Protocolos de Prueba de Equipos Electricos

 

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular Para la Educación Universitaria Instituto Universitario de Tecnología Agro-Industrial Programa Nacional de Formación Ingeniería Eléctrica

PROTOCOLOS DE PRUEBA DE EQUIPOS ELECTRICOS TALLER DE TECNOLOGIA IV, V, VI

Autores: Araque Wilmar  Pérez Antonio Sánchez Mauricio SEN02A Facilitador: Ing. Alberto Aguilera San Cristóbal 2016

 

Introducción Los equipos eléctricos tienen una vida útil determinada, la cual está definida por una serie de factores como calidad de los materiales utilizados en la construcción del Equipo, calidad de la construcción del equipo, manejo del equipo durante el transporte e instalación, régimen de operación del equipo, mantenimiento del Equipo durante su vida útil. Las pruebas de los equipos eléctricos están basadas en normas Internacionales (ANSI, IEEE, IEC, etc) y en la experiencia del personal que por años ha mantenido el sistema eléctrico. Estas pruebas tienen como fin verificar las condiciones en que se encuentran los equipos en la subestación con el fin de poder garantizar la confiabilidad y continuidad del servicio eléctrico.

Un diagnóstico acertado de la condición de los equipos eléctricos es de suma importancia, para esto se realizan diferentes pruebas buscando que estas reflejen de manera acertada el grado de deterioro que ha sido objeto el equipo. Al momento de iniciar el funcionamiento, ya sea antes de ponerlo en marcha por primera vez, después de ha hace cerr una re repa parac ració ión, n, o despué despuéss de da darl rlee mant manten enim imie ient nto, o, se re real aliz izan an prueb pruebas as  pertinentes, estas para determinar si estos pueden soportar los esfuerzos mecánicos y eléctricos a que son sometidos, o comprobar si el equipo ha sufrido algún tipo de cambio durante su funcionamiento o manipulación que puedan llevar a una falla. Medir la resi resist stenc encia ia de ai aisl slam amie ient ntoo y la re resi sist sten enci ciaa de dell si sist stem emaa de ti tierr erraa y conti continui nuidad dad de conexiones son pruebas básicas.

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Estas serie de pruebas tienen el objetivo de verificar el estado eléctrico y dieléctrico de un equipo o instalación, puesto que la mayoría de los incidentes o daños a equipos eléctricos son ocasionados por fallas eléctricas que podrían ser detectadas. En la industria, lo más importante es la continuidad del servicio de energía eléctrica, ya que de eso depende el proceso de producción; por ello, es importante asegurar que los equipos e instalaciones eléctricas estén en óptimas condiciones. Es indispensable que se realicen pruebas y se dé el mantenimiento correspondiente.

Las pruebas realizadas a un equipo eléctrico tiene sus protocolos para cada tipo de prueba, los mismos deben de ser regulados por las normas respectivas y también  puede ser facilitados por los manuales de d e servicio de cada equipo en cuestión.

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Índice Pág. Tipos de Prueba……………………………………… Prueba………………………………………………………………… ………………………………… ……… 5 Pruebas Prototipo…………………………………………………………….…. 5 Pruebas de Fabrica…………………………… Fabrica………………………………..………………………… …..…………………………….. ….. 5 Pruebas de aceptación ………………………… ……………………………………………………… ……………………………….. ….. 6 Pruebas de Mantenimiento………………… Mantenimiento……………………………………………… …………………………………... ……... 6 Pruebas con corriente directa o corriente alterna ………………… ……………………………… …………… 7 Métodos de Prueba ………………………….…………… ………………………….………………………………………… …………………………….. 8 Pruebas de Corriente Continua …………… ……………………………………… …………………………...………. ...………. 8 Pruebas de Corriente Alterna.. …………… ………………………………………… ……………………………………. ………. 9 Pruebas destructivas..………………..…………………………….……..…….. 9 Pruebas no destructivas….………………………… destructivas….……………………………………….…………… …………….…………… 10 Comportamiento de un material al aislante ante la incidencia de un campo eléctrico……………………………………………………..……………………….... 10 Corriente de Fuga Superficial………………………………………….……… Superficial………………………………………….……… 10 Corriente de Absorción Abs orción Dieléctrica………………………………….………… Dieléctrica………………………………….………… 10 Corriente de Descarga Parcial:............................................................................ 11 Corriente Capacitiva de Carga…………………………………………………..11 Carga…………………………………………………..11 Pruebas de Corriente Continua de Equipos Eléctricos Mayores ……………………….12 Pruebas en Corriente Continua en Aislamiento Sólido………………………....12 Pruebas en Corriente Alterna de Equipos Eléctricos Mayores………………….15 Equipos Eléctricos a probar probar………………………… ………………………………………….………… ……………….……………….....16 …….....16 Pruebas Básicas…………………………… Básicas……………………………………...…………………… ………...……………………………….....16 ………….....16 Métodos y procedimientos pro cedimientos de prueb pruebas…………………………… as……………………………………………….....17 ………………….....17 Pruebas Confiables…………………………… Confiables……………………………………………………..…… ………………………..…………….....17 ……….....17 Medidas Básicas de Seguridad………………………….…………………… Seguridad………………………….………………………………18 …………18

