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martes, 20 de abril de 2010

Pruebas estáticas y diagnóstico del estado de la aislación de motores eléctricos



Antes de que cualquier compañía investigue en mantenimiento predictivo (PdM) de sus motores eléctricos, debe conocer los puntos débiles del aislamiento de su equipo, las tensiones a las que sus motores están expuestos a diario, y cuándo estas fallas suelen ocurrir. Sólo entonces se puede tomar una decisión respecto de qué instrumento de diagnóstico eléctrico es el más apropiado para realizar las pruebas en sus motores eléctricos.

El estator del motor tiene dos sistemas principales de aislamiento: entre devanado y tierra, y entre espiras. Cuando el aislamiento está en buenas condiciones, el motor puede resistir los peaks de voltaje de las partidas y detenciones del funcionamiento normal, pero con el paso del tiempo se deteriora, como consecuencia de la mecánica del movimiento de las bobinas, los transitorios, la temperatura y los contaminantes existentes en el medioambiente.
Una vez que su rigidez dieléctrica cae por debajo de los peaks del voltaje de entrada, se presenta otro factor de falla: el ozono, un gas muy corrosivo. Entonces, la tasa de deterioro de la máquina se acelera, pues el motor continuará funcionando y los peaks de voltaje se mantendrán. Por ende, la rigidez dieléctrica del aislamiento cae por debajo del voltaje de operación o se deteriora hasta el punto en que se genera la pérdida de aislamiento entre espiras, produciéndose un punto de soldadura entre ellas.
Según el "modelo de transientes de fallas de espiras para máquinas de inducción con estator" de la IEEE, cuando ocurre una soldadura entre espiras, se desarrollarán altas corrientes de circulación en el devanado. Estas corrientes pueden llegar entre 16 y 20 veces la corriente a plena carga del motor, creando un calor excesivo. Este calor intenso provocará el completo deterioro del aislamiento, induciendo una falla en pocos minutos.


Pruebas recomendadas

Cada uno de estos métodos de prueba evalúa una sección diferente de la aislación del motor.
Prueba de resistencia o balance de devanados: A través del método Kelvin, es posible medir la resistencia del alambre de cobre del devanado del motor. Esta prueba detecta problemas con conexiones sueltas o abiertas, cortocircuitos, desequilibrio entre bobinas por cantidad desigual de espiras o distinta sección de conductores.
Prueba de Megger: En esta prueba se aplica un potencial DC (por lo general, el voltaje de funcionamiento) entre el devanado y la carcasa a tierra del motor. La prueba de Megohm es típicamente utilizada para identificar motores con falla a tierra. En mantenimiento predictivo, es una herramienta muy valiosa para encontrar motores humedecidos y sucios.

Prueba de índice de polarización (PI): Esta prueba es muy similar a la prueba de Megohm, pero se lleva a cabo durante 10 minutos (ver Figura 1). Durante este período de tiempo, las moléculas en el papel de revestimiento de las ranuras del estator se polarizan. Cuando esto sucede, los valores de resistencia del aislamiento se incrementan en un período de 10 minutos. Si la resistencia aumenta durante este tiempo, es una indicación de un buen aislamiento del devanado a tierra.


Figura 1

Prueba de tensión de paso: Esta prueba DC se realiza a la tensión a la que normalmente es sometido un motor durante el arranque y parada. El voltaje DC se aplica a las tres fases, aumentando lentamente y manteniéndolo por un período de tiempo determinado. Luego, se eleva al paso siguiente de tensión y retiene ese nivel también por un tiempo determinado. Este proceso continúa hasta que la tensión de prueba es alcanzada. Como muestra también la Figura 2, los datos se registran en el final de cada paso. Esta prueba mide la rigidez dieléctrica del aislamiento, evaluando 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).


Figura 2



Prueba de impulso (Surge): La prueba de impulso es muy importante, ya que el 80% de todas las fallas en motores eléctricos comenzará entre las espiras del estator a causa del aislamiento débil. Estos tipos de fallas catastróficas son la razón por la cual el estándar NFPA 70 B recomienda la realización de las pruebas de Impulso y HiPot.

Durante una prueba de impulso, el equipo de prueba cargará un condensador en el interior de la unidad y se descargará sobre una fase del motor, mientras mantiene las otras dos fases a tierra. Automáticamente, la unidad de prueba aumentará lentamente la tensión de 0 volts a la tensión de prueba seteada. Esto genera una forma de onda basada en la inductancia de la bobina. Si se alcanza la tensión de prueba sin ningún cambio de frecuencia de la forma de onda, entonces el aislamiento entre espiras se encuentra íntegro. Si el equipo de prueba de aislamiento observa debilitamiento entre espiras, la forma de onda se desplazará a la izquierda, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3


¿Qué pruebas realizar?
Las pruebas de tensión de paso, Megohm y de impulso son pruebas no destructivas, necesarias para el desarrollo de un programa de mantención predictiva eficaz e identifican problemas que con las pruebas de bajo voltaje no se logran apreciar. Estas pruebas se realizan a niveles de tensión a los cuales el motor es expuesto diariamente. Si un motor no supera la prueba de tensión de paso e impulso, podremos estar seguros de que se acerca al final de su vida útil, por lo que se deben tomar las medidas necesarias lo más pronto posible para retirarlo de servicio.


Bibliográfia: Revista Electro Industria - Edición Marzo 2010

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