IEEE 95 – HiPot *
Las prácticas que aquí se recomiendan tienen como objetivo el aplicarse a bobinados de estatores de motores AC de 2300 V o más alto. Estas prácticas en si edifican métodos uniformes para el testeo de aislamiento con alto voltaje directo. Estas prácticas también abarcan testeos de aceptación de nuevo equipo en la planta o en el campo una vez instalado, además de testaos de rutina para maquinas que han estado en servicio.
* HiPot = High Potential o Alto Potencial
El propósito de estas prácticas puede ser mejor explicado a partir de estos 3 objetivos.
1. Proveer de procedimientos uniformes para realizar testeos de aceptación de HiPot DC y, para realizar testeos rutinarios de mantenimiento en el principal terreno de aislamiento de los bobinados de máquinas eléctricas AC.
2. Para que la condición de aislamiento sea mejor abordada, para que sea más efectivamente evaluada, se provee de una guía de análisis de variaciones de la corriente medida vs el voltaje aplicado.
3. Comparar el testeo de HiPot DC con el testeo de HiPot AC.
Aplicaciones y limitaciones
Con respecto a los lugares o situaciones en las que es posible realizar los testeos, el mismo puede ser llevado adelante en la fábrica, en el campo durante la instalación, después de una perturbación o después de que se haya extendido su vida útil, y/o de manera rutinaria durante la vida de la maquina.
Es importante establecer que el aislamiento del bobinado tenga una mínima fuerza eléctrica, para asegurarnos de esto, generalmente son realizados testeos de aceptación de alto voltaje-directo. Debido a que la fuerza eléctrica inherente del aislamiento sonoro está muy por encima del valor de prueba de calidad usual, las fallas durante los testeos de aceptación a un voltaje apropiado indican que el aislamiento no es adecuado para servicio.
Podemos ver la eficiencia de los test de HiPot DC controlados y su particular importancia en contraposición con los test de aceptación tipo-prueba, en hechos tales como que ofrecen ciertas ventajas. Las variaciones en la corriente versus voltaje aplicado puede ser útil en el diagnostico de ciertos defectos de aislamiento y modos de deterioro, y esto es posibilitado por la observación de corriente medida durante la aplicación controlada de voltaje. Además, test de sobretensión controlada pueden tener la capacidad de detectar problemas de aislamiento inminente, mediante el reconocimiento de anormalidades en la respuesta de corriente medida, permitiendo entonces, que el test puede descontinuarse antes de la falla en el aislamiento.
A continuación mencionaremos los problemas de aislamiento que podrían ser detectados por parte de los test de voltaje-directo controlado.
– Grietas o fisuras
– Contaminación de superficie
– Resina no curada
– Absorción de humedad
– De laminación
– Vacíos
Lo cierto es que a través de los medios de los HiPot de DC, ha habido limitada experiencia en la detección de delaminacion y vacíos.
A continuación mencionaremos las razones por las que los test de HiPot DC podrían ser preferidos por sobre los test de HiPot AC:
1. En el caso de que el aislamiento se deteriore durante el testeo, el test de voltaje-directo se encontrara en condiciones de provocar menor daño, debido a que la capacidad del suministro del test es pequeña y la energía de descargar de la falla es en gran parte almacenada en la capacitancia del devanado bajo prueba.
2. Menores descargas parciales ocurren durante un test de HiPot DC en comparación con los test de HiPot AC, por lo que hay un menor daño al aislamiento gracias al test de DC.
3. La unidad de suministro para el voltaje directo es relativamente menor y ligero, haciéndolo adecuado para transporte a la mayoría de los campos.
4. Las sobretensiones ocurren en el devanado del estator son generalmente de una naturaleza de oleada que parecen correlacionarse mejor con tensiones de voltaje-directo que con tensiones de voltaje-alternante.
5. Se puede conocer el ritmo de deterioro del sistema de aislamiento, mediante la comparación de resultados de tests con resultados previos realizados en la misma máquina.
6. Es posible obtener información importante acerca de los defectos de aislamiento y modos de deterioro a través de variaciones en corriente medida versus voltaje aplicado.
Precauciones de seguridad requeridas para test de HiPot DC.
Advertencia
Debido al alto voltaje usado, los test dieléctricos deben ser conducidos por personal experimentado y se deberían tomar precauciones de seguridad adecuadas para evitar que el personal resulte herido y que se dañe propiedad.