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TIPOS DE PRUEBA

Las pruebas eléctricas se clasifican según el momento y lugar donde éstas se realicen. Por tanto existen pruebas de fábrica, pruebas de aceptación, pruebas de mantenimiento planificado y pruebas especiales de mantenimiento. Existen varias pruebas eléctricas que se denominan con relación al lugar o la finalidad de las mismas, las cuales mencionamos a continuación: Pruebas prototipo. Son aquéllas que se realizan a diseños nuevos, con la finalidad de verificar si se cumple con las especificaciones y normas que apliquen, según sea el caso, considerando la evaluación de los materiales utilizados, así como los criterios de diseño. Pruebas de fábrica. Tienen como objetivo verificar las características, condiciones de operación y la calidad de fabricación del equipo antes de ser entregados al cliente. Pueden ser supervisadas por este. Éstas se realizan como rutina, por parte del área de control de calidad, conforme a los métodos establecidos en las normas aplicables. Tienen el objetivo de verificar las características del equipo, sus condiciones de operación y la calidad de la fabricación antes de ser entregados al cliente. Estas  pruebas pueden ser atestiguadas por el cliente.

Figura 1. Pruebas de fábrica a transformador de potencia

 

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Pruebas de aceptación. Son conocidas como las pruebas de las pruebas. Se realizan sobre equipos nuevos, después de ser instalados y antes de ser energizados, también se debe efectuar en todo equipo que ha sido intervenido para realizar reparaciones mayores. Tienen como objetivo lo siguiente: 

Verificar que el equipo cumple con lo especificado.

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Establecer referencias para pruebas futuras.



Determinar si la instalación del equipo es la correcta. Se realizan a todo equipo nuevo y reparado para verificar que no ha sufrido algún

desperfecto en el traslado, que cumple con las especificaciones y que se ha realizado la correcta instalación. También se realizan para establecer referencias para pruebas futuras. Estas pruebas se realizan previamente a la puesta en servicio.

Figura 2. Prueba de aceptación. Resistencia de aislamiento a transformador de distribución.

Pruebas de mantenimiento. Se ejecuta en intervalos regulares durante la vida útil del equipo. Su objetivo consiste en verificar si un equipo se encuentra en condiciones de operación adecuadas y detectar a tiempo fallas que pudieran afectar esta situación. Se realizan periódicamente durante toda la vida del equipo, con el propósito de verificar si el equipo se encuentra en condiciones de operación satisfactorias y detectar fallas de manera oportuna, antes de que se convierta en un problema grave (ver figura 3).

 

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Se realizan cuando existen sospechas de que un equipo se halla en problemas o cuando dicho equipo se ha sometido a condiciones de trabajo extremas.

