Static 2015 Nivel 1 JMZZ

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Análisis Estático Nivel - 1

José Miguel Zambrano E.E. Líder de Desarrollo de Negocios Baker SKF Venezolana S.A. LAM Trainer SKF Fort Collins. SKF – DPC Fort Collins

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A Introducción

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Causas de Fallas de Motores Eléctricos Estudio EPRI

Estudio IEEE

Rodam. 44%

Otros 22%

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Rodam. 41%

Rotor 8%

Estator 26%

Otros 14%

Rotor 9%

Estator 36%

Causas de Fallas de Motores Eléctricos

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Areas de Fallas de Motores

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Areas de Fallas de Motores

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Areas de Fallas de Motores

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Areas de Fallas de Motores

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Areas de Fallas de Motores

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Definiendo Pruebas Estáticas (Off-Line) en Motores Medición y registros de la rigidez dieléctrica e integridad del aislamiento del motor a tierra, y el potencial cobre a cobre con el motor desconectado. Pruebas de los componentes del motor a niveles de voltaje similares a aquellos encontrados en su ambiente normal de trabajo.

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Costo vs. Beneficios Correctivo

$17 - $18 por Hp

Preventivo

$11 - $13 por Hp

Predictivo

$ 7 - $ 9 por Hp

• 1983 EPRI Study of Maintenance Programs

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Sistemas de Prueba de Aislamientos

•Multímetros •Megómetros •Medidores de resistividad, L, C, Z, ángulo de fase. •Pruebas en alto voltaje – Hipot CA-CC •Pruebas de Impulso (Surge Test) •Infrarojo, Ultrasonido, otros.

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Aislamientos

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Propiedades de los Dieléctricos

Rigidez Dieléctrica Perforación / Ruptura

Alambre de motor de 460V CA Capacidad de ruptura de 6000VCA (NEMA MG-1) 8400 Voltios Peak / 6000V RMS

O:

6000CA 2  8400VCC October 30, 2007 © SKF Group Slide 14

Propiedades de los Dieléctricos

Ranura

Ranura 20,000 VCC Nomex-Mylar-Nomex Ranura simple Motor 3  Bobinado Aleatorio

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•Aislamiento combinado a tierra es: 8400 VCC + 20,000 VCC = 28,400 VCC

Capacidad Térmica / Altitud

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Definiciones Básicas Variaciónes de Voltaje: “El incremento o reducción de voltaje puede resultar en un incremento de temperatura. Esto acelera el deterioro del aislamiento, produciendo fallas de corto circuito en el motor.”

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Definiciones Básicas Variaciones de Frecuencia:

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Cuanto tiempo dura el aislamiento de un motor? 100,000 horas 11.4 años – Todo el día, todos los días, durante todo el año 100,000 horas  4166 días  11.4 años 24 horas

33 años – 8 horas al día, todos los días

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B Mecanismos de Fallas

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Degradación y Voltaje de Ruptura vs. Tiempo

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Que le pasa a un motor después que sucede un corto entre espiras?

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Fallas de Motores 1. Aislamientos nuevos tienen alto voltaje de ruptura 2. El aislamiento del motor experimenta un envejecimiento normal - Envejecimiento Térmico - Contaminación Externa - Esfuerzo Mecánico - Descargas Parciales 3. La Rigidez Dieléctrica entre espiras de la bobina o el aislamiento a tierra del motor cae debajo del nivel de transitorios resultando en un arco

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Fallas de Motores 4. Los transitorios producen arcos inducidos causando que el aislamiento se deteriore mucho más rápido 5. El voltaje de ruptura entre espiras o el aislamiento a tierra cae debajo del voltaje de operación causando un corto entre espiras o a tierra. 6. El efecto “transformador” causa alta corriente inducida, típicamente 16-20 veces la corriente a carga completa. 7. La falla de aislamiento a tierra se produce rápidamente (típicamente en minutos)

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Fallas de Motores Por que las fallas en el aislamiento entre las espiras?:

- El aislamiento de las espiras es el punto más debil de donde puede generarse una falla del motor.

- Depósitos químicos en el aislamiento deterioran el aislamiento.

-Existen movimientos mecánicos en las bobinas debido a los arranques del motor. (Crawford/General Electric)

-Uso de variadores de velocidad. -Otros October 30, 2007 © SKF Group Slide 25

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Video - D.E. Crawford / GE

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Fallas de Motores Fallas en el aislamiento entre las espiras:

- 80% de las fallas de aislamiento del motor empiezan como fallas entre espiras (General Electric Paper).