Por razones de precaución, las barreras deben estar en su lugar para restringir el acceso al área de testeo y a la maquina bajo testeo, antes de realizar cualquier test de alto voltaje. La razón de esta medida es de seguridad es evitar que el personal entre en contacto inadvertidamente con equipo energizado.
Resulta de critica importancia que el personal se encuentre advertido que la aplicación de alto voltaje-directo resulta en un almacenamiento de carga en la capacitancia del devanado bajo testo. Es importante tener esto en cuenta ya que, el des-energizar la fuente del test no des-energizará inmediatamente el devanado. La carga almacenada podría ser peligrosa para el equipo y/o personal. El personal no debe utilizar los devanados que han sido testeados con voltaje directo hasta que hayan sido totalmente descargados y sólidamente conectados a tierra.
Los objetos sin conexión a tierra en las inmediaciones del devanado bajo testeo deberían estar sólidamente conectados a tierra para prevenir voltajes inducidos
El devanado del estator debería ser considerado adecuado para testeo de alto voltaje, antes de realizar un test de alto voltaje-directo. La resistencia del aislamiento y el índice de polarización deberían estar en o por encima de los valores especificados en IEEE Std 43-2000.
Una máquina no debería ponerse en servicio luego de que un test de alto voltaje directo, hasta que el devanado haya sido conectado a tierra por un apropiado periodo de tiempo. En el caso de que un test de alto voltaje-alternante le siguiese a un test de alto voltaje-directo, se aconseja duplicar el tiempo de conexión a tierra, para que, de esta manera, la carga absorbida no contribuya a fallas de aislamiento durante el subsecuente test de voltaje-alternante. Esto puede ocurrir si el voltaje directo residual, superpuesto en el voltaje alternante pico, excede la fuerza eléctrica del asilamiento.
Factores que influyen
Los factores que afectan la condición del devanado deberían ser evaluados antes de realizar un test de alto voltaje-directo.
- Temperatura
Un test de voltaje-directo debería ser realizado en temperaturas de devanado iguales o menores a 40 ºC, a menos que se acuerde de otra manera entre el usuario y el fabricante.
La temperatura resulta esencial para realizar mediciones de corrientes que resulten precisas y comparables. Esto es así, debido al hecho de que la resistencia de aislamiento y la absorción dieléctrica varían con la temperatura. Las temperaturas cercanas a ambiente son preferidas.De otra manera, los valores de resistencia medidos deben ser normalizados antes de la comparación
- Humedad Relativa
La corriente de conducción de superficie sobre los devanados finales, aislantes de apoyo etc., se ven incrementados cuando yacen bajo las condiciones de alta humedad, en particular si hay presente contaminación conductiva. La realidad nos muestra que resulta difícil mantener una humedad estándar para la correlación de medidas de corriente en sucesivos tests, y es por esto que algunos usuarios prefieren mantener los devanados secos mediante el mantenimiento de la temperatura del devanado ligeramente por encima de ambiente. Cuando una máquina se desocupa por periodos extendidos de tiempo, podría ser calentada para prevenir condensación y/o absorción de humedad.
Los test de alto voltaje-directo resultan más válidos y eficientes en su razón de ser, cuando se los realiza bajo condiciones de humedad similares a aquellas en las que operará la máquina – ya que esto nos acerca mucho más a las condiciones que eventualmente la máquina hará frente – . Cuando se encuentre en servicio la máquina generalmente operará por encima del punto de rocío. De cualquier manera, en el caso de que se sospeche de la existencia de grietas y/o fisuras en la pared de aislamiento, podría resultar conveniente llevar a cabo los testeos bajo condiciones de alta humedad ambiental y bajas temperaturas de devanado para, de esta manera, estimular el ingreso de humedad de en las fisuras y grietas, pudiendo así, identificarlas.
- Contaminación de Superficie
Durante los test de voltaje-directo nos podemos encontrar con un incremento – indeseable – de corriente de conducción de superficie. Esta es causada por la combinación de dos elementos: contaminantes por un lado (aceite, carbono, polvo de frenos, insectos, etc.) y humedad por el otro. Siendo más fácticos respecto a las consecuencias, podemos decir que la contaminación puede incrementar la tensión de voltaje en devanados finales, especialmente si hay humedad presente.
