Esto es un parafraseo de las líneas mas famosas del “Bardo”, el escritor William Shakespeare. (To be or not to be.) Traducido diría: “¿Hacer Surge, o no?”
El origen del ensayo de Surge proviene de la empresa Westinghouse. Ya desde hace 1951 Westinghouse tenia un prototipo de una unidad de Surge. Vea abajo. Simultáneamente, General Electric, desarrollo otro probador que cumplía la misma función.
La necesidad de tal ensayo surge de analizar diversos parámetros del motor: Calidad de Aislamiento a masa en forma cuantitativa, como por ejemplo el Ensayo de Megohm o también denominado MEGGER (TM) o Megueado, El Indice de Polarización, etc.., Calidad de Aislamiento a masa en forma cualitativa, por ejemplo HiPot o Alto potencial, también llamado Ensayo de Tensión Aplicada, en el cual uno le inyecta al bobinado un voltaje muy superior al de funcionamiento y busca encontrar una falla abrupta, también denominado Ensayo de Rigidez Dieléctrica a masa. Sin embargo, ninguno de estos ensayos permite determinar se las bobinas están bien conectadas, o si se han puesto espiras de mas o de menos, os si se ha cometido un error al soldar las fases y grupos, o si existen fallas de soldadura en estas conexiones, etc.. Tampoco hay forma de determinar si existe una debilidad de Rigidez Dieléctrica entre fases, grupos o espiras de una misma bobina. Esto es un gran “agujero negro” en el que uno confía en que ha trabajado bien, sin tener certeza.
A raíz de esta necesidad se utiliza el Ensayo de Surge. El ensayo de Surge consta de un pulso que se envía al bobinado y después se mide la forma de onda reflejada en el mismo. Esta forma de onda variara de acuerdo a la inductancia del bobinado. Esta inductancia sera afectada por muchos factores: Espiras de mas o de menos, soldaduras, aislamiento en mal estado pero no en corto todavía, diferencias en el paquete magnético del estator, etc.. Con este principio uno puede considerar que el ensayo de surge es un ensayo que mide la inductancia de la bobina bajo prueba en forma gráfica. Ya sea en forma digital o analógica.
Todos los motores tienen una “firma” de la forma de onda diferente de los otros. De allí que la prueba se llama, con propiedad: Ensayo Comparativo de Impulsos. Esto es porque se compara la bobina contra las otras dos fases, asumiendo que sus inductancias deben ser muy similares, sino idénticas*
La prueba de surge se puede realizar en Alto Voltaje o Bajo Voltaje. Esta denominación de Alto o Bajo Voltaje es en referencia al voltaje de operación del motor o del generador. Si el motor opera a 4160 Volts y se aplican 2000 volts entonces es un ensayo de Bajo Voltaje. De la misma forma, si aplico los 2000 volts a un motor que opera a 440 volts, entonces este es un ensayo de Alto Voltaje. El ensayo de Surge de bajo voltaje puede encontrar gran parte de aquellas fallas que son fijas. En otras palabras que no son incipientes. Por ejemplo: bobinas cruzadas, cantidad de espiras inadecuadas o no balanceadas entre si, malas soldaduras, etc. Sin embargo el ensayo de surge de bajo voltaje NO encontrara fallas incipientes. Estas fallas, las incipientes, se producen cuando el esmalte del cobre ha quedado marcado y deteriorado sin que haya quedado en corto franco.
Aquí es necesario hacer una pausa para mencionar una ley física que Paschen trajo a nuestra atención. No habrá arco entre dos conductores, cuando el dieléctrico sea aire, a menos que estén presentes aproximadamente 400 Volts. A esto se le llama la Ley de Paschen. No importa que tan cercanos estén los conductores, sino hay presentes 400 volts no habrá arco. Con esta información es necesario aplicar alto voltaje a los motores eléctricos para encontrar fallas incipientes. Caso contrario encontraremos todas las fallas fijas pero no las incipientes.
