De acuerdo con las estadísticas de fallas, la segunda causa más común de fallas de los motores y generadores se debe a defectos del aislamiento del estator. Durante su vida de servicio, diversos factores de esfuerzo y envejecimiento dan lugar a la actividad de descargas parciales (DP), que puede causar defectos y la falla dieléctrica final del aislamiento del devanado del estator.
Se permite cierto nivel de DP en el aislamiento del estator de grandes máquinas rotatorias. Las mediciones sensibles de descargas parciales localizan los defectos potenciales antes de que se produzca una falla. Se utilizan algoritmos de supresión del ruido y separación de fuentes de DP para identificar y localizar con fiabilidad la actividad perjudicial de DP.
El monitoreo continuo o temporal de las DP proporciona información actualizada sobre el estado del aislamiento del estator en máquinas rotatorias durante su funcionamiento normal.
Por lo general, las correctas mediciones de descargas parciales en grandes generadores, presentan como resultados, la existencia no de una, sino de múltiples fuentes activas de degradación (lugares / defectos), todas ellas actuando en forma simultánea sobre la aislación de una misma máquina.
Cada una de estas fuentes de degradación, serán reconocidas o clasificadas por su propia “figura patrón”; pero en una maquina real, todos estos distintos patrones individuales – que representan unitariamente a cada defecto que posee, se superpondrán entre si, y quedarán ocultos tras un patrón resultante, mucho más complejo de identificar, y de más difícil interpretación.
Diagramas
En descargas parciales, y con el fin de llegar a un correcto diagnóstico de estado, todo profesional dedicado a realizar ensayos sobre grandes y modernas máquinas rotantes, tiene que ser capaz de discernir, clasificar e interpretar, todas y cada una de las distintas señales de “enfermedad” que la misma está presentando, lo cual no es tan simple de conseguir con una sola medición, y menos aún hoy en día, mediante el uso de instrumentos con tecnología básica o antigua, como por ejemplo los osciloscopios, y/ o mediante sus similares softwares del tipo PC Scope.
Medición de las Descargas Parciales
Cuanto antes sea establecida la actividad de las DP en un sistema de aislación de mica impregnada en resina, no solo señalará los problemas de aislación eléctrica, sino que también ayudará a identificar otros problemas del sistema de aislación, como el recalentamiento.
Por lo tanto, el monitoreo de las DP es una herramienta valiosa para mantener el buen funcionamiento del sistema de aislación.
Al finalizar una medición rutinaria de descargas parciales, surgen por lo general tres preguntas básicas:
- ¿Cuántos nano-Coulombs presentó la maquina?
- ¿Es eso mucho o poco?
- Entonces, ¿la máquina está bien, o está mal?
Pero muy pocos reparadores hacen las preguntas correctas y necesarias, para conocer el estado actual del motor y conocer si las mediciones son correctas.
Ejemplos de las mismas serían:
- ¿Cuál ha sido la frecuencia de repetición de las descargas ?
- ¿Qué patrones de descargas presentó y a qué tensiones de prueba ?
- ¿Qué mecanismos de degradación están afectando a la aislación en forma conjunta, y en qué etapa de avance se encuentran cada uno de ellos?
¿Por qué medir Descargas Parciales?
Principio: La mayoría de las fallas en generadores, son de naturaleza eléctrica, aun cuando las causas iniciales de las mismas no lo sean. Por ejemplo, el aflojamiento de cuñas (wedge lossnes), que por ende suele ser un problema de origen mecánico, puede dar lugar a la erosión de las capas semi-conductoras en el bobinado del estator (bus bar), causando descargas parciales en las ranuras, y finalmente una falla del tipo fase a tierra, o del tipo fase a fase. Otro ejemplo sería el efecto combinado de las vibraciones y la erosión eléctrica del aislamiento, que pueden dar lugar a una condición en donde la tensión nominal de la máquina, no podrá ser soportada (resistida) por el sistema aislante de las barras, momento en el que se producirá una falla. Pero, en todos los casos, los niveles de descargas parciales también podrán ser medidos en cada momento del proceso de degradación, el cual, en los generadores suele ser de una lenta evolución, y los resultados pueden ser utilizados para planificar el mantenimiento adecuado, o para decidir si es necesario llevar adelante una operación de rebobinado. Este es el valor real que debe aportar un informe de diagnóstico por descargas parciales, y es lo que realmente espera el contratante del mismo, o más aun, el dueño de la máquina.
