manual teoria final pdma

Equipo de Pruebas, s.a. de c.v.Equipo de Pruebas, s.a. de c.v.Equipo de Pruebas, s.a. de c.v.Equipo de Pruebas, s.a. de c.v. JOSEFA ORTIZ DE DOMINGUEZ N° 17 COL BARRIO CAPULA CP:54608

TEPOTZOTLAN ESTADO DE MEXICO TEL/FAX (55)5876 7626; 5876 7628

www.equipo-de-pruebas.com

1

1.1 INTRODUCCIÓN Los motores eléctricos son elementos que desempeñan un papel muy importante para el suministro de potencia mecánica en distintos tipo de aplicaciones, principalmente industriales. En la actualidad son considerados como el principal elemento convertidor de energía, además de las múltiples aplicaciones que ofrece.

Existen dos tipos de motores de acuerdo a su alimentación: motores de corriente directa y motores de corriente alterna, como la mayor parte de la generación de energía eléctrica es en corriente alterna, la mayoría de las aplicaciones de los motores trabajan con este tipo de alimentación.

El descubrimiento y desarrollo del motor eléctrico se traza en base al trabajo de varios científicos e ingenieros. A principios del siglo XIX el científico danés Hans Christian Orsted demostró que un flujo de electrones a través de un conductor genera un campo magnético. Después, para demostrar el empleo de este descubrimiento, el físico y químico inglés Michael Faraday construyó en 1821 un modelo preliminar del motor eléctrico en corriente directa. En 1870 el ingeniero eléctrico nacido en Bélgica Zéndoe-Théophile Gramme desarrolló el primer motor eléctrico comercial de corriente directa. En 1882 el científico croata-americano Nikola Tesla, después de visualizar el flujo magnético rotatorio y trabajando en la compañía Edison Continental en París, construyó el motor de inducción dando el primer paso a la utilización de máquinas de corriente alterna y considerándose el prototipo del motor eléctrico moderno.

La incursión del motor eléctrico contribuyó en gran medida a la enorme expansión de la industria durante el siglo XIX y XX.

El motor de corriente alterna presenta muchas ventajas respecto al motor de corriente directa, principalmente de construcción y de mantenimiento. En el diseño, el motor de inducción es muy conveniente para aplicaciones de velocidades constantes y en la actualidad el motor de inducción jaula de ardilla es el más utilizado debido a su sencilla construcción, bajo precio inicial y de operación, el poco mantenimiento que requiere y facilidad de instalación y reparación.

En campo de aplicación el motor de inducción se emplea en el 90% de las aplicaciones industriales y se prevé un futuro de mayor utilización a medida que se desarrollan los dispositivos electrónicos de control.

CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES ELÉCTRICOS.




2

1.2 COMPONENTES DEL MOTOR DE INDUCCIÓN El motor de inducción se compone básicamente de los siguientes elementos: a) Circuito del estator. b) Circuito del rotor. c) Carcaza. d) Elementos auxiliares: tapas, ventilador, bornes, chumaceras, tornillos de sujeción,

cajas de conexión y su base. En la figura 1.1 se muestra un motor de inducción jaula de ardilla seccionado, y los elementos que lo componen.

Figura 1.1 Componentes del motor de inducción jaula de ardilla

Ventilador

Empaque

Empaque




3

1.2.1 ESTATOR

El estator está formado por espiras de conductores de cobre, que están dentro de paquetes de láminas de acero al silicio, los conductores se colocan en ranuras que tiene el núcleo de acero, y dependen del tamaño del motor (figura 1.2). Las espiras de conductores de cobre se impregnan totalmente con múltiples capas de barniz.

Figura 1.2 Estator de un motor de inducción jaula de ardilla

1.2.2 ROTOR

Existen dos tipos de rotores en los motores de inducción: jaula de ardilla y rotor devanado. El rotor jaula de ardilla (figura 1.3) se compone de barras de aluminio las cuales se funden al acero del rotor quedando en forma de una jaula, también tiene anillos laterales que cortocircuitan las barras (figura 1.4).




4

Figura 1.3 Rotor de un motor de inducción jaula de ardilla

Figura 1.4 Anillos de corto circuito del rotor




5

Las ventajas que presenta el motor con rotor tipo jaula de ardilla son:

a) Costo inicial bajo. b) Construcción simple. c) Es compacto. d) No produce chispas (no tiene escobillas). e) Tiene poco equipo de control.

Las desventajas que presenta son:

a) Corriente de arranque relativamente alta. b) Par de arranque fijo.

El rotor devanado tiene un embobinado a través de ranuras en el acero, su arreglo depende del número de polos y de fases (figura 1.5).

Figura 1.5 Motor de inducción de rotor devanado

Las ventajas que presenta el motor con rotor devanado son:

a) Alto par de arranque con corriente baja. b) Operación a plena carga con bajo deslizamiento. c) Se puede cambiar el deslizamiento mediante la variación de la resistencia del rotor por

medio de un banco de resistencias en estrella conectado a los anillos rozantes.




6

1.2.3 CARCAZA

La carcaza es el elemento que contiene al estator y los elementos auxiliares del motor, así como la caja de conexiones y los datos de placa (figura 1.6).

Figura 1.6 Carcaza de un motor de inducción

1.2.4 ELEMENTOS AUXILIARES

Los elementos auxiliares son necesarios para reducir en gran parte las pérdidas mecánicas producidas por el movimiento del rotor. Contienen las tapas con su guarda de baleros, así como el ventilador y los tornillos de sujeción (figura 1.9).




7

Figura 1.7 Elementos auxiliares del motor de inducción

1.2.4 SISTEMA DE AISLAMIENTO Las clases de aislamiento para motores deben operar sin falla bajo las siguientes circunstancias: esfuerzos eléctricos, esfuerzos mecánicos y condiciones ambientales. Las clases de aislamiento para motores son divididos en clases: Y, A, E, B, F y H, de acuerdo a la capacidad para soportar los efectos térmicos del sistema específico a capacidad nominal.

Nomenclatura Temperatura en (ºC) Materiales Componentes.

Y 90ºC Comprende materiales fibrosos, a base de celulosa o seda, no saturados, no inmersos en líquidos aislantes, y materiales semejantes.

A 105ºC Comprende materiales fibrosos, a base de celulosa o seda (típicamente), saturados con líquidos aislantes, y materiales semejantes.

E 120ºC Comprende algunas fibras orgánicas sintéticas..

B 130ºC Comprende materiales a base de poliéster y poliimídicos aglutinados con materiales orgánicos o saturados.

F 155ºC Comprende materiales a base de mica, amianto y fibra de vidrio aglutinados con materiales sintéticos, en general siliconas, poliéster o epóxidos.

H 180ºC Comprende materiales a base de mica, asbestos o fibra de vidrio aglutinados típicamente con siliconas de alta estabilidad térmica.