Figura 3. Pruebas de mantenimiento a transformador 

Pruebas con corriente directa o corriente alterna. Las pruebas se realizan con corriente directa o con corriente alterna, dependiendo de lo que se desea simular o valorar. En términos generales, el principio básico de las pruebas obedece a la Ley de Ohm. Por ejemplo: la prueba de resistencia de aislamiento. En ella, el instrumento inyecta una tensión eléctrica (volts), el cual mide una corriente de fuga (micro-amperes) y la expresa en resistencia (megohms): R=V/I

Entre los instrumentos de medición que operan con corriente directa, se encuentran: medidor de resistencia de aislamiento (megóhmetro), probador de potencial aplicado (hi-pot) y medidor de resistencia (óhmetro). Las pruebas con corriente alterna, en términos generales, producen esfuerzos eléctricos similares a las condiciones reales de operación de los equipos, como las  pruebas de factor de disipación, pruebas pr uebas de relación de transformación, rreactancia eactancia de dispersión, resistencia a tierra y potencial aplicado a frecuencia nominal o a baja frecuencia.

 

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METODOS DE PRUEBA: Existen pruebas para equipos con aislamiento sólido y pruebas para equipos con otro tipo de aislamiento (líquido, gaseoso o sólido - líquido). Estas pruebas pueden ser realizadas en corriente continua o en corriente alterna. Las pruebas pueden también catalogarse como pruebas destructivas y pruebas no destructivas.

Pruebas de Corriente Continua: Como su nombre lo indica, son pruebas que se realizan con DC. Entre estas  pruebas se pueden mencionar: Pruebas Pr uebas de alto potencial, pruebas de resistencia de aislamiento, pruebas de resistencia de contacto o de bobinas, etc. Ventajas 

Los esfuerzos eléctricos en corriente continua son considerados menos dañinos que los correspondientes a corriente alterna. (No existe inversión de polaridad).

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El tiempo de prueba con señales DC no es tan crítico como en el caso del tiempo de pruebas con señales AC. La prueba puede ejecutarse progresivamente de forma tal que cualquier variación súbita de la corriente de fuga (parámetro típico de monitoreo), pudiera indicar un debilitamiento del aislamiento del equipo sin terminar de dañar o hacer colapsar el mismo.

Desventajas 

La distribución de esfuerzos eléctricos en máquinas eléctricas sometidas a señales de prueba en corriente continua, son diferentes a los existentes cuando se aplica corriente alterna.

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Los equipos operan con corriente alterna.

 

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La carga residual remanente, luego de una prueba en DC puede causar daño al operador. Por lo que el equipo bajo prueba debe ser descargado al finalizar la  prueba. Los efectos de polarización, magnetización del núcleo, etc. Deben ser considerados.

Pruebas de Corriente Alterna: Son pruebas que con excepción a la de alto potencial AC, producen esfuerzos eléctricos similares a los existentes bajo condiciones de operación del equipo. Entre este tipo de pruebas podemos mencionar: Pruebas de Alto Potencial AC, pruebas de factor de  potencia, pruebas de relación de transformación trans formación y pruebas de análisis de respuesta re spuesta en frecuencia. Ventajas 

 No queda carga residual luego de efectuar ef ectuar la prueba. El equipo bajo prueba no queda polarizado ni magnetizado.

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Permite verificar el aislamiento utilizando una señal similar a la utilizada cuando el equipo se encuentra en operación.

Desventajas 

Algunas pruebas en corriente alterna como Hi Pot AC y VLF pudieran ser destructivas.

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 El tiempo de aplicación de la tensión puede ser crítico.

Las pruebas destructivas: Son unas pruebas tipo Pasa “o” no Pasa, es decir, una prueba que permite indicar si el equipo está bien o mal. En este tipo de prueba se incrementa la tensión hasta un valor determinado, el equipo debe soportar esta tensión por un tiempo específico. Si el equipo

 

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soporta la tensión de prueba durante el tiempo de inyección, el equipo pasa la prueba, si no el equipo fallará. Las pruebas no destructivas: Generalmente se efectúan a niveles de tensión bajos donde el equipo bajo prueba rara vez colapsa.

COMPORTAMIENTO DE UN MATERIAL AISLANTE ANTE LA INCIDENCIA DE UN CAMPO ELECTRICO DC. En teoría, un material aislante no debería dejar conducir ningún tipo de corriente eléctrica. En la práctica, existe una pequeña corriente que circula por el material aislante que posee los siguientes componentes: 

Corriente de Fuga Superficial: Es aquella que aparece como consecuencia de la conducción existente en la superficie del aislamiento. Esta corriente circula por varias razones entre las que podemos mencionar: La contaminación en la superficie aislante y humedad en la superficie del material.