- La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa raíz del problema se basa en una falla entre espiras (General Electric Paper – EASA).

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Fallas en las Espiras iniciales

•La mayoria de fallas entre espiras empiezan en las espiras iniciales del bobinado.

•La mayoria de esas fallas son el resultado de peaks de alto voltaje

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Peaks de Voltajes en Arranques de Motores

- Peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 μsec durante el arranque del motor - Peaks de voltaje se generan al segundo y tercer cierre de contacto - Uso de variadores de velocidad

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Peaks de Voltajes en Arranques de Motores Peaks de Voltajes en arranques Estudio por EPRI:

M

Peor de los casos= 5 Per Unit (392V) = 1960 Volt. en arranque

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Distribución de Voltage en Espiras del Motor Voltage Drop / Coil in %

100

Christiansen & Petersen Denmark IEEE 68C6-EI-87

90 80 70 60

Rise time 0.2 seconds

50 40

1.0 segundos

30 20

5.0 segundos

10 0

6 espiras

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Devanado del Motor Estrella 2 polos – 6 vueltas por bobina - ~ 1000 hp

Fallas vuelta a vuelta en espiras Areas de mayor probabilidad de fallas cobre - cobre

T1

T4 Falla

T1

T4

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Ley de Paschen

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Voltajes y Ruptura de Aislamiento Los motores ven tipicamente altos peaks de voltaje durante el arranque, parada, y hasta durante su operación. Los motores no fallan en voltajes de operación donde existe solo de 20 a 30 voltios entre vueltas. Cada vez que el motor arranca, se presenta peaks de voltaje de hasta “5 x pu” (pu= per unit)

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Modos de Fallas en Estatores

Espira a Tierra

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Entre Espiras

Entre Bobinas

Fase a Fase

Modos de Fallas en Estatores

•Falla inicial en una vuelta que se propagará como una falla a tierra en la ranura. De acuerdo con la IEEE la falla en la espira se extenderá a la ranura y a tierra dentro de 15 minutos.

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R.M. Tallam, T.G. Habetler, R.G. Harley, “Modelo de Transiente para Máquina de Inducción con Falla en el Devanado Estatórico.” IEEE Transacciones en Aplicaciones Industriales, Vol. 38, No. 3, May/June 2002.

“….Una falla en una vuelta en el devanado del estator de una máquina de inducción causa una corriente circulante muy grande en la espira con corto, del orden de 2 veces la corriente a rotor bloqueado. Si se deja en ese estado, la falla se puede propagar, llegando a ser una falla fase-tierra o fase-fase. El flujo de corriente a tierra resulta en un daño irreversible al núcleo, y la máquina podría removerse de servicio. Una detección de este tipo de fallas es necesaria para evitar condiciones de operación peligrosas y reducir paradas no programadas”.

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C Pruebas Estáticas o Fuera de Línea en Motores Eléctricos

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Tom Baker con un equipo inicial de Impulso Baker

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Equipos de Pruebas Estáticas

“ST”

“D”

“D”

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Equipos de Pruebas Estáticas

DX AWA

AWA + Baker 30 DX 15 AT101-ZTX October 30, 2007 © SKF Group Slide 41

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DX 15-A

DX + Baker 30/40 DX30/40

Otros Equipos de Pruebas

•Pruebas Dinámicas Explorer 4000 (Portátil)

NetEp (en línea)

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Estándar AR-100 - 2010

•Prácticas recomendadas por la Asociación de Servicios de Aparatos Eléctricos, Inc.

•Establece una guía para las reparaciones y rebobinados de aparatos eléctricos.

•No reemplaza a las especificaciones o instrucciones de los fabricantes de máquinas rotativas.

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Estándar AR-100 - 2010 Lineamientos para: •Reparación Mecánica Ejes, rodamientos, lubricación, carcazas, laminaciones, balanceo, anillos rozantes, conmutadores, escobillas, accesorios. •Rebobinados Protecciones térmicas, aislamientos, conductores, conexionado, impregnaciones, cuñas. •Pruebas Pruebas eléctricas recomendadas.

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Pruebas Eléctricas

• Resistencia de aislamiento Referencia: IEEE 43

• Indice de Polarización o Absorción Dieléctrica Referencia: IEEE 43

• Alto Voltaje (Hipot) en Escalón Referencia: IEEE 95

• Prueba de Impulso (Surge) Referencia: IEEE 522

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Otras Pruebas

• Factor de Potencia o Tangente Delta (interpretación de • • • • • • • • •

resultados por comparación IEEE 432) Aislamiento interlaminar (núcleo) Aislamiento en rodamientos (megómetro a 500V.) Velocidad Corriente en vacío Refrigeración Ruido Temperatura en Rodamientos Vibración Barra a barra (armaduras), etc.