Tabla 1.1 Clases de aislamientos y capacidades térmicas




8

CAPITULO 2 PRINCIPALES ZONAS DE FALLAS EN MOTORES Y TÉCNICAS UTILIZADAS

PARA SU DIAGNÓSTICO

2.0 INTRODUCCIÓN El motor de inducción es uno de los equipos eléctricos de mayor aplicación en el ámbito industrial. Muchos de estos motores se utilizan en la industria, petrolera, minera y del acero, en donde una falla repentina puede tener graves consecuencias, por lo que resulta necesario asegurar su continuidad operativa mediante la detección oportuna de fallas incipientes originadas por los esfuerzos eléctricos, mecánicos y térmicos, a los que se someten durante su operación. Conocer a tiempo una falla incipiente permite planear la remoción del motor con fines de mantenimiento y reducir pérdidas de producción Las fallas incipientes reducen la vida de operación del motor e intrínsecamente producirán disminución en su eficiencia. De aquí nace la importancia de estudiar las seis zonas de falla en un motor de inducción. Cuando un motor desarrolla una falla no podemos determinar con seguridad cual es el problema que esta afectando el rendimiento de la máquina, es por esto que se analizan las seis zonas de falla en un motor eléctrico.

− Calidad de la energía. − Circuito de alimentación. − Aislamiento. − Estator. − Rotor. − Entrehierro.

2.1 CALIDAD DE LA ENERGÍA En el sistema eléctrico es frecuente la presencia de disturbios y problemas inesperados causados por el uso de cargas no lineales (aparatos de arco eléctrico, iluminación de arco, variadores de frecuencia, en general todos los equipos que utilizan componentes de electrónica de potencia), los cuales han aumentado los niveles de distorsión armónica en las señales de voltaje y corriente significativamente. La Distorsión Armónica Total por sus siglas en ingles (Total Harmonic Distortion), es una medida del alejamiento de la forma de onda de una función periódica cualquiera con respecto a otra con forma de onda senoidal pura. Este factor de distorsión, normalmente se expresa en porcentaje. La Distorsión Armónica de la onda del voltaje puede afectar perceptiblemente el funcionamiento del motor, esta distorsión armónica del voltaje en las




9

terminales del motor se traduce a flujos armónicos dentro del motor que aumentará las pérdidas y consecuentemente sobrecalentara al motor disminuyendo su eficiencia. Dado la problemática que presentan las armónicas, actualmente se han establecidos normas como la IEEE-519–1992, la cual establece los limites de distorsión armónica de voltaje y corriente de un 5% para sistemas eléctricos de potencia. 2.2 CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN El circuito de alimentación al motor es importante en su operación, este circuito se refiera a todos los conductores y conexiones que existen desde el punto donde se encuentra la fuente de alimentación, hasta las terminales de conexión del motor, estas conexiones pueden incluir:

− Los cortacircuitos − Los fusibles − Las conexiones en las terminales del motor − Los dispositivos de protección − Los conductores

Un proyecto en 1994, demostró que el 46 % de las fallas eran encontrados en los conectores y conductores del circuito de alimentación, estas fallas ocasionan que la eficiencia del motor baje. 2.3 AISLAMIENTO 2.3.1 ANTECEDENTES El aislamiento en cualquier equipo eléctrico es de gran importancia para su buen funcionamiento y eficiencia final. El sistema aislante es un componente esencial en las máquinas eléctricas, una de las mayores causas de salida de servicio de las máquinas eléctricas es la falla de su sistema aislante. Los sistemas de aislamiento en servicio están expuestos a altas temperaturas, alto voltaje, humedad, vibración, contaminación y otras fuerzas ambientales adversas; estos diferentes factores actúan al mismo tiempo e individualmente van desgastando o envejeciendo al aislamiento. Esta zona de falla se refiere a la condición del aislamiento a tierra. La deterioración del sistema de aislamiento, puede producir una situación insegura para el personal expuesto a la corriente de fuga. 2.4 ESTATOR Esta zona de falla se considera a menudo una de las zonas de falla más polémica, debido al desafío significativo en la detección y prevención de la falla del motor que rodea las bobinas del estator. Estas fallas se intensifican más en máquinas de alto voltaje, donde el tiempo de falla llega a ser mucho más corto. La zona de falla del estator identifica la salud y la calidad del aislamiento entre espiras, entre fases y entre bobinas.




10

Generalmente hablando, las bobinas del estator son el corazón del motor, produciendo el campo magnético, la corriente de inducción, y el esfuerzo de torsión que rota para dar vuelta al rotor y al eje. Hay dos maneras de designar la bobina del estator las cuales son:

• baja tensión • alta tensión.

Los mecanismos probables de una falla de la bobina del estator, pueden ser cortos entre espira-espira, corto entre fase-fase o una falla del aislamiento a tierra, estas fallas se manifiestan en desbalances inductivos. La falla del aislamiento a tierra, se cubre en la sección de la zona de falla del aislamiento. 2.4.2 AISLAMIENTO ENTRE FASES En una ranura con bobina de diferente fase, es preciso aislarlas entre si con un aislamiento denominado entre fases o separador. Este aislamiento, generalmente es un papel combinado con mica o con papel aislante fino. Un nombre comercial típico de este papel es “papel pescado”. 2.4.3 AISLAMIENTO ENTRE DEVANADOS En una ranura con bobina de una misma fase, es preciso aislarlas entre si con un aislamiento denominado entre devanados o bobinas. Este aislamiento, generalmente es un papel combinado con mica o con papel aislante fino. 2.4.4 AISLAMIENTO ENTRE ESPIRAS Cada bobina esta formada por varias vueltas, por lo que es necesario aislar cada vuelta de las demás, con un aislamiento de acuerdo a los volts por vuelta a los que se ha diseñado. Los materiales utilizados en el aislamiento entre vueltas en motores son, por ejemplo en motores de 2.3 kV son: esmaltes, algodón, seda, fibra de vidrio o asbesto. En motores que trabajan con tensiones del orden de 4.16 a 13.8 kV utilizan cintas de algodón o de fibra de vidrio, pero el mas utilizado es la cinta de mica 2.5 ROTOR El motor de inducción tipo jaula de ardilla se fabrica en diferentes modelos, esos varios tipos de diseños del motor, pueden afectar la severidad de un defecto en el rotor. La primera cosa que generalmente se nos ocurre cuando se discute el diseño de un motor de inducción es si las barras del rotor son de cobre o aluminio, o si las barras son fundidas o colocadas a presión en las ranuras y cortocircuitadas todas juntas en la parte final del rotor, utilizando anillos de corto circuito de cobre o aluminio. Las fallas en el rotor jaula de ardilla de motores de inducción no son fáciles de detectar. La ausencia de conexiones eléctricas en los devanados, dificulta la medición de las




11

corrientes inducidas en el motor. Aunque los devanados del rotor tipo jaula de ardilla son más robustos las fallas ocurren en máquinas de gran capacidad, donde estas se asocian con altas temperaturas en el rotor, porosidades por un mal proceso de fabricación, fuerzas centrífugas en los anillos de cortocircuito, particularmente durante el arranque, conexiones de alta resistencia, etc.