El principio teórico de funcionamiento del ensayo es el siguiente: Asumamos que sobre una bobina de un motor eléctrico circula una corriente determinada. Esta corriente, viajando por una determinada cantidad de espiras, digamos 80, genera una inductancia determinada, digamos, para nuestro ejemplo, que esta fuese de 10 mili Henrios (mH). En un lugar de la bobina, debido a una debilidad de dielectrico, esta ocurriendo un arco que hce que la corriente se tome un “atajo”. Asi que ahora esta corriente en lugar de circular por 80 espiras, esta circulando por 68 espiras. Eliminando del camino 12 espiras. Esto hace que la inductancia, que antes era de 10 mH, ahora sea de, digamos 8 mH. Se redujo 2 mH. Entonces, la forma de onda que nosotros vemos en pantalla, en lugar de tener la forma original, ahora se ve con una amplitud colapsada y con un aumento de su frecuencia.
Ahora bien, de acuerdo a estudios realizados, el 80% de las fallas eléctricas de los motores eléctricos, comienzan con un arco entre espiras (arco es cuando los conductores están muy cerca pero no tocándose) y degeneran con arcos a masa o cortos entre espiras o a masa. Sin embargo la clave aqui es que comienzan con un arco entre espiras. El único ensayo que detecta este problema es el Surge de Alto voltaje. Anecdóticamente se debe aplicar, por diversas normas, la formula 2V+1000. Eso es el doble del voltaje de operación del motor, mas mil volts.
Existen diversas opiniones, infundadas, con respecto a la falta de inocuidad del Ensayo de Surge. Específicamente mucha gente, ya veremos, gusta de repetir que el Ensayo de Surge es destructivo. Ahora bien, también existe mucha gente que dice que comer melón con vino produce la muerte. La mejor forma de refutar esto es realizando un ensayo de Surge en un bobinado hasta perforar el dieléctrico e inmediatamente después hechar a andar el motor. Sin embargo existe un cúmulo de información que también ayuda a disipar este mito. Por ejemplo, tanto europeos como norteamericanos, no necesariamente los mas atrasados tecnológicamente hablando de los países en el mundo, insisten con diversas normas y estándares que hay que realizar este ensayo. Así por ejemplo los Europeos cuentan con la norma 600034-15 que especifica como voltaje menor a utilizar el 2V+1000 y los Norteamericanos utilizan la norma NEMA MG-1, la IEEE 522, la NFPA 70B y muchas otras para requerir esta norma. Haga click para ver sus portadas.
No solo esto pero también existe un estudio, de una empresa muy prestigiosa del sector que demuestra este mito. Este estudio fue publicado en una revista técnica del sector. Que haya sido publicado significa que un grupo independiente de ingenieros ha tenido que verificar la autenticidad de dicho estudio. Para este estudio se compro el motor de 50HP mas económico del mercado, asumiendo que el mas económico debería tener la peor calidad de aislamiento. Después de someter este motor a varios millones de impulsos de 2000 volts, se saco del banco de ensayos y se hecho a andar (en vacío). Acto seguido se lo sometió a varios millones de impulsos mas a 3000 volts. Se le hecho a andar sin inconvenientes, y así sucesivamente. Solo llegando a 7000 volts se logro perforar el dieléctrico, y solo después de haber perforado repetidamente el dieléctrico a 7000 volts; recordemos que este es un motor que opera a 440 volts, se quemo cuando se lo puso en marcha.
En latinoamerica hay un dicho que reza: “Los trapos sucios, se lavan en casa”. Entonces, si una acaba de hacer una reparación porque confiar en el destino que todo esta bien cuando uno puede realizar un ensayo que eliminaría la posibilidad de varios problemas. Resumiendo: si uno va al medico a hacerse un control de rutina, porque no hacerse una radiografía de tórax para estar seguros que no hay problemas?