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

1. 2. 3. 4. 5.

Pruebas de Balanceo de Resistencia (Método Kelvin) Prueba de Resistencia de Aislamiento (Megado o Megeo) Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage) Prueba de Surge (Impulso)

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

1. 2. 3. 4. 5.

Pruebas de Balanceo de Resistencia (Método Kelvin) Prueba de Resistencia de Aislamiento (Megado o Megeo) Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage) Prueba de Surge (Impulso) Modelos DX (adicionalmente):

6. L,C,Z (Ind., Cap., Imped., angulo d fase) 7. D/Q 8. RIC test (Prueba por Influencia del Rotor)

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1

Prueba de Balanceo de Resistencia

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

1. Pruebas de Balanceo de Resistencia: – – – – – –

Número de vueltas por fase Diámetro del cobre Conexiones con alta resistencia Cortos totales entre espiras Conexiones abiertas entre espiras Tendencias, históricos

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Pruebas de Balanceo de Resistencia:

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Valor de Delta (balanceo) To help protect y our priv acy , PowerPoint has block ed automatic download of this picture.

0.90  0.80  11.76% 0.85

Ejemplo: 1-2=0.80 ohms; 2-3=0.85 ohms; 1-3=0.90 ohms

R max  R min 100% Rpromedio O

Max desviación del promedio 0.05   5.9% promedio 0.85

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2

Pruebas de Resistencia de Aislamiento IEEE 43

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Definiciones Corriente de Absorción (polarización) IA •Es la corriente resultante de la polarización molecular y flujo de electrones, el cual disminuye con el tiempo desde un valor inicial relativamente alto hasta hacerse cero cuando el tiempo es suficientemente grande. Esta corriente depende del tipo y condición del material usado en el sistema aislante. IA: Corriente de Absorción K: Depende del sistema de aislamiento y el voltaje aplicado t: tiempo de aplicación del voltaje n: depende del sistema de aislamiento

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Definiciones Corriente de Conducción IG

•Es una corriente que es constante en el tiempo y que pasa a traves del paquete de aislamiento (conductor – tierra).

•Esta corriente depende del tipo de material usado en el sistema de aislamiento.

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Definiciones Corriente de Capacidad Geométrica IC

•Es la corriente reversible de comparativamente alta

magnitud y corta duración, el cual decrece exponencialmente con el tiempo de la aplicación del voltaje.

•Esta corriente depende de la resistencia interna y

resistencia de los cables del instrumento de medida además de la capacitancia geométrica del devanado.

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Definiciones Corriente de Fuga IL

•Es una corriente constante en el tiempo y que usualmente existe en la superficie del aislamiento del devanado del estator y superficie del motor.

•Su magnitud dependerá de la temperatura y

conductividad del material (contaminación externa y humedad)

•Esta en función del tipo y condición del material aislante usado.

•Varia proporcionalmente con el espesor del aislante e inversamente con la superficie del conductor.

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Componentes de una Corriente Contínua

•Por definición, la resistencia de aislamiento es el resultado de dividir el voltaje aplicado entre la corriente total.

•La corriente total es la suma de cuatro (4) diferentes corrientes:

Corriente de Absorción (polarización) IA Corriente de Conducción IG Corriente de Capacidad Geométrica IC Corriente de Fuga IL

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Componentes de una Corriente Contínua

Circuito equivalente mostrando las cuatro corrientes durante una prueba de resistencia de aislamiento

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Componentes de una Corriente Contínua

Tipos de corrientes en un aislamiento del tipo mica-asfáltica

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Componentes de una Corriente Contínua

Tipos de corrientes en un aislamiento del tipo mica-epoxica (Baja corriente de fuga y cero corriente de conducción)

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Voltajes recomendados Prueba de Resistencia de Aislamiento: Voltaje de placa

Voltaje de Prueba en CC

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Mínimos valores recomendados de resistencia

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3

Prueba de Indice de Polarización o Absorción Dieléctrica IEEE 43

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica: IP Test 10min/1min AD Test 3min/30sec

•Busca deterioro, resequedad, humedad, o contaminación del aislamiento a tierra

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica: Prueba similar al usar el megómetro, pero: Valor de Resistenci a en 10 minutos

IP = Valor de Resistenci a en 1 minuto

Si la resistencia obtenida es mas de 5000 MΩ en un minuto, entonces se realiza la prueba de Absorción Dieléctrica, que es similar a la IP, pero con los valores tomados en 30 sg. y 3 minutos. IP: para motores mayores de 100 HP AD: para motores menores de 100 HP October 30, 2007 © SKF Group Slide 66