El devanado puede ser limpiado antes del testeo si se considera que, una condición de limpieza es el estándar sobre el cual las medidas de los tests precedentes y subsecuentes serán comparadas.
El devanado debería ser limpiado antes del testeo en vista de la posibilidad de una descarga producto de contaminación aceitosa o inflamable.
Los devanados deberían ser limpiados si contaminantes causasen que la resistencia del aislamiento cayera por debajo del valor recomendado en el IEEE Std 43-2000.
Quizás se deba considerar testear ambos antes de la limpieza, para una detección más fácil de incipientes fallas y una identificación de las reparaciones requeridas durante el tiempo fuera de servicio, y de nuevo después de la limpieza y secado y cualquier otro tipo de trabajo, para una garantía definitiva de aptitud para el servicio.
- Resinas sin curar y otros revestimientos
Debemos cerciorarnos que las resinas de revestimiento y unión estén completamente secas y curadas antes de que los tests sean llevados adelante, de esta manera evitaremos escenarios tales como la existencia de corrientes de alta conducción durante tests de voltaje-directo, causadas por ciertas resinas sin curar, barnices y otros revestimientos. A pesar de los esfuerzos de curar las resinas antes de testear, corrientes anómalas versus curvas de voltaje han sido reportadas durante tests de sobretensión controlados. Después de un número de meses estas señales usualmente desaparecen.
- Disposición del Motor
El devanado del estator puede ser testeado con o sin el rotor en lugar. De cualquier manera, si el rotor será movido por otras razones, podría ser preferente realizar el test después de que el rotor ha sido removido para permitir una mejor observación del devanado del estator durante el test.
Máquinas refrigeradas por gas (Gas-cooled Machines)
- Máquinas refrigeradas por aire (Air-cooled Machines)
Tiempo fuera de servicio, temperatura y humedad son importantes factores cuando se hace mediciones usando altos voltaje-directos debido a que, estos factores influencian la condensación de humedad en la superficie y absorción por el aislamiento.
- Máquinas refrigeradas por Hidrógeno (Hydrogen-cooled Machines)
Las máquinas refrigeradas por hidrogeno pueden ser testeadas en ambientes de aire, hidrógeno y dióxido de carbono. Durante el test, deberían ser mantenidos presiones adecuadas de dióxido de carbono e hidrógeno para asegurar la efectividad de considerable distancias. Si el test está siendo realizado para propósitos contractuales, se debería llegar a un acuerdo entre las partes implicadas a cerca del tipo de gas y presión. Para propósitos comparativos, los test deberían ser realizados con el mismo gas a la misma presión de gas.
Máquinas refrigeradas por líquido (Gas-cooled Machines)
- Devanados refrigerados por agua (Water-cooled Windins)
Si una fuente de energía estuviera disponible con la suficiente capacidad para energizar el devanado, la corriente de conducción dibujada por las mangueras sería tan alta como para enmascarar cualquier camino de conducción en la pared de aislamiento del estator. De cualquier manera, el test seguiría siendo válido para propósitos de prueba (hipot).
Para evitar un impacto eléctrico cuando se testea devanados refrigerados por agua, un procedimiento común es drenar y secar completamente la parte interna de las mangueras de aislamiento, en concordancia con las recomendaciones del fabricante. Alternativamente, las mangueras o conexiones de agua deben ser retiradas antes del test.
Con el objetivo de evitar huevos recalentados de agua estancada, algunos usuarios y fabricantes prefieren que el agua de la conductividad apropiada circule en un caudal nominal durante el test. En este escenario, nos encontramos con que el test requerirá de una capacidad de corriente adicional. Algunos usuarios testean con 50 Hz o 60 Hz de voltaje o posiblemente 0.1 Hz de voltaje para evitar los problemas mencionados.
En algunos casos, el fabricante del devanado ha proveído un encabezamiento de agua aislado tal que el encabezamiento de agua y el devanado están al mismo voltaje durante el test, y de esta manera, se evita tensión eléctrica en las mangueras.