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Corriente de Absorción Dieléctrica: Corriente que aparece como consecuencia del proceso de polarización del material aislante (orientación de cargas en el sentido del campo eléctrico). Este fenómeno disminuye a medida que disminuye el desplazamiento interno de cargas. La corriente de absorción dieléctrica viene dada por: Ia = V*C*D*T-n donde: Ia: Corriente de Absorción dieléctrica. V: Tensión de Prueba en Kilovoltios. C: Capacitancia del equipo bajo prueba, en microfaradios. D: Constante de Proporcionalidad, T: Tiempo en Segundos. n: Constante.

 

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Corriente de Descarga Parcial: También es conocida co nocida como la corriente por efecto corona o efecto punta y se produce por tensiones eléctricas que aparecen alrededor de las puntas o esquinas del material conductor, sometido a una tensión alta (por encima de 10 kilovoltios).

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Corriente Capacitiva de Carga: Corriente que aparece como consecuencia de la carga del capacitor formado por el aislamiento y la parte activa del equipo eléctrico. Esta corriente se incrementa a medida que se incrementa la tensión DC y puede ser calculada según: Ig = [E x e-(t/rc)]/R donde: Ig: Corriente de Carga Capacitiva. E: Tensión en Kilovoltios R: Resistencia en Megaohmios C: Capacitancia en microfaradios t : Tiempo en Segundos. La corriente de carga capacitiva es función del tiempo y decrece a medida que

este transcurre, es decir, esta corriente posee valores iniciales muy altos que disminuyen a medida que transcurre el tiempo y el capacitor se ha cargado a la tensión plena. Corriente de Fuga Volumétrica: Es la corriente que fluye f luye a través del volumen 

del material y es la corriente que se utiliza para evaluar las condiciones de aislamiento bajo prueba. Se requiere que la inyección de tensión se realice por un tiempo determinado (al menos 60 seg), para poder medir el valor de esta corriente.

 

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Figura 4. Corrientes en un Dieléctrico ante un Campo Eléctrico DC

PRUEBAS EN CORRIENTE CONTINUA DE EQUIPOS ELECTRICOS MAYORES

Las pruebas en corriente continua poseen una serie de ventajas logísticas y de seguridad sobre algunas de las pruebas en corriente alterna. A continuación escribiremos los tipos de pruebas que se pueden realizar en corriente continua, así como las recomendaciones para realizar estas pruebas en diferentes tipos de equipos. 

Pruebas en Corriente Continua en Aislamiento Sólido: Los aislamientos sólidos son materiales utilizados en varios niveles de tensión, proveen un alto nivel aislante y una capacidad importante de disipación de calor. Se comportan como materiales dieléctricos que previenen el flujo de electricidad entre puntos de diferente potencial. Se han utilizado para este propósito resinas epóxicas,  porcelana, vidrio y polímeros base EPR, silicona o elastómeros termoplásticos.

 

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Dos tipos de pruebas de verificación de aislamiento en DC pueden ser conducidas en este tipo de aislamiento: o

Prueba de Resistencia de Aislamiento: Esta prueba es la comúnmente

denominada prueba de Megado, esta solicitada por las Normas IEEE C57.12, IEC60076-1 e IEEE 62-1995 para transformadores. Esta prueba se conduce con equipos que aplican tensión entre 50 y 30.000 voltios para algunos fabricantes como Megger por ejemplo y hasta 200.000 voltios para otros fabricantes. El equipo es un medidor de Megaóhmios e indica la resistencia de aislamiento. La calidad del aislamiento es evaluada según el valor de la resistencia de aislamiento. La resistencia de aislamiento depende de la temperatura, humedad y otros factores ambientales. Para máquinas rotativas y transformadores, las lecturas deben ser corregidas a 20 grados centígrados. Para cables, las lecturas deben ser corregidas a 15.6 grados centígrados, el resultado de esta prueba tiene un mayor poder predictivo si se compara con resultados de un registro histórico de pruebas efectuadas. De esta forma, se puede verificar la tendencia del nivel de aislamiento. Un valor puntual de la resistencia de aislamiento pudiera ser insuficiente para indicar la fortaleza o debilidad del aislamiento. Un valor bajo en la resistencia de aislamiento pudiera indicar contaminación o la existencia de un  problema que pudiera causar daños da ños a corto plazo. o