Prueba de Indice de Polarización

•Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse

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Prueba de Indice de Polarización

Tipicas medidas de resistencia para tres escenarios

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Prueba de Indice de Polarización

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Equipos generación “D”(Obsoleto) vs. “DX”

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Equipos generación “D”(Obsoleto) vs. “AWA”

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Factores que afectan la resistencia de aislamiento

•Condición de la superficie •Humedad •Efecto de temperatura •Efecto de la magnitud del voltaje de prueba •Existencia de carga residual en el aislamiento

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Factores que afectan la resistencia de aislamiento

•Condición de la superficie Grasas, aceites, carbón, polvo actuan como conductor.

•Humedad Motores que han estado en funcionamiento: el ensayo se debe realizar antes que la temperatura de los devanados descienda hasta la temperatura del entorno (temperatura de rocío del aire ambiente). (El punto de rocío o temperatura de rocío es la temperatura cuando empieza la condensación)

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Factores que afectan la resistencia de aislamiento

•Efecto de temperatura Corregir a temperatura de 40° C. Regla general: “La resistencia disminuye a la mitad por cada 10° C de incremento de temperatura”

R R 40 C

TEMP

2

T  40 10

 October 30, 2007 © SKF Group Slide 74

Factores que afectan la resistencia de aislamiento

•Existencia de carga residual en el aislamiento - La lectura del aislamiento se vera afectada - Antes de efectuar la medición, los devanados deberán estar completamente descargados.

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Prueba de Indice de Polarización Valores mínimos recomendados de Indice de Polarización IEEE 43-2000 (IEC 60085-01: 1984) Clase de Aislamiento

Mínimo I.P.

Clase A

1.5

Clase B

2.0

Clase F

2.0

Clase H

2.0

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Prueba de Indice de Polarización

•Durante la prueba, si la resistencia obtenida es mayor de

5000 MΩ en un minuto, entonces la prueba no es significativa, por lo que se debe descartar su uso como medida de las condiciones del aislamiento.

•En su lugar, se realiza la prueba de Absorción Dieléctrica, que es similar a la IP, pero con los valores de aislamiento tomados en 30 sg. y 3 minutos.

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica: IEEE 43-2000 V linea (CA) < - 1,000

V prueba (CC) 500

1,000 - 2,500

500 – 1,000

2,501 – 5,000

1,000 – 2,500

5,001 – 12,000

2,500 – 5,000

>

12,000

5,000 -10,000

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Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica

• Mayor que 1: dejarlo trabajar (regla general común) • IEEE: 1.5 o mayor que 2 (por clase de aislamiento) • No existe estándar aceptado para valores de AD • Los valores de AD deberían reflejar cercanamente el valor de IP.

• Un motor seco y nuevo excederá fácilmente 20,000 megohms en 10 minutos.

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Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica Un valor simple de P I > 1.0 es suficiente para dejar trabajar la máquina. Se recomienda que el voltaje de prueba para IP sea aproximado al valor numérico del voltaje de línea. Ejemplos: 460VAC - prueba a 500 Vcc 4160VAC - prueba a 2500 Vcc si el fabricante lo recomieda : 4160VAC - prueba a 5000 Vcc Motores y generadores pequeños pueden llegar a polarizarse en menos de 10 minutos. October 30, 2007 © SKF Group Slide 80

4

Prueba de Alto Voltaje Hipot IEEE 95

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Problemas de aislamiento que se pueden detectar: — Agrietado o con fisuras — Contaminación en la superficie — Resina mal curada — Humedad — Delaminación — Perforaciones

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot IEEE 95-2002 “Prácticas recomendadas para pruebas de aislamiento de maquinaria eléctrica CA (2300 V y mayores) con alto voltaje en contínua”. “…cubre pruebas de equipos nuevos en fábricas o en el campo después de su instalación, y pruebas de mantenimiento de rutina de máquinas que han estado en servicio….”

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot

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Prueba de Hipot en CC ANSI/IEEE 95-1977 Para máquinas de 10,000 KVA y 6,000 voltios o mayores Anotación 2: Se ha hallado que este método ha sido aplicable para equipos de menor tamaño y bajo voltaje. 4.2.1.1 4.2.1.2

Temperatura del devanado no mayor que 40 C. Corregir medición a temperatura base de 40 C.