2.5.1 CAUSAS QUE GENERAN FALLAS EN EL ROTOR JAULA DE ARDILLA Las fallas en los motores ocurren por que son incorrectamente especificados para la aplicación que fueron designados. Las especificaciones de un motor reflejan las condiciones mecánicas, eléctricas y ambientales en las cuales el motor puede trabajar. Estas consideraciones son importantes por que soportan las causas que llevan al mecanismo a la falla. En el rotor la mayoría de las fallas son debido a una combinación de varios esfuerzos. En términos generales los esfuerzos se pueden clasificar como: Térmicos, Electromagnéticos, Residuales, Dinámicos, Ambientales y Mecánicos. A continuación se muestra como afectan estos esfuerzos en el rotor al contribuir con una falla prematura. 2.6 ENTREHIERRRO El entrehierro es la distancia entre el rotor y estator dentro del motor. En buenas condiciones esta distancia debe de ser igual a lo largo de la circunferencia entera, si la distancia no es igual a lo largo de la circunferencia entera, esto ocasiona que el flujo magnético en el entrehierro este variando y ocasione flujos desequilibrados en el rotor, estos desequilibrios magnéticos pueden causar movimiento en los devanados del estator provocando daños al sistema aislante. Las fallas en el entrehierro se inician por problemas mecánicos en las chumaceras, la excentricidad es el problema que afecta esta zona. La excentricidad ocasiona severos daños tanto en el rotor como en el estator y posible falla en la operación del motor. La excentricidad relacionada con ruido electromagnético y vibración, cambia como función del voltaje en terminales y condiciones de la carga. La excentricidad en el entrehierro puede causar ruido o problemas de vibración. Existen por diseño mecánico de la máquina diferentes tipos de excentricidad en el entrehierro que pueden ocurrir debido:

− El rotor es excéntrico al eje de rotación. − El núcleo del estator es excéntrico. − El rotor y estator son redondos pero no tienen el mismo eje de rotación. − El rotor y la flecha no tienen el mismo eje de rotación. − Cualquier combinación de lo anterior.

La excentricidad en el entrehierro se presenta en dos formas:

− Estática. − Dinámica.




12

CAPITULO 3 DATOS DE PRUEBA DEL MCE

El siguiente es el orden de prueba recomendado para evaluación de motores de CA con el MCE:

1. Verificación de la Influencia del Rotor (RIC) 2. Pruebas estándar 3. Índice de polarización (IP) o prueba de absorción dieléctrica (AD) 4. Voltaje a pasos

Para de C.C., se recomienda el siguiente orden:

1. Pruebas estándar 2. Índice de polarización (IP) o prueba de absorción dieléctrica (AD) 3. Prueba de Barra-a-Barra Del Conmutador 4. Voltaje a pasos

Se debe evaluar la condición de las siguientes zonas de fallas:

1. Circuito de fuerza 2. Aislamiento 3. Estator 4. Rotor 5. Entrehierro

La Tabla 3.1 muestra el área analizada usando las pruebas del MCE enumeradas.

Tabla 3.1: Pruebas del MCE

Pruebas del MCE Área RIC Rotor, Excentricidad del Entrehierro, Estator Prueba Estándar, RTG Sistema aislante Prueba Estándar, CTG Limpieza de devanados y de cables Prueba Estándar, Resistencia fase a fase Conexiones con Alta resistencia Prueba Estándar, Inductancia fase a fase Estator, Rotor, Excentricidad Entrehierro AD/IP Sistema aislante Voltaje a pasos Sistema aislante Barra-a-Barra Del Conmutador Bobinas de la armadura del motor de C.C.




13

VERIFICACIÓN DE LA INFLUENCIA DEL ROTOR (RIC)

Referencia Rápida




14




15

¿Qué es la verificación de la influencia del rotor? La verificación de la influencia del rotor (RIC) es una representación gráfica del acoplamiento magnético entre el rotor y el estator. El MCE aplica una señal de prueba a los devanados del estator, creando un campo magnético en los devanados. El rotor se gira manualmente en incrementos de grados específicos, causando que el campo residual alrededor del rotor, interactúe con el campo generado en lo s devanados del estator. El software WinVis grafica y presenta 3 gráficos fase a fase de la inductancia de la bobina del estator en milliHenrys (MH), la cual indica el afecto del campo residual del rotor en el campo generado en las devanados del estator, contra la posición del rotor (grados). La gráfica se analiza para identificar defectos del rotor y del estator, así como excentricidad entrehierro del motor. El RIC se debe realizar como línea base en motores nuevos, reparados, o motores en servicio. También, al incrementarse la inductancia promedio y el desbalance inductivo en la prueba estándar, se debe realizar la prueba del RIC para aislar un problema en el rotor, estator, o entrehierro. ¿Qué dice la prueba? Analizando las variaciones en el flujo magnético mientras que rota el rotor, se pueden identificar la excentricidad del entrehierro y los defectos del rotor. El RIC se puede también utilizar para confirmar defectos del estator. Un motor actúa de manera similar a un electroimán. El rotor actúa como el núcleo y el estator actúa como los devanados del electroimán. Una prueba del RIC, muestra cómo el magnetismo residual del rotor en diversas posiciones afecta la inductancia del estator. El campo magnético del rotor interactúa con la mayoría de los devanados del estator, por lo que la inductancia de la bobina cambia. Esta influencia causa patrones repetibles del cambio en la gráfica de la inductancia del estator, y puede utilizarse para identificar anomalías del motor. ¿Por qué es importante? Las barras rotas del rotor pueden causar calor y vibración extremos, que pueden dar lugar a fallas en el devanado del estator, en los rodamientos y a la pérdida de par del motor. La excentricidad, una falta de uniformidad del entrehierro entre el rotor y estator, puede causar la vibración excesiva y el contacto entre el estator y el rotor, lo que puede traer como consecuencia a una falla en el devanado y los rodamientos. Interpretación de resultados El análisis de una gráfica del RIC se hace siguiendo tres pasos, contenidos por el acrónimo PAC.




16

• P- Busque la variación de Pico a Pico de cada fase y la variación de Pico a Pico entre las fases.

• A- Verifique las Alarmas para el rotor de baja o influencia o excentricidad.

• C- Verifique con las Curvas características.

La Tabla 3.2 describe la condición del motor después de analizar la forma de onda.

Tabla 3.2 Análisis de la forma de onda

Condición Forma de onda

Normal Formas de onda senoidales trifásicas lisas o formas de onda no senoidales en el rotor de baja influencia.

Rotor Defectuoso Inductancia errática a través de los picos de las formas de onda o del desarrollo de la actividad sinusoidal en un rotor de baja influencia.

Excentricidad Variaciones inconsistentes en la amplitud de las formas de onda. La excentricidad estática causa a veces una separación constante en las tres ondas senoidales, acopladas con un desbalance inductivo bajo.

Rotor de Baja Influencia (LIR) En la mayoría de los casos la gráfica del RIC que resulta en un motor de inducción, muestra tres formas de onda senoidales. En algunas situaciones La gráfica que resulta no es senoidal debido a que el motor tiene un rotor bajo de la influencia (LIR). Un rotor de baja influencia es aquel que conserva poco o nada de campo magnético que pueda medirse, después de que se para el motor. Con el poco campo magnético residual que queda en el rotor, hay poca o nada de influencia en el campo magnético del estator durante la prueba de RIC. Las gráficas que resultan son líneas relativamente rectas, según lo mostrado en la Figura 3.1 Un motor con LIR, con poca o nada de actividad senoidal, es indicativo de un rotor sano.