- Devanados refrigerados por aceite (Oil-cooled Windings)
Cuando hablamos de maquinas refrigeradas por aceite, lo cierto es que el aceite dieléctrico forma un circuito con el aislamiento del devanado. El procedimiento normal es mantener el aceite refrigerante circulando a través del devanado y las mangueras durante el testeo. Un devanado refrigerado por aceite debería ser testeado de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
Voltaje de test para testeo de pruebas de mantenimiento
Para equipo que ha estado en servicio, el voltaje de test puede depender del tipo y de la condición del aislamiento, del historial del equipo, de la confiabilidad del servicio deseada, etc. Por lo general, un test de voltaje alternante de 125 a 150 por ciento de voltaje línea-a-línea rms nominal (E) ha probado ser adecuado. Esto es aproximadamente igual a 65 a 75 por ciento de 2E + 1000 V, dependiendo del voltaje nominal del equipo a ser testeado. El valor del test de voltaje-directo para tests de mantenimiento es 1.7 veces el valor del test de mantenimiento (50 Hz o 60 Hz) de voltaje alternante (rms).
El voltaje de test para testeo de pruebas de mantenimiento bajo condiciones especiales de edad del aislamiento, daño, o en luz de otras consideraciones puede requerir variaciones del rango indicado. Cuando nos encontramos con estas circunstancias, es recomendable consultar al fabricante del equipo original.
- Descarga y conexión a tierra
Luego de completar el test de alto voltaje-directo, el control de voltaje de salida del suministro del test debería ser reducido a cero. Debe ser reconocido, de todas maneras, que eliminar la fuente del test no quitará la carga guardada del bobinado. El bobinado no está seguro hasta que ha sido completamente descargado o sólidamente conectado a tierra. A menos que el bobinado esté apropiadamente descargado y conectado a tierra, debería considerarse peligroso y no debe ser operado por personal. El peligro existe por un indeterminado periodo de tiempo.
Después de que el control de voltaje de suministro haya sido reducido a cero, se debería permitir que el voltaje espécimen decaiga a la mitad del valor a través de la resistencia de las series del equipo del test (por ejemplo: la resistencia de series asociadas con el voltímetro). El bobinado entonces debería ser descargado a tierra a través de un apropiado resistor de descarga, que por lo regular es provista junto con el suministro de prueba de voltaje directo. Una vez que la conexión de tierra ha sido totalmente y el voltaje ha sido reducido a cero, el bobinado debería estar sólidamente conectado a tierra.
La conexión a tierra debería mantenerse en el lugar hasta que la carga absorbida se haya disipado completamente. Esto podría requerir de varias horas, dependiendo de las características dieléctricas y de su condición, del tamaño del bobinado, la duración del test, y de la magnitud del voltaje aplicado. Si la conexión a tierra es quitada antes de el suficiente tiempo haya transcurrido, un voltaje de recuperación podría acumularse lo que, por un lado, puede ser peligroso para el personal que podría tocar el bobinado, y por otro lado podría dañar el aislamiento si se colocase en servicio y si se lo sometiera a sucesivos tests.
La disipación de carga absorbida residual no puede ser acelerada aplicando un voltaje alternante o un voltaje directo de polaridad opuesta desde el voltaje del test. Excesivos gradientes de voltaje interno podrían introducirse a lo largo del aislamiento del bobinado si alguna de estas técnicas es intentada.
Generalmente, un tiempo mínimo de conexión a tierra de 2 horas o de 4 veces la duración del test de voltaje-directo, cualquiera sea mayor, es recomendado para asegurarse de que ninguna energía de importancia queda guardada en el bobinado. Para máquinas pequeñas, un periodo menor de tiempo podría ser aceptable, pero el usuario debería estar satisfecho de ningún peligro de seguridad existe.
- Resultados de Tests
Los tests de prueba de aceptación y de mantenimiento son conducidos en base a la resistencia. Si no observa evidencia de peligro o falla de aislamiento al finalizar el tiempo total de aplicación de voltaje, se considera que el bobinado ha pasado el test.
- Falla de Aislamiento
Una falla o deterioro en el aislamiento eléctrico es usualmente indicado por una aguda descarga capacitiva en el lugar de la falla. Existen ocasiones, de todas maneras, en las que fallas o fallas parciales son indicadas por un cambio grande y anormal en la corriente medida o por comportamiento errático de la corriente medida.
No asuma que un bobinado fallado ha sido completamente descargado. Asegúrese de que el bobinado ha sido completamente descargado y conectado a tierra, como se describe en el punto Descarga y Conexión a Tierra, antes de ser operado por el personal o antes de que voltaje sea aplicado.