Prueba de Hi-Pot DC: La prueba de Hi Pot DC tiene como objeto

verificar la rigidez dieléctrica de un material aislante. Recomendada por los estándares IEEE 400-2001 y DIN VDE 0276-620 para cables de potencia y la ANSI Nema ATS 2009 para otros equipos. Esta prueba también puede ejecutarse

 

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en otros equipos con aislamiento sólido en la subestación. La rigidez dieléctrica de un material aislante se define como el máximo gradiente de potencial que Un material puede soportar sin que exista perforación en el mismo. Esta es calculada a partir de la tensión de ruptura y del espesor del aislante en el punto de ruptura o en un punto cercano a él. Dos tipos de pruebas son posibles de implantar utilizando Alto potencial en DC; (Hi-Pot DC). Prueba de Rampa: Se incrementa gradualmente el valor de

tensión hasta alcanzar el valor deseado en un período que puede estar entre 60 y 90 segundos. Una vez alcanzado el nivel requerido, debe mantenerse por 5 minutos, tomando lecturas de corriente cada minuto. Prueba de Tensión por Pasos: En este caso, la máxima tensión

se alcanza incrementando el mismo en varias etapas iguales (Usualmente no menos de ocho), en cada etapa la tensión debe mantenerse por un tiempo determinado, el mismo para todas las etapas, este tiempo típicamente es de 1 minuto pero puede ser mayor en prueba de equipos con capacitancias muy altas. Al final de cada etapa o al alcanzar la corriente un valor estable, se registra este valor.

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Pruebas en Corriente Alterna de Equipos Eléctricos Mayores:

 

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Tal y como se explicó en la sección 3, las pruebas de corriente alterna somete a los equipos bajo prueba a esfuerzos eléctricos similares a los de condiciones de operación normal, con excepción de la prueba de Hi Pot AC la cual somete al equipo a esfuerzos mayores. Como limitante se encuentra el gran peso y tamaño de algunos de los equipos de prueba lo cual hace preferir el uso de los equipos de prueba en corriente continua. o

Pruebas de aislamiento y otros tipos de prueb pruebas as en Corriente Co rriente Alterna para Equipos con Aislamiento Sólido. Básicamente existen dos tipos de  pruebas de aislamiento en corriente alterna para equipos eq uipos con aislamiento sólido. También puede realizarse las otras pruebas en AC descritas en la sección de pruebas en corriente alterna para otro tipo de aislamiento.

o

Prueba de Alto Potencial AC (Hi-Pot AC) Se realizan con tensiones superiores a los de operación normal por un tiempo que dependerá del tipo de prueba que se realice. El nivel de tensión utilizado debe estar acorde con lo recomendado por el fabricante y lo indicado por las normas correspondientes. Generalmente estos valores se encuentran alrededor del 75% de la tensión de prueba de fábrica para pruebas de aceptación y entre el 125% y el 150% de la tensión nominal para pruebas de mantenimiento  por un período de tiempo determinado, nunca menor al minuto. Las conexiones de prueba son iguales a las recomendadas para pruebas de alto potencial DC con la salvedad de que no se requiere la descarga de los equipos.

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Prueba de Factor de Potencia.  Es una prueba importantísima para determinar la calidad del aislamiento en todo tipo de equipo eléctrico. En el caso de

 

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aislamiento sólido, se recomienda utilizar un nivel de tensión similar al valor de tensión nominal del equipo. En secciones posteriores, se describirá en detalle el  principio teórico de esta prueba y como se ejecuta la misma. El resultado no  puede ser considerado como concluyente por si mismo, siempre debe compararse con resultados anteriores con valores referidos al nivel de tensión de pruebas anteriores y a 20 grados centígrados.