17

Figura 3.1: Rotor de Baja Influencia en buena condición

El desbalance inductivo y la separación de las formas de onda, en este caso, siguen siendo efectivas para el análisis del estator. Lecturas balanceadas de la inductancia indican un estator en buenas condiciones. La eficacia de la inspección del entrehierro se reduce en las primeras etapas de una anomalía entrehierro. Sin embargo, la separación de la forma de onda ocurrirá conforme el rotor se acerque a un área del núcleo del estator. El software WinVis identifica e indica cuando un RIC se realiza en un motor con un rotor de posible baja influencia, se despliega un mensaje amarillo con la leyenda “Possible Low Influence Rotor”. Identificar un rotor de baja influencia es esencial analizar correctamente la gráfica del RIC. La gráfica del RIC de un motor en buen estado con un rotor de baja influencia presenta líneas relativamente rectas, como se muestra en la Figura 3.1. Sin embargo, cuando los problemas del rotor se desarrollan, las líneas tienden a ser más senoidales. Cuando los rotores de baja influencia desarrollan defectos, y estos empeoran, el rotor desarrolla un campo residual. Los gráficos iniciales de la línea recta del RIC desarrollarán una forma senoidal, según lo mostrado en los Figuras 3.2 a 3.4. Estas figuras muestran la evolución de una a cuatro barras rotas en el rotor.




18

Figura 3.2: Rotor de baja influencia





19


Alisamiento Durante la prueba de RIC, los grados que el rotor se debe mover entre cada medición y los grados totales de rotación para la prueba completa son determinados por el número de polos del motor. Los incrementos y la rotación son calculados automáticamente por WinVis. Se pueden reducir los incrementos lo que da por resultado más lecturas y proporcionan una resolución más alta de la curva. Ampliar los incrementos en grados o hacer pocas medidas da lugar a una resolución más baja y no se recomienda. El alisamiento ocurre cuando se realizan muy pocas medidas sobre una rotación especificada. Los puntos que resultan se encuentran demasiado apartados para demostrar la forma verdadera de la curva. Es decir el alisamiento produce un gráfico inexacto e incompleto debido a que no se toman suficientes puntos de referencia para revelar una figura verdadera de la curva. La Figura 3.5 muestra la gráfica de un motor con defectos de la barra del rotor. La Figura 3.6 muestra la gráfica del mismo motor afectada por los efectos del alisamiento.




20

Figura 3.5: Rotor con defectos en las Barras

Figura 3.6: Rotor con defectos en las Barras con alisamiento




21

Excentricidad La excentricidad es la desigualdad del entrehierro entre el rotor y el estator del motor. El entrehierro debe ser de la misma anchura todo alrededor. Si el rotor está arqueado, los claros en rodamientos incorrectamente ajustados, o las tapas del motor no se alinean correctamente, el entrehierro no será uniforme. El software WinVis determina la excentricidad y despliega una alarma en la gráfica del RIC. La Figura 3.7 muestra un gráfico de RIC que presenta excentricidad.

Figura 3.7: Excentricidad

Barras rotas del rotor Un motor con las barras rotas del rotor produce gráficas con anomalías en sus formas de onda, tales como Picos planos o una forma de onda dentada. Las variaciones erráticas en las formas de onda se repiten a partir de una fase a la fase próxima. Esto se muestra en la Figura 3.8.




22

Figura 3.8: Barras del rotor rotas

Defectos del Estator Dependiendo de la configuración del devanado (estrella o delta), los cortocircuitos de fase a fase o espira a espira, del devanado del estator puede resultar a un patrón del RIC de uno arriba y dos abajo o dos arriba y uno abajo. La Figura 3.9 muestra que una gráfica del RIC que exhibe el patrón de uno arriba y dos abajo y la Figura 3.10 un patrón del RIC dos arriba y uno abajo.

Figura 3.9: Uno arriba / dos abajo




23

Figura 3.10: Patrón tipo dos arriba / uno abajo

Para ayudar al análisis, compare el RIC con las lecturas de la resistencia fase a fase en la prueba estándar. Si las mismas fases se afectan resistiva e inductivamente, esto confirma un defecto del devanado. Si las lecturas de la resistencia no confirman esta condición, se debe evaluar el motor para determinar posibles problemas de excentricidad y del entrehierro. PRUEBA ESTÁNDAR Esta prueba se realiza en los estatores de motores de inducción y síncronos; y el estator, el rotor, y el banco de resistencias de motor de rotor devanado. Una prueba estándar se debe realizar como línea base en motores nuevos, reparados, y en servicio. También, la prueba estándar debe ser realizada periódicamente como una prueba de la condición general del motor. La prueba estándar proporciona la resistencia a tierra, la capacitancia a tierra, la resistencia fase a fase, y lecturas de la inductancia fase a fase.




24

Resistencia-a-Tierra (RTG) Referencia Rápida




25

¿Que es la Resistencia a Tierra? La resistencia es una medida, en Ohms, de la dificultad de transportar la corriente eléctrica a través de un medio cuando se aplica el voltaje. La medida de la resistencia-a-tierra es una prueba del sistema aislante realizado por el MCE en un motor desenergizado. Durante la medición de RTG, el probador del MCE aplica un potencial predeterminado de corriente directa, durante un tiempo predeterminado entre la fase 1 y tierra. Al final de la prueba, se registra la resistencia del aislamiento con respecto a tierra, en megohms.




26

¿Qué información proporciona? El valor de la resistencia a tierra (RTG) indica la limpieza y el estado del aislamiento. Cuando el aislamiento envejece, se desarrollan grietas y agujeros pequeños. También se convierte frágil en un cierto plazo, debido a que el conductor se expande y contrae al calentarse y enfriarse. Las variaciones del envejecimiento y de la temperatura también dañan la estructura molecular del aislamiento. Estos factores permiten que los contaminantes y la humedad, que se depositan en la superficie del aislamiento, penetren al conductor. Dado que la corriente sigue la trayectoria de menos resistencia, parte de la corriente del motor se desvía del circuito del motor a estas trayectorias alternas, y en última instancia a tierra. ¿Por qué es importante? Un valor bajo de RTG puede indicar que el aislamiento necesita ser limpiado, ser sumergido, o ser calentado en el horno. Si la condición que causa baja RTG no se corrige y el valor de RTG continúa cayendo, el aislamiento pudiese fallar totalmente y las devanados del motor podrían ser dañadas. Esto podría requerir un rebobinado completo del estator. Estableciendo niveles de advertencia Los niveles de advertencia, son determinados usando una combinación de los estándares aceptados de la industria, de los datos de fabricantes, y de los datos empíricos recogidos por PdMA durante la investigación y el desarrollo. Al ganar experiencia con el probador MCE, el usuario puede reducir el rango de valores aceptables. La condición del motor y lo crítico de su aplicación al proceso son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia. La norma IEEE Std. 43-2000 establece un estándar para el valor mínimo de la resistencia del aislamiento que se puede aplicar a la mayoría de los devanados hechos antes de 1970, todos los devanados de campo y de otros no incluidos en las excepciones enumeradas abajo. La ecuación para el valor mínimo de resistencia de aislamiento es:

En la fórmula:

• IR1min es la resistencia a tierra mínima recomendada del aislamiento, en megohms, a 40°C (104°F) en los devanados del motor

• kV es el voltaje nominal de fase a fase en kilovolts rms Ejemplos:

• Un motor de 480 voltios tiene un valor mínimo RTG de 1,48 megohms (480 voltios = .480 kilovoltios; 0.48 + 1 = 1.48 megohms).