4.2.2

Humedad: Preferible probar la máquina cuando se esté sobre latemperatura

4.7.1

Descargar el devanado igual a cuatro (4) veces el tiempo que se aplicó el

ambiente (reducir condensación). voltaje. No menos de dos (2) horas. El equipo descarga el devanado.

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

Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Pruebas de mantenimiento (IEEE 95-2002): Voltaje de prueba en CA = 125% a 150% el voltaje en CA Voltaje de prueba en CC= 1.7 x Voltaje de prueba en CA Ejemplo: 4160 VCA (1.25) (4160) (1.7) = 8840 VCC (1.50) (4160) (1.7) = 10,608 VCC SKF (Baker) sugiere: 2 x Vca + 1000 Voltios o (4160) (2) + 1000 = 9320 VCC October 30, 2007 © SKF Group Slide 86

Voltajes de prueba de HiPot IEEE 95-2002 5.2 para pruebas de mantenimiento en CC V linea

Per Unit

Min V

Max V

pu = 0.816 * VL

Vlinea*1.25X1.7

Vlinea*1.5*1.7

480

392

1020

1224

575

469

1222

1466

600

490

1275

1530

2300

1878

4888

5865

4160

3397

8840

10608

6900

5634

14663

17595

13800

11268

29325

35190

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot EASA AR100-2010 4.4.1.1. Devanados nuevos …Tabla 4.2 para pruebas en CC (DC) 4.4.1.2. Devanados reacondicionados …debe ser desarrollado al 65% del valor de prueba para devanados nuevos

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EASA - Pruebas de Alto Voltaje - Hipot

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EASA CC HiPot (Tabla 4.2) Nuevos

En Servicio:

1.7(1000+2V)

65% de uno nuevo

480

3332

2165.8

575

3655

2375.75

600

3740

2431

2300

9520

6188

4160

15844

10298.6

6900

25160

16354

13800

48620

31603

Vline

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot

Hipot en CA o en CC?

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot IEEE 95-2002 Se debe preferir pruebas de alto voltaje en CC por lo siguiente:

• La unidad de prueba es mas compacta y ligera para el

transporte al campo. • Ocurren menores descargas parciales (menor estrés al aislamiento). • Si ocurre el punto de quiebre del aislamiento durante la prueba, la prueba de alto voltaje en CC causa menor daño debido a que la capacidad de la prueba es menor comparada a la de CA.

October 30, 2007 © SKF Group Slide 92

Pruebas de Alto Voltaje - Hipot IEEE 95-2002

• La corriente medida en la prueba CC suministra valiosa •

información respecto a defectos o deterioro en el aislamiento. Peaks de voltajes que ocurren en el devanado del estator son generalmente de naturaleza de “impulso” que se relaciona muy bien con la prueba en CC en lugar de CA.

October 30, 2007 © SKF Group Slide 93

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot

•El empleo de pruebas controladas de alto voltaje en contínua (por ejemplo en pasos o rampa) ofrece sus ventajas con respecto a otras pruebas.

•Variaciones de la corriente medida ayudan al diagnóstico de defectos y deterioros de aislamientos.

October 30, 2007 © SKF Group Slide 94

Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Factores a evaluar antes de efectuar la prueba:

•Condición de la superficie •Humedad •Efecto de temperatura •Resinas que no estan secas o curadas •Preferible realizar la prueba sin rotor

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot Después de efectuar la prueba: “Descargar la carga almacenada en el devanado” “Descargar a tierra al menos 2 horas o cuatro (4) veces el tiempo que duró la prueba” IEEE 95-2002

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 4. Pruebas de Alto Voltaje (HiPot en CC) :

•Prueba de Voltaje en Escalón, •Rampa, •HiPot Convencional

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot EASA AR100-2010 4.2.5 Prueba de voltaje en escalón – Hipot en escalón Estas pruebas son útiles si se desarrolla en intervalos regulares de mantenimiento. Los cambios en los resultados podrían indicar degradación del aislamiento (IEEE 95)

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Pruebas de Voltaje en Escalón (Step Voltage) Mide la rigidez dieléctrica del aislamiento. Se mide la corriente de fuga para asegurar que el aislamiento a tierra y cables soporten el trabajo normal durante el arranque y parada del motor (peaks de voltaje). Los peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 μseg. durante el arranque del motor

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Pruebas de Voltaje en Escalón

• Se eleva el voltaje en escalones, y cada escalón mantiene un voltaje por un tiempo pre-establecido.

• Permite que desaparezca la influencia de corrientes de carga.

•Mantiene el voltaje final por un minuto tal como lo define la IEEE 95 y NEMA MG-1.