Luego de la medición, el diagnóstico
Para la emisión de un correcto y “profesional” informe o protocolo de estado de una máquina rotante, por medio de la aplicación de las modernas técnicas de descargas parciales, se requiere básicamente de tres etapas complementarias:
- La detección: La detección de las señales de descargas parciales es relativamente simple. Se trataría primero de calibrar el sistema inyectando una señal patrón, y de medir luego el resultado numérico. Sin embargo, un resultado o lectura de la cantidad de descargas, expresado en unidades de nanocoulombs no ofrece ninguna conclusión de diagnóstico, es solo un valor de referencia. Lo necesario es la detección del patrón de descargas de una máquina; no se trata de un número, si no de una imagen o figura que contiene toda la información sobre todas la fuente activas de descargas que están afectando a un generador. Cada una de ellas con un grado de influencia, mayor o menor, pero todas ellas atacando al mismo tiempo la estabilidad eléctrica del sistema aislante. Este patrón de descargas, es el llamado patrón en fase resuelta, con grabación de punto a punto, el cual brinda un panorama general del estado eléctrico de la maquina, pero obviamente expresado en un lenguaje gráfico complejo, que luego debe ser descifrado.
- La interpretación de las señales obtenidas: La interpretación de las señales de descargas parciales, requiere de importantes conocimientos sobre la construcción del generador, el diseño y tipo de aislamiento, las técnicas de propagación y atenuación de las señales, modelos o patrones de estudio y de comparación, y en especial, de un instrumental que permita realizar complejas y completas mediciones, sumado a una buena comprensión de su uso. La etapa de interpretación consiste básicamente en la clasificación e identificación de los problemas que afectan a un generador, para lo cual se debe contar primero con los elementos suficientes para la captura de datos y registros de variables durante las mediciones. En forma redundante, lo importante en esta etapa, es la “interpretación” del patrón en fase resuelta.
- El diagnóstico de la condición del motor: El conocimiento sobre la condición exacta de un generador, basado en las mediciones de descargas parciales, se fundamenta en la “tasa de degradación propia” que posee cada mecanismo de degradación (tipo de defecto), la cantidad de cada uno de ellos (cantidad de cada tipo de defecto), sus niveles máximos aceptables, y en el tiempo acumulado para los que un generador podría llegar a estar expuesto a estos mecanismos, sin afectar o afectando su vida útil. Es por esto que se torna imprescindible el poder determinar todas estas variables. Los parámetros globales, tales como la amplitud máxima de las descargas (nC), o la corriente total aparente, pueden ser utilizados como indicadores preliminares, pero ellos por si solos, tienen una capacidad limitada para apoyar la identificación y los niveles de las fuentes activas de descargas dentro de una máquina. Cada tipo de descarga parcial (naturaleza /lugar de emisión), tiene su propia “tasa” de degradación de la maquina que la posee, y su propio nivel crítico. Antes de que uno pueda establecer estos niveles o tasas de degradación, que deben necesariamente incluirse en la tercera etapa del proceso global de diagnóstico, un especialista debe primero tener que distinguir y reconocer, cada tipo de defecto presente en una misma medición, para estudiarlos por separado Esta identificación de todas las fuentes productoras de descargas parciales en una misma maquina, es la principal y necesaria herramienta para la emisión de un protocolo de diagnóstico. – 4 – Palabras tan frecuentes y ligeramente usadas como: “la experiencia indica”, empleadas en un informe de diagnóstico, para indicar si un parámetro de “xx nano-coulomb es crítico o aceptable, no tienen cabida ni sustento ante el avance actual de la tecnología, y menos aun, si este parámetro es tomado con un osciloscopio común de mercado. Las conclusiones de un diagnóstico deben estar basadas en normativas vigentes, al igual que los fallos judiciales lo hacen amparados en las leyes, y no en la supuesta experiencia de quien sabe quien.
Visualización
La visualización de una actividad de DP, es uno de los aspectos más importantes para guiar y permitir al especialista, el efectuar un análisis de dicha actividad, y para poder estimar su riesgo potencial (diagnóstico). La tradicional y antigua visualización de las descargas, en una pantalla de osciloscopio, ofrece una clara información de su posición con respecto a la fase, pero no permite detallar sobre la estructura interna de la actividad, o sobre la persistencia de una determinada actividad de DP. Por lo tanto, y dado el carácter evolutivo y cambiante de la actividad de descargas, tanto en el tiempo, como en función de la tensión de prueba, si no se poseyera un sistema de registro o de grabación punto a punto del “cambiante” fenómeno durante la duración de un ensayo, cualquier diagnostico que se intente emitir, obtenido a través de una pantalla de osciloscopio, por más esfuerzo que se haga, no podrá ser muy relevante, seguro, ni fundamentado.
Dado que la información presentada en la pantalla de un osciloscopio es solamente del tipo instantánea (puntual), y dado que los efectos de las descargas parciales son por el contrario, del tipo variable (cambiantes en todo momento, y en el orden de los nano-segundos), IEEE1434-2000 define con buen criterio, que la información expresada en fase resuelta, correspondería de alguna manera, a la sumatoria digitalizada de toda la información presente en la pantalla de un osciloscopio, pero a lo largo de todo el tiempo de ensayo.
Esto significa poder ver la totalidad del evento, que es en definitiva lo que se busca durante un análisis o diagnóstico.