• Un motor de 4160 voltios tiene un valor del mínimo RTG de 5,160 megohms (4160 voltios = 4,160 kilovoltios; 4,160 + 1 = 5,160 megohms)




27

WinVis calcula el valor mínimo aceptable de RTG usando esta ecuación. Este valor se corrige a 40 °C. WinVis proporciona la lectura de ambos, el valor de la RTG corregida de acuerdo a la temperatura, junto con el valor medido de RTG. Para aumentar la exactitud de comparaciones y tendencias, proporcione la temperatura real del devanado del motor analice la tendencia de la medida corregida. Las excepciones a la ecuación anterior son:

• La mayoría de las armaduras de C.C. y devanados de CA construidas después de 1970 (devanados preformados). Ese estándar es IR1 min = 100.

• La mayoría de las máquinas con bobinas del estator devanadas al azar herida y bobinas preformadas debajo de 1 kV. Ese estándar es IR1 min = 5.

Interpretación de resultados

Tres factores de prueba afectan el valor medido de RTG: temperatura, voltaje de prueba, y duración del voltaje aplicado. Para analizar la tendencia de manera precisa de la RTG para un motor en un cierto plazo, mantenga estos factores constantes. El MCE puede mantener constante el voltaje y el tiempo. La temperatura no puede ser controlada, por lo tanto es necesario corregir la temperatura. Cuando estos factores son idénticos para las pruebas entre motores similares que son correlacionados, entonces las lecturas corregidas por temperatura de RTG se pueden comparar para motores similares que funcionan bajo condiciones similares. Todas las lecturas de RTG deben ser corregidas por temperatura para los propósitos de análisis de tendencias y de comparación. La corrección por temperatura de la lectura se requiere debido a que la temperatura del sistema aislante bajo prueba, puede variar dependiendo de las condiciones de funcionamiento antes de la prueba, de las condiciones atmosféricas, o de la temperatura ambiente. El material del aislamiento tiene un coeficiente negativo de la temperatura lo que significa que las características de la resistencia varían inversamente con la temperatura. Es decir, la resistencia al flujo de corriente baja mientras que la temperatura del material sube. Una regla de dedo es que para cada 10°C de incremento de temperatura, la resistencia se reduce a la mitad.

La corrección por temperatura a 40 °C es utilizada por algunos y no es utilizada por todos. Por ejemplo, algunos equipos de prueba utilizan 25 °C. Es importante observar que todas las lecturas deben ser corregidas por temperatura al mismo valor común (p. ejem. 40 °C). Según lo indicado anteriormente, el software de WinVis corrige automáticamente la temperatura a 40°C y proporciona el RTG corregido por temperatura y el RTG medido. Las lecturas en megohms corregidas por temperatura se deben registrar y representar gráficamente para efectos de comparación en un cierto plazo. Si se observa una tendencia a la baja, se debe observar si existe suciedad o humedad en el motor. Una sola lectura no tendrá mucho significado respecto a la salud total del sistema aislante; una lectura de hasta sólo 5 megohms puede ser aceptable si está relacionada con una aplicación de baja tensión. Esta prueba, así como un la del índice de polarización, debe preceder siempre el uso de una prueba de alto potencial. Si están




28

presentes lecturas bajas de resistencia a tierra, esto indica una debilidad del aislamiento, esta condición debe ser corregida antes de aplicar esfuerzos adicionales al aislamiento. Un valor bajo de RTG, en niveles de precaución o alarma, indica una posible falla o una debilidad en el sistema aislante. Si el valor de RTG es bajo, aísle el problema ya sea en el circuito de suministro o en el motor. Suponiendo que la primera prueba fue hecha en el MCC, realice otra prueba en la caja de conexión del motor solo. Si el valor de RTG es más alto probando el motor, la falla está en los cables entre el MCC y el motor. Compruebe las conexiones en la caja de conexiones del motor, verifique la presencia de humedad en los ductos y examine los cables. Los cables pueden requerir limpieza, secado o reemplazo. Si el valor de RTG medido en la caja de la conexión del motor sigue siendo bajo, la falla está en el motor. Si el valor está en el nivel de precaución, el motor puede necesitar ser secado, limpiado en sitio o ser removido para limpieza y secado al horno. Si el valor se encuentra en el nivel de alarma, el motor puede necesitar ser rebobinado. Si el valor de RTG es menor que el mínimo marcado por el IEEE, busque una falla a tierra y solucione esta condición antes de arrancar el motor. La Tabla 3.4 muestra la correlación entre las lecturas de la resistencia a tierra (RTG) y la condición del motor y a sugiere acciones recomendadas.

Tabla 3.4: RTG, condición del motor, y acciones recomendadas

RTG Condición Del Motor

Acciones Recomendadas

Tendencia estable, comparativamente* alto valor

Bueno; margen máximo contra corriente de fuga.

Supervise el motor dentro del programa actual.

Tendencia a la baja Observe; la tendencia de la condición se debe analizar más a menudo.

Supervise el motor más con frecuencia.

Tendencia a la baja, lectura en la condición de precaución, comparativamente* valor bajo

Precaución; la trayectoria para la corriente de fuga a tierra se está desarrollando.

Un problema puede estar desarrollándose con la acumulación de la humedad o de la suciedad en el sistema aislante del motor. También, se debe inspeccionar el cable para verificar la presencia de humedad. Programar la limpieza y la inspección. Aísle la falla ya sea en el motor o en el cable de suministro de potencia. Monitoree más a menudo (Dependiendo si las condiciones de operación lo permiten) para definir mejor la tendencia. RTG disminuirá típicamente al aumentar la CTG.

Tendencia a baja, leyendo en la condición de alarma, comparativamente* valor bajo

Severo; la trayectoria para la corriente de fuga a tierra existe.

Falla a tierra aislada. Correlacionar con las lecturas de CTG. Localice defectos y repare o reemplace antes de volver al servicio.

* "Comparativo" o "Comparativamente" significa comparado a un motor idéntico en un ambiente similar.




29

Capacitancia-a-Tierra (CTG) Referencia Rápida




30

Puntos de ajuste para la alarma Comparación

de CTG a la

lectura de la

línea base

Condición Acción Recomendada

100 % de Incremento

Precaución Examine para saber si hay contaminación. Una capacitancia creciente en un motor en es una indicación de una contaminación creciente los devanados o circuito de suministro humedad es una causa común de esta situación, se deben energizar los calentadores de espacio para conservar la temperatura de las bobinas sobre el punto de condensación. Si la suciedad u otros contaminantes es la causa de este cambio de capacitancias entonces es necesaria una limpieza y secado al horno. Si no existe contaminación evidente, aumente la supervisión para determinar una tendencia.

