934 y 60270 Motor de Rotor Bobinado Motor Síncrono/Generador Síncrono sin Escobillas Motor de CC/Generador Prueba Circuito de Armadura Prueba Barra a Barra Span Test Equipo portátil de pruebas en baja tensión - MTR105 Megómetro LCR Giro del Motor DLRO Medidor de Temperatura MTR105 Multímetro Secuencímetro ¡Gracias!