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Pruebas de Voltaje en Escalón - Se detecta aislamiento débil a tierra. - Problemas en el aislamiento de los cables.

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Pruebas de Voltaje en Escalón 4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage) (IEEE Std. 95)

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Pruebas de Voltaje en Escalón Caso de Estudio: Problemas de aislamiento – corriente de fuga inestable durante prueba de Hipot en Escalón

Marzo 2009 © SKF Group Slide 103

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Pruebas de Voltaje en Escalón Caso de Estudio: Problemas de aislamiento – corriente de fuga inestable durante prueba de Hipot en Escalón

Marzo 2009 © SKF Group Slide 104

Pruebas de Voltaje en Escalón Beneficios y Usos

• Es menos estresante para las bobinas. • Util cuando la condición del motor es desconocida o indeterminada.

• Util cuando se requiere pruebas más frecuentes. • Util cuando el motor contiene humedad o contaminación.

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Pruebas de Voltaje en Escalón

Devanado inicialmente con buen aislamiento, luego presenta alarma de ruptura.

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Pruebas de Voltaje en Escalón

Una disminución en la pendiente de la corriente medida podría indicar una inminente falla en el aislamiento

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Pruebas de Voltaje en Escalón

Pruebas desarrolladas en las tres fases por separado en una misma máquina

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

• El voltaje sube gradualmente en rampa, sin

interrupciones, y hasta alcanzar el voltaje de prueba final.

• No sostiene el voltaje final por un minuto tal como lo define la IEEE 95 y NEMA MG-1.

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

Aislamiento de mica epóxica (donde la corriente de absorción es relativamente pequeña)

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

Aislamiento de mica asfáltica (donde la corriente de absorción es relativamente grande)

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

Aislamiento de mica asfáltica (con un punto débil localizado)

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

Aislamiento con mica asfáltica envejecida

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

Aislamiento con mica asfáltica húmeda

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

Aislamiento de mica epóxica con una cura incompleta de reparación

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Pruebas de Alto Voltaje en Rampa - HiPot

Aislamiento de mica epóxica con aislamiento agrietado

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Pruebas de Alto Voltaje Conventional - HiPot Rápidamente sube el voltaje hasta alcanzar el voltaje final de prueba, y lo sostiene por un minuto tal como lo define la IEEE 95 y NEMA MG-1. Es la prueba más rápida de todas las pruebas de alto voltaje en corriente contínua.

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Pruebas de Alto Voltaje - Hipot

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Gupta, Stone, and Stein, “Use of Machine HIPOT testing in Electric Utilities.” 0-7803-7180-1 IEEE, 2001 (IEEE Dielectrics and Eletrical Insulation Society) Survey of utilites doing HIPOT testing. “Does Hipot Testing damage a good winding? This question is raised many times, most often by managers, who have to approve the tests. The answer is a resounding NO. Hipot tests do not introduce any significant degradations in a machine with a good insulation system. Machines that have failed a hipot test have always revealed poor insulation systems upon later examination. Chances are that they would have failed in service, especially if an over voltage from surges or a power system fault were to occur. Hence, only machines with poor or marginal insulation systems are likely to fail during the hipot test.”

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Gupta, Stone, and Stein, “Use of Machine HIPOT testing in Electric Utilities.” 0-7803-7180-1 IEEE, 2001 (continued)

“…All coils and bars used in modern machines have the capability to pass a voltage endurance test.” “…..13.8kV winding should survive for 250 hours at 35kV at about 100degC….. If a 400 hour test represents 25 years of line in-service, then a one minute 29kV over potential test at 100degC ages the insulation by 9 hours. If the temperature effect is taken into account using, say a 10-degree rule, the reduction in life caused by the hipot

test at room temperature (30degC) is about 1/16 of an hour only.”

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5

Prueba de Impulso – IEEE 522

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2015-10-07 © SKF Group Slide 61

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge - Consiste en aplicar una corriente alta de impulso (el tiempo de crecimiento de la onda es rápida). Se descarga el voltaje por una línea del motor, teniendo las otras líneas a tierra (AWA).

-Es el único método disponible para detectar aislamiento

débil entre las espiras, permitiendo al operador realizar un mantenimiento predictivo.

-Inicialmente desarrollado por General Electric & Westinghouse

October 30, 2007 © SKF Group Slide 122

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Fallas en el aislamiento entre las espiras:

-El aislamiento de las espiras es el punto más debil de donde puede generarse una falla del motor.

-Depósitos químicos en el aislamiento deterioran su vida útil.