200 % de Incremento

Alarma Compruebe la resistencia a tierra (RTG). Un aumento significativo en la lectura de la capacitancia a tierra indica que el aislamiento puede estar conduciendo mayores corrientes de CA a tierra. Si al mismo tiempo la lectura de RTG muestra una disminución considerable, se debe realizar una prueba de índice de polarización (IP) para determinarse que nivel del aislamiento tiene el motor. Si el IP es < 1 o es muy errático, se requiere una limpieza, y un secado en el horno.

¿Que es la Capacitancia a Tierra? La capacitancia es la capacidad de un material dieléctrico entre conductores, de almacenar energía cuando una diferencia de potencial existe entre los conductores. La medición de la capacitancia a tierra (CTG) es una prueba realizada por el MCE en un motor desenergizado. Durante la medición de la CTG, el probador del MCE aplica un potencial de CA entre la fase 1 y tierra. La capacitancia del circuito del sistema aislante se mide. Este valor de la capacitancia refleja la limpieza de los devanados y de los cables. Una acumulación del material en la superficie de los devanados y de los cables da lugar a lecturas más altas de la capacitancia. ¿Qué dice la prueba? Un capacitor esta formado por cualesquiera dos materiales que conducen, llamados las placas, separadas por un material dieléctrico. El material dieléctrico es cualquier material que no puede conducir la corriente eléctrica. Un cable o el devanado del motor rodeado por el aislamiento son el arreglo de un conductor y el material dieléctrico. La segunda placa esta formada por el núcleo del estator y el acero de la carcaza del motor.




31

El valor de la capacitancia a tierra (CTG) es indicativo de la limpieza del devanado y de los cables. Mientras que la suciedad y los contaminantes se acumulan en devanados y cables, los valores de CTG aumentan. Una tendencia de aumento de CTG puede indicar que el motor necesita una limpieza. La capacitancia real en un motor varía la construcción y los materiales. Un valor de una sola medición de CTG no se puede utilizar para emitir un diagnóstico. Se debe analizar una tendencia de los valores de CTG en un cierto plazo, para determinar la condición del motor. Normalmente, cuando el exterior del aislamiento está limpio y seco, es un buen aislador. Cuando la suciedad, la humedad, y otros contaminantes comienzan a cubrir los devanados del estator, hacen de las superficies externas del aislamiento elementos conductores. Dado que esta superficie está en contacto con la tierra, establecen una trayectoria de la corriente de CA a tierra. Los cables en el circuito principal también están sujetos al mismo efecto, cuando la humedad penetra la cubierta externa. La limpieza de las devanados y de los cables puede ser determinada analizando el valor de CTG. Con una acumulación del material sobre ellos, los devanados y cables sucios producen valores más altos de la capacitancia que los limpios. Con el tiempo, los valores de CTG se incrementan constantemente lo que indica una acumulación de la suciedad y que una limpieza del motor es necesaria. Esto se puede correlacionar con la disminución de valores de la RTG. ¿Por qué es importante? La suciedad y la contaminación reducen la capacidad de los motores para disipar el calor generado por su operación, dando por resultado el envejecimiento prematuro del sistema aislante. Una regla de dedo generalizada es que la vida del motor disminuye el 50% para cada aumento de 10°C (50°F) en temperatura de funcionamiento sobre la temperatura del diseño del sistema aislante. El calor incrementa la resistencia de los materiales conductores y daña el aislamiento. Estos factores aceleran el desarrollo de grietas en el aislamiento, proporcionando las trayectorias para los flujos de corriente a tierra. Si la capacitancia es más alta que normal, una lectura baja de RTG indica que tal trayectoria ya puede existir. Ajuste de niveles de advertencia Los niveles de advertencia de fábrica, se basan en datos empíricos obtenidos por PdMA mediante la investigación y el desarrollo. Al ganar experiencia con el probador MCE, el usuario puede reducir el rango de valores aceptables. La condición del motor y lo crítico de su aplicación al proceso son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia. Los niveles de advertencia de default, para los valores de CTG en WinVis se basan en un porcentaje de cambio de la medición tomada como línea base. Esto es simplemente una advertencia de la comparación. Un aumento del 100% con respecto a la línea base produce un de precaución (amarillo en el despliegue de la computadora o subrayado en la copia impresa de un reporte). Un aumento del 200% con respecto a la línea base produce un mensaje de alarma (rojo en el despliegue de la computadora o en negrilla en la copia impresa de un reporte). Estos valores son guías. Ya sea




32

que los datos se recopilen en un solo motor o en motores similares operando en el mismo ambiente, los niveles de advertencia se deben reajustar para reflejar las condiciones específicas. Interpretación de resultados La Capacitancia a tierra es función de muchos factores. Por ejemplo, la CTG es influenciada por el diseño de cada motor individual, de la longitud del cable entre el MCE y el motor, del tipo de aislamiento en los devanados del motor y los cables y del número y tipo de conectadores en el circuito. Por lo tanto, una comparación de varios valores de CTG es más reveladora de la condición de un motor que el análisis de un solo valor de CTG. Un motor nuevo o recientemente reparado puede tener una lectura muy baja o cero de CTG. Un valor normal de la capacitancia puede variar de motor a motor y no es un valor absoluto. CTG debe ser analizado mediante las tendencias de las lecturas en el mismo motor o comparando los valores tomados en motores similares, con historiales similares, operando bajo las mismas condiciones. Si la CTG aumenta al pasar el tiempo, la suciedad, la humedad, y/o los contaminantes se están acumulando en los devanados, los cables, o ambos. Un alto valor de CTG, en niveles de Precaución o Alarma, indica contaminación excesiva en la superficie del aislamiento. Los capacitores para protección contra sobretensiones, se utilizan en algunos circuitos y afectan las lecturas de CTG. Siempre que sea posible, las pruebas de CTG se deben realizar con los capacitores conectados y también desconectados, para determinar la salud de los capacitores. Esto permite analizar la tendencia del estado de los capacitores, así como la CTG del motor. La Figura 11 muestra una prueba estándar con los capacitores desconectados (10:21:58) y con los capacitores conectados (11:51:43).




33

Figura 3.11: Historial de las pruebas estándar del MCE de un estator

La tabla 3.5 muestra una comparación de motores similares que funcionan bajo las mismas condiciones. Observe la variación en los valores de CTG. Los motores 3 y 4 muestran los niveles más altos de la contaminación.




34

Tabla 3.5: Comparación de valores en motores similares

La tabla 3.6 muestra una correlación entre las lecturas de CTG, la condición del motor, y las acciones recomendadas.




35

Tabla 3.6: Condición del motor y acciones recomendadas contra CTG

CTG Condiciones Del

Motor


Tendencia estable, < del 10% del cambio de la línea base, comparativamente* valor bajo

Bueno; margen máximo contra corriente de fuga.

Supervise el motor dentro del programa actual.

Entre el 10% y 100% de cambio de la línea base, comparativamente* valor bajo

Observe; la tendencia de la condición se debe analizar más a menudo.

