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Pruebas eléctricas estáticas para un mantenimiento predictivo eficaz

Publicado en www.skflam.com

El sistema de aislamiento de una máquina rotativa es la parte más susceptible al envejecimiento y a sufrir desperfectos, afectando su vida útil. Realizando un mantenimiento predictivo eficaz, se pueden reducir paradas no programadas en producción, disminuir gastos innecesarios de mantenimiento, utilizar eficazmente la energía suministrada en el motor y asegurar el óptimo trabajo de las máquinas

El envejecimiento del sistema de aislamiento de una máquina es causado por esfuerzos térmicos, eléctricos, mecánicos y ambientales, produciendo roturas de los aislantes y conduciendo a cortocircuitos. Recordemos que un sistema de aislamiento típico en máquinas eléctricas rotativas consiste en el aislamiento a tierra o a masa, entre fases, entre bobinados de una misma fase o fases diferentes, y entre espiras de una o más bobinas.

 

Usualmente, los que realizan mantenimiento predictivo en los sistemas aislantes de máquinas rotativas utilizan pruebas eléctricas como herramientas de diagnóstico, sin embargo los ingenieros y técnicos se preguntan frecuentemente:

¿Que herramienta puede diagnosticar un problema específico del aislamiento?


¿Que relación existe entre una prueba y un cierto tipo específico de falla?


¿Las herramientas que utilizo como diagnóstico son suficientes?


Fallas en máquinas rotativas

Las pruebas eléctricas estáticas se realizan para evaluar el sistema de rigidez dieléctrica e integridad del aislamiento del motor a tierra y el potencial cobre a cobre con el motor desconectado, pero para ello hay que simular los niveles de voltajes similares a aquellos encontrados en su ambiente normal de trabajo, es decir, similares a los voltajes cuando el motor se encuentra conectado y con carga. Por ejemplo, en un motor de 480 Voltios, luego de terminar su fabricación, el sistema de aislamiento a tierra puede soportar pruebas de aislamiento de hasta 30 KV, y el sistema de aislamiento entre espiras de hasta 8 KV. Con el paso del tiempo, estos aislamientos envejecen por el trabajo natural, pero existen agentes externos que pueden acelerar su degradación como contaminación química, polvo, humedad, esfuerzos mecánicos, etc. (Fig. 1).

Durante el arranque o paradas de un motor o el uso de variadores de velocidad, se presentan transitorios en micro-segundos que pueden llegar hasta un promedio de 2000 V. (para el ejemplo del motor de 480V.). Las Normas IEEE-95 [1] e IEEE-422 [2] mencionan las ecuaciones de cálculos para hallar este voltaje.

Figura 1

Estándar EASA AR-100

El estándar EASA AR-100 2010 [3] contiene las prácticas recomendadas para las pruebas eléctricas estáticas de máquinas eléctricas rotativas. EASA es una organización internacional ubicada en St. Louis Missouri, USA, con más de 1,900 empresas de servicios y ventas en su asociación, y con presencia en más de 59 países en el mundo. Esta organización mantiene información de las últimas tecnologías y pruebas aplicadas a máquinas eléctricas rotativas. Una de las pruebas estáticas que menciona la sección 4 del Estándar AR-100 es la de Impulso o Surge que se describirá a continuación.

 

Ensayo de Impulso o Surge

El aislamiento entre espiras de una bobina o entre bobinas en una máquina rotativa es el punto más débil en donde puede generarse una falla de aislamiento en el motor. La prueba de impulso nos ayuda a determinar si se están presentando arcos eléctricos entre las espiras debido a un debilitamiento de su aislamiento. Estos arcos eléctricos aceleran el deterioro del aislamiento y producirán una falla inminente en la máquina. La idea del mantenimiento predictivo es la de hallar el arco eléctrico antes que este termine en una falla del motor. La prueba consiste en aplicar corrientes de impulso que generan ondas sinusoidales amortiguadas, y que deberán contrastarse al incrementarse el voltaje, entre las 3 fases o independientemente. Una distorsión de la onda nos indicará la existencia de un arco eléctrico. La Figura 5 nos muestra el punto de inicio de un arco eléctrico en un motor de 480 Voltios.

Figura 5

 

Las figuras 6, 7 y 8 muestran las tres ondas obtenidas en las 3 fases de un motor de 380 V (la prueba se recomienda realizarla a dos veces el voltaje de placa del motor más 1,000 voltios). En el ejemplo, se realizó la prueba gradualmente hasta llegar a 1,760V. La fase 1 (Fig. 6) y la fase 2 (Fig. 7) mostraron estabilidad en las ondas. La fase 3 mostró inestabilidad a 1000 voltios, momento en donde se paró la prueba.

 

Figura 6

Figura 7

Finalmente, se debe señalar que las pruebas estáticas recomendadas por el Estándar EASA AR-100 [3], y sustentadas por los Estándares IEEE 43 [4], 95 [1], 432 [5], y 522 [2] son una herramienta fundamental no sólo para un aseguramiento de calidad al recibir una máquina eléctrica rotativa nueva o reparada, si no también para un mantenimiento predictivo eficaz.