EQUIPOS ELECTRICOS A PROBAR  Cualquier equipo y sistema eléctrico se puede probar para verificar si cumple con las normas de producto, especificaciones, proyecto eléctrico, así como para valorar el estado funcional y estimar su vida útil.

PRUEBAS BASICAS Si se considera que un sistema debe estar aislado con el fin de que no exista un cortocircuito o fallas a tierra, la prueba básica es la medición de resistencia de aislamiento. Esta prueba es aplicable a cables de media tensión, componentes de subestación compacta (bus, cuchillas, pararrayos, interruptor), transformadores, componentes de tableros eléctricos (bus e interruptores), cables alimentadores y derivados; arrancadores, motores, etc. En general, en donde queramos comprobar que el aislamiento de los equipos es satisfactorio. Otra prueba básica es la medición de la resistencia del sistema de tierra y continuidad de las conexiones. Dicha prueba se realiza en instalaciones nuevas para verificar que se cumpla las normas y, posteriormente, con el fin de asegurar que las condiciones iniciales se mantengan.

 

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METODOS Y PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA Los métodos y procedimientos de prueba dependen de la prueba en cuestión y del equipo a probar. Por ejemplo, la norma IEEE C57.12.90- Código de pruebas, establece los métodos de prueba para transformadores y autotransformadores de distribución y  potencia. En algunas normas se establecen también criterios de evaluación. Existen, además, normas de referencia sobre el diseño de instalaciones eléctricas; que indican criterios de evaluación para pruebas en campo.

PRUEBAS CONFIABLES El primer elemento a considerar es que las mediciones y pruebas eléctricas se realicen con equipos calibrados por un laboratorio acreditado para tal fin. Otra parte importante es el personal capacitado y calificado para realizar dichas pruebas, ya que, al final del día, lo importante no es tener el valor de prueba, sino el diagnóstico para saber qué hacer. Existe otro elemento de gran importancia, el cual consiste en que las pruebas se realicen en forma sistemática; es decir, que existan procedimientos de seguridad y  prueba documentados. Esto se obtiene con una compañía en donde esté colaborando  personal calificado, que tiene la infraestructura (equipos ( equipos calibrados) y un sistema de calidad certificado. De tal forma, se asegura que existirá un registro (archivo) de las mediciones para consultas futuras.

MEDIDAS BÁSICAS DE SEGURIDAD

 

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La seguridad se obtiene utilizando instrumentos de medición adecuados,  procedimientos de trabajo seguros y equipo de protección personal: •

Utilizar guantes aislantes.

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No utilizar jjooyas o relojes de pulsera.

•

Utilizar gafas de seguridad.

•

Utilizar zapatos dieléctricos.

•

Utilizar ropa ignífuga.

En cuanto a los instrumentos de medición: •

Ve Veri rifi fica carr qque ue la ccar arca casa sa no es estté rrot otaa y qu quee llos os ca cabl bles es no es esté ténn

desgastados. •

As Aseg egur urar arse se de qu quee llas as bate baterí rías as ten tenga gann suf sufic icie ient ntee ene energ rgía ía pa para ra ob obte tene nerr

lecturas confiables. •

Ve Veri rifi fica carr la re resi sist sten enci ciaa de lo loss cabl cables es de de prue prueba ba par paraa dete detect ctar ar si si nnoo exi exist stee

ruptura interna.

Respecto a los procedimientos de trabajo, sobre todo con circuitos eléctricos con tensión: •

En Enga ganc nche he pr prim imer eroo el el ca cabl blee ddee re refe fere renc ncia ia o ti tier erra ra,, y de desp spué uéss co cone nect ctee el el

cable con tensión. •

Re Reti tire re pr prim imer eroo el el ccab able le co conn tten ensi sión ón y ppor or úl últi timo mo el ca cabl blee de de ttie ierr rraa o

referencia. •

Ve Veri rifi fiqu quee eell ffun unci cion onam amiien ento to de dell iins nstr trum umen entto de med edic iciión ón..

 

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•

Ut Util ilic icee llaa rreg egla la de us usar ar só sólo lo un unaa man mano, o, co conn eell ffin in de ev evit itar ar ce cerr rrar ar el

circuito a través del pecho y corazón.