Supervise el motor más con frecuencia.

Tendencia ascendente, entre el 100% y el 200% de cambio de la línea base, comparativamente* valor medio.

Precaución; la trayectoria para la corriente de fuga a tierra se está desarrollando.

Un problema puede estar desarrollándose con la acumulación de la humedad o de la suciedad en el sistema aislante del motor. También, se debe inspeccionar el cable para verificar la presencia de humedad. Programar la limpieza y la inspección. Aísle la falla ya sea en el motor o en el cable de suministro de potencia. Monitorear más a menudo (Dependiendo si las condiciones de operación lo permiten) para definir mejor la tendencia. RTG disminuirá típicamente al aumentar la CTG.

Tendencia ascendente, cambio mayor al 200% de la línea base, comparativamente* valor alto.

Severo; la trayectoria para la corriente de fuga a tierra existe.

Correlacionar con las lecturas de RTG. Realice la inspección del sistema aislante. Limpie el motor.





36

La tabla 3.7 muestra una correlación entre las lecturas de RTG y de CTG, la condición del motor, y las acciones recomendadas.

Tabla 3.7: Condición del motor y acciones recomendadas contra RTG/CTG

RTG CTG Condiciones

del Motor


Muy alto u OVR <1000 pF Indeterminado La punta de prueba de tierra (verde) puede no estar conectada con la misma tierra que el motor. Vuelva a conectar la punta de tierra y pruebe otra vez. Si las lecturas son iguales, asegúrese que el motor se encuentra correctamente aterrizado.

Tendencia estable, por arriba del mínimo de IEEE.

Tendencia estable, comparativamente* valor bajo

Bueno Supervise el motor dentro del programa actual.

Tendencia estable, por arriba del mínimo de IEEE.

Tendencia ascendente, valor comparativo* medio a alto

Satisfactorio para continuar en servicio

Supervise más a menudo (dependiendo de las condiciones operativas) para definir mejor una tendencia

Tendencia a la baja, por arriba del mínimo de IEEE

Tendencia ascendente, comparativamente * valor bajo

Satisfactorio para continuar en servicio

Aisle el motor del circuito de potencia. Vuelva a probar ambos para aislar el problema (limpie y seque en horno) o el circuito de potencia (limpie, seque, o substituya los cables). Compruebe el conducto para saber si hay agua. Supervise más a menudo (dependiendo de las condiciones operativas) para definir mejor una tendencia.

Tendencia a la baja, valor cercano al mínimo de IEEE

Tendencia ascendente, valor comparativo* medio

Sistema aislante deteriorado o dañado con acumulación de suciedad y de humedad.

Aisle el motor del circuito de potencia. Vuelva a probar ambos para aislar el problema (limpie y seque en horno) o el circuito de potencia (limpie, seque, o substituya los cables). Compruebe el conducto para saber si hay agua. Supervise más a menudo (dependiendo de las condiciones operativas) para definir mejor una tendencia.

Debajo del mínimo de IEEE, tendencia no importante

Tendencia ascendente, arriba valor comparativo* alto

Circuito del motor en condiciones severas

Corregir falla a tierra antes de encender el motor. Aisle el motor del circuito de potencia. Vuelva a probar para identificar la falla, reparar o reemplazar.





37

Resistencia fase a fase Referencia Rápida




38

Puntos de ajuste para alarmas

Desbalance de

Resistencia


<600 v

Precaución

Verifique la presencia de cualquier circuito paralelo. Examine todas las conexiones en el circuito principal. Limpie y re-apriete según se necesite. Vuelva a probar para verificar la integridad de una reparación. Si la alta resistencia es interna al motor, informe al taller de reparación. Si no es necesaria una reparación inmediata, aumente la supervisión y determine una tendencia.

3%

>600 v

2 %

<600 v

Alarma

Verifique la presencia de cualquier circuito paralelo. Aísle y repare la alta conexión de la resistencia. Examine todas las conexiones en el circuito principal. Limpie y re-apriete según se necesite. Vuelva a probar para verificar la integridad de una reparación. Si la alta resistencia es interna al motor, informe al taller de reparación inmediatamente. El funcionamiento de un motor con un alto desbalance resistivo puede hacer circular altas corrientes de secuencia negativa y sobrecalentar el sistema aislante. Correlacionar con desbalance de voltaje y corriente del Emax.

4 %

>600 v

3%

¿Que es la resistencia de fase a fase? La resistencia es una medida, en Ohms, de la dificultad de transportar la corriente eléctrica a través de un medio cuando se aplica el voltaje. La resistencia fase a fase es una medida realizada por el MCE en un motor desenergizado. Durante esta medición, un potencial de C.C. se aplica a cada una de las 3 combinaciones fase a fase en un motor de CA y se mide la resistencia del circuito. Estos tres valores se insertan en una ecuación para determinar el porcentaje del desbalance de la resistencia, con respecto a uno. ¿Qué dice la prueba? La resistencia fase a fase es la resistencia de C.C. medida entre las fases del estator en un motor de CA y a través de las bobinas de la armadura y de campo en un motor de C.C.. Los valores reales de la resistencia fase a fase en un motor variarán con la temperatura, la construcción del motor, y los materiales usados. Supervise los valores fase a fase para un cambio con respecto a la línea base. La tendencia en la lectura fase a fase de la resistencia puede indicar el desarrollo de conexiones de alta resistencia. Los porcentajes del desbalance por arriba de los puntos de ajuste, indican conexiones de alta resistencia. La Figura 3.12, muestra una conexión del motor con daño debido a una conexión de alta resistencia.




39

Figura 3.12: Conexión del motor con daño por alta resistencia

Un aumento del desbalance de la resistencia o un cambio en el valor de la resistencia de fase a fase con el tiempo puede indicar uno o más de los siguientes:

• Fuga bobina a bobina, fase a fase o espira a espira. • Terminales o conexiones corroídas. • Terminales del cable o conexiones del bus flojas. • Devanados abiertos • Malos empalmes o soldaduras. • Portafusibles flojos, sucios, o corroídos de interruptores manuales de desconexión • Contactos flojos, gastados, o mal ajustados en arrancadores o interruptores del

motor. • Componentes mal seleccionados (materiales incompatibles, tamaños incorrectos,

etc.) • Conductores de calibre insuficiente.

¿Por qué es importante? Un alto desbalance de resistencia indica conexiones de alta resistencia en el circuito o el motor. Un desbalance de resistencia causa desbalances de voltaje y corriente, dando por resultado altas temperaturas en el motor y la potencial reducción de la vida del motor. La resistencia excesiva al flujo de la corriente en un circuito es preocupante desde los puntos de vista de la seguridad, de la conservación de energía, y de la vida del aislamiento. Los puntos de alta




40

resistencia en conductores generan calor tanto en el punto donde la alta resistencia está situada y en los motores trifásicos a los que se conectan. El caso más extremo del desbalance de la resistencia ocurre cuando un motor pierde una fase. Esta conexión hace fallar rápidamente al motor porque las fases restantes compensan aumentando la corriente de un 200% a 300% de normal. El rápido calentamiento los devanados que todavía están conectados destruyen el aislamiento que las rodea. Sin importar la fuente, algunos de los efectos del sobrecalentamiento en el motor incluyen:

• Una resistencia más alta debido al calor en materiales conductores adyacentes a la falla.