- Existen movimientos mecánicos en las bobinas debido a los arranques del motor. (Crawford/General Electric)

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Fallas en el aislamiento entre las espiras:

-80% de las fallas de aislamiento del bobinado del motor empiezan como fallas entre espiras (General Electric Paper).

- La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa raíz del problema se basa en una falla entre espiras (General Electric Paper - EASA).

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

Marzo 2009 © SKF Group Slide 126

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

Marzo 2009 © SKF Group Slide 127

2015-10-07 © SKF Group Slide 64

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge

- Peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 μseg durante el arranque del motor - Peaks de voltaje se generan al segundo cierre de contacto - Uso de variadores de velocidad

October 30, 2007 © SKF Group Slide 128

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Ley de Paschen

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2015-10-07 © SKF Group Slide 65

Distribución de Voltaje en una Bobina

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge

Distribución de Voltaje en una Bobina

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Prueba de Impulso o Surge

Magnitud del voltaje de impulso – IEEE 522 (en servicio: 75% de 3.5 x V1) October 30, 2007 © SKF Group Slide 131

2015-10-07 © SKF Group Slide 66

Prueba de Impulso o Surge

Alternativa a la magnitud del voltaje de impulso IEEE 522

October 30, 2007 © SKF Group Slide 132

Prueba de Impulso o Surge

October 30, 2007 © SKF Group Slide 133

2015-10-07 © SKF Group Slide 67

Prueba de Impulso o Surge 5. Prueba de Impulso o Surge

Resonant Frequency =

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Detección de aislamiento débil En el campo (con rotor) Espiras a espira Fase a fase Bobina a bobina

October 30, 2007 © SKF Group Slide 135

2015-10-07 © SKF Group Slide 68

En el taller (sin rotor) Espira a espira, fase a fase, bobina a bobina Bobinas invertidas Cortos entre espiras Desbalance de # de vueltas Diferentes Φ de cobre Cortos con las laminas

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge En el campo (con rotor) • No comparar formas de onda finales (Line - Line EAR) • Pulse - Pulse EAR En el taller (sin rotor) • Comparar formas de onda finales (Line - Line EAR) • Pulse - Pulse EAR

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge

Forma de onda de un buen devanado

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge

Forma de onda de un devanado con problemas

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

October 30, 2007 © SKF Group Slide 139

2015-10-07 © SKF Group Slide 70

Prueba de Impulso o Surge

October 30, 2007 © SKF Group Slide 140

Prueba de Impulso o Surge Video del AWA: - Bobinas en buen estado - Detección de aislamiento débil

October 30, 2007 © SKF Group Slide 141

2015-10-07 © SKF Group Slide 71

Prueba de Impulso con modelos antiguos ST

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Prueba de Impulso con modelos antiguos ST

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge Estándar 43-1992 IEEE “Guia para el mantenimiento de aislamiento de máquinas eléctricas rotativas (5 hp to less than 10 000 hp)” Estándar IEEE Std 522-1992 para obtener información de procedimientos y requerimientos para pruebas de aislamiento entre vueltas de espiras (Ver [B14] para información detallada sobre la prueba de comparación de impulso o surge Estándar IEEE para la industria Química y Petrolera - Severe Duty Totally Enclosed Fan-Cooled (TEFC) – Motores de Inducción de Jaula de Ardilla — hasta e incluyendo 370 kW (500 hp): d) Los diseños de 2300 V y 4000 V deberán usar devanados impregnados a presión y en vacío, capaces de soportar un voltaje de impulso de 3.5 por unidad en un tiempo de crecida de 0.1 μs a 0.2 μs y de 5 por unidad en un tiempo de crecida de 1.2 μs o mayor. (1 por unidad equivale a 0.8165 V L-L .) El método y el instrumento a usar es definido por IEEE Std 522-1992

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge

pu = 0.816 * VL October 30, 2007 © SKF Group Slide 145

2015-10-07 © SKF Group Slide 73

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge

October 30, 2007 © SKF Group Slide 146

Resúmen de Voltajes IEEE 95-1977 VLine

Per Unit

EASA DC Hipot IEEE 522 Surge IEC 34-15

Baker

Min Test

Max Test

New

In Service

New

In Service

New

In Service

In Service

Vline * 1.25 x 1.7

Vline*1.5X 1.7

3.4*Vline+17 00

65% of New

3.5*pu

75% of New

4E+5000

65% of New

2E+1000

480

392

1020

1224

3332

2165

1372

1029

6920

4498

1960

575

469

1222

1466

3655

2375

1643

1232

7300

4745

2150

600

490

1275

1530

3740

2431

1715

1286

7400

4810

2200

2300

1878

4888

5865

9520

6188

6573

4930

14200

9230

5600

4160

3397

8840

10608

15844

10298

11888

8916

21640

14066

9320

6900

5634

14663

17595

25160

16354

19718

14789

32600

21190

14800

13800

11268

29325

35190

48620

31603

39437

29578

60200

39130

28600

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras Las pruebas en bajo voltaje no muestran problemas

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras Las pruebas en bajo voltaje no muestran problemas

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2015-10-07 © SKF Group Slide 75

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras - La prueba de impulso o Surge es la única prueba capaz de hallar aislamiento débil entre vueltas. - Fases 1 y 2 se muestran sin problemas.