• Deterioro (envejecimiento acelerado) de los materiales aislantes adyacentes y de soporte.

• Incremento de consumo de energía en todos los casos • Fuego o falla en situaciones extremas

Ajuste de Niveles de Advertencia Los niveles de advertencia de fábrica, son determinados usando una combinación de los estándares aceptados por la industria, de los datos de fabricación, y de los datos empíricos obtenidos por PdMA mediante la investigación y el desarrollo. Los niveles de advertencia establecidos en fábrica, en el WinVis se basan en los valores reales y en un porcentaje de cambio respecto al del valor de línea base. Los niveles de advertencia de fábrica del MCE, se basan en la prueba en el MCC. Al ganar experiencia con el probador MCE, el usuario puede reducir el rango de valores aceptables. La condición del motor y lo crítico de su aplicación al proceso son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia. Interpretación de resultados En motores de inducción de CA, se utilizan los valores de la resistencia fase a fase y los desbalances de la resistencia para análisis de tendencias, localizar defectos, y para el control de calidad. En motores de C.C., utilice la tendencia y la comparación relativa para determinar la condición de los devanados en el motor. Esto incluye comparar las lecturas tomadas de motores idénticos que funcionan en condiciones similares y que la comparación de lecturas actuales contra las lecturas pasadas para el mismo motor. La resistencia del circuito es determinada por la longitud, el tamaño, la anchura, la composición, la condición, el tipo, y la temperatura de los conductores y de los conectores. Cuando dos materiales disímiles, tales como aluminio y cobre, están conectados ocurre una corrosión galvánica. Esta corrosión se convertirá eventual en una significativa conexión de alta resistencia. También, las conexiones inadecuadas causan el calentamiento del conductor, que aumenta resistencia aún más. Esto podría ser causado si solamente algunos hilos de un conductor o de porciones de un empalme soldado están conectados incorrectamente con un terminal o si se utilizan los conectores de tamaño insuficiente.




41

El desbalance de resistencia sobre el nivel de advertencia, ya sea en precaución o alarma, indica que existe un problema en el circuito de potencia o en los devanados del estator. Puede indicar una conexión de alta resistencia en el interruptor, o la caja de la conexión del motor. Primero, aísle el problema en el motor o el circuito. Refiérase a las lecturas de resistencia fase a fase individual para ayudar a aislar el problema en una fase. Los cambios en la temperatura causarán cambios en la resistencia. Compare las temperaturas entre la línea base y la última prueba para determinar una relación entre los valores de la resistencia. El conductor de cobre tiene un coeficiente positivo de la temperatura, por lo tanto si la temperatura aumenta, resistencia aumenta. También, busque las características siguientes que indican conexiones con defectos.

• Los cables de aluminio conectados a terminales marcadas para conductor de cobre solamente

• Decoloración del aislamiento o de los contactos • Aislamiento dañado que tiene grietas pequeñas, conductores pelados, o componentes

metálicos • Cables mal unidos en circuitos • Oxidación de los metales del conductor • Presencia de contaminantes, tales como suciedad

En el circuito de un motor trifásico, la resistencia en las trayectorias del conductor debe ser balanceada. Esto significa que el desbalance de resistencia debe estar tan cerca del 0% como sea posible. Como control de calidad, el desbalance de resistencia debe ser < 1% cuando la prueba se realiza en la terminales del motor (prueba de devanados del motor solamente). Un desbalance de resistencia ocurre cuando las fases tienen resistencias desiguales. La siguiente fórmula muestra como un desbalance resistivo puede dar lugar a un desbalance de voltaje. Esto produce un flujo de corriente desigual y calor excesivo.

En la fórmula: Vimb = desbalance de voltaje Rmax = valor máximo de la resistencia del devanado Rmin = valor mínimo de la resistencia del devanado FLA = grado del amperio de la carga completa del motor Vl = voltaje de línea 100 = convierte el número a porcentaje Cuando el voltaje que se aplica a través de las terminales del motor trifásico, es desbalanceado, corrientes circulantes, llamadas “corrientes de secuencia negativa", se inducen. Cuando estas corrientes de secuencia negativa están presentes, causan el calentamiento en los devanados. "El




42

manual de EPRI" (Instituto de Investigación de la Energía Eléctrica) para determinar la condición del aislamiento de grandes máquinas rotatorias, establece que “un desbalance de voltaje del 3,5% puede incrementar la temperatura un 25% en el devanado afectado por tales corrientes. EASA (Asociación de Reparadores de Equipos Eléctricos) dice que un desbalance de voltaje del 1% da por resultado un desbalance de la corriente del 6 al 7%. La Tabla 3.8 muestra una correlación entre las lecturas del desbalance de resistencia y la condición del motor, y sugiere acciones recomendadas. Tabla 3.8: Condición del motor y acciones recomendadas vs. desbalance resistivo

Desbalance de Resistencia Condiciones del Motor Acción Recomendada

Menos que el punto de ajuste de precaución* con tendencia estable.

Bueno Supervise el motor de acuerdo al programa actual.

Menos que el punto de ajuste de precaución* con tendencia ascendente.

Observe; satisfactorio para continuar en servicio

Supervise el motor con más frecuencia. Localice defectos, aísle la causa, y repárela como el tiempo se lo permita. Defectos posibles: conexiones flojas, contaminadas, corroídas; conexiones de alta resistencia; interruptores o conectores incorrectamente seleccionados.

Entre los puntos de ajuste de precaución y de alarma * con tendencia ascendente

Precaución; desbalance moderado; satisfactorio para continuar en servicio

Supervise el motor mensualmente para analizar tendencias. Localice defectos y repare en la primera oportunidad.

Sobre el punto de ajuste de alarma* (cualesquiera tendencia)

Severo; desbalance severo; corrija antes de arrancar el motor

Compruebe las conexiones, localice los defectos, y repárelos antes de arrancar el motor.

* Para motores de 600 Volts y menos, el punto de ajuste de precaución es 3% y el punto de ajuste de alarma es 4%; para motores de más de 600 voltios el punto de ajuste de precaución es 2% y el punto de ajuste de alarma es 3%. NOTA: Los ajustes de precaución y de alarma pueden cambiar sin aviso. Los resultados de la prueba estándar mostrados en la Figura 3.13 muestran el efecto de agregar 0,6775 ohmios de resistencia (que simula una conexión de alta resistencia) a la fase 2. La prueba en. 1:48 p.m. fue realizada antes de agregar la resistencia, la prueba en 2:53 p.m. fue tomada después de que la resistencia fue agregada.




43

Figura 3.13: Resultados de la Conexión de Alta Resistencia




44

Inductancia entre fases Referencia rápida




45

Puntos de ajuste para la alarma

% Desbalance

Inductivo


<600 v

Precaución

Realice un RIC. Un alto desbalance inductivo podría ser resultado de un problema en el rotor o estator. Una verificación de la influencia del rotor determinará al responsable. Compara los resultados del RIC con