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras - Fase 3 muestra aislamiento débil alrededor de 1000 V. - El problema no es un corto entre espiras, ni un desbalance de resistencias de bobinas. - Unico método para detectar aislamiento débil entre espiras.

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

Caso de Estudio #4: Aislamiento débil entre espiras Motor de 480 V. 60 HP 1760 RPM

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio #4: Aislamiento débil entre espiras Las pruebas en bajo voltaje no muestran problemas

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2015-10-07 © SKF Group Slide 77

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio #4: Aislamiento débil entre espiras - La onda de color blanca mostró un cambio en la frecuencia cuando se detectó aislamiento débil (ocurrió a los 1,490 V)

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Pruebas Estáticas con el AWA

Videos de las 5 pruebas

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6

Pruebas de L, C, Z, Angulo de Fase, D/Q, RIC

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

1. 2. 3. 4. 5.

Pruebas de Balanceo de Resistencia (Método Kelvin) Prueba de Resistencia de Aislamiento (Megado o Megeo) Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage) Prueba de Surge (Impulso) Modelos DX (adicionalmente):

6. L,C,Z (Ind., Cap., Imped., angulo d fase) 7. D/Q 8. RIC test (Rotor Influence Test)

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Medición de L, Z, C (Inductancia, Impedancia, Capacitancia, ángulo de fase)

October 30, 2007 © SKF Group Slide 158

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Z: Impedancia

Angulo de Fase

V I

V 360˚

10/7/2015 © SKF Group30, Slide 159© SKF Group Slide 159 October 2007

2015-10-07 © SKF Group Slide 80

I

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores ZL XL

φ: Angulo

L: Inductancia

R

Q: Calidad C: Capacitancia R

D: Disipación

XC

ZC

10/7/2015 © SKF Group30, Slide 160© SKF Group Slide 160 October 2007

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Examples: Winding Errors 1)

2) Mismo alambre, menos # vueltas Q1: R, L cambian? Q2: Z y φ cambian? Q3: Q cambia?

Alambre mas delgado, mismo # vueltas Q1: R, L, crece, decrece, igual? Q2: Z y φ? Q3: Q cambia?

Zreference Z2

XL

Z1

Z3

R 3) Mismo Alambre, igual # vueltas, bobina invertida Q1: R y L cambian? Q2: Z y φ cambian? Q3: Q cambia?

10/7/2015 © SKF Group30, Slide 162© SKF Group Slide 162 October 2007

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check) Podría hallar cuatro tipos de problemas en el rotor:

• • • •

Excentricidad Estática Excentricidad Dinámica Barras rotas en el rotor Posibles fallas en el Estator

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Prueba RIC (Rotor Influence Check)

October 30, 2007 © SKF Group Slide 164

Prueba RIC (Rotor Influence Check) Prueba RIC (Rotor Influence Check)

October 30, 2007 © SKF Group Slide 165

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Prueba RIC (Rotor Influence Check)

October 30, 2007 © SKF Group Slide 166

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check)

October 30, 2007 © SKF Group Slide 167

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Ejemplo de Excentricidad Estática – Prueba RIC

Variaciones de amplitudes de Peaks entre fases, implican Excentricidad estática.

Notar que las amplitudes de los peaks para cada fase se mantienen constantes.

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Ejemplo de Excentricidad Dinámica – Prueba RIC

Variaciones dentro de una fase Indica excentricidad dinámica (Baldor 125hp)

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check)

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check)

NO ES TOTALMENTE CONFIABLE!!!!

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7

Pruebas en otras Máquinas

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Motor de Rotor Bobinado

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Motor Sincrono/Generador

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Sincrono sin Escobillas

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Motor de CC/Generador

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Motor de CC/Generador

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Prueba Barra a Barra

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Span Test

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Pruebas Destructivas?

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Pruebas Destructivas o Diagnóstico Predictivo?

October 30, 2007 © SKF Group Slide 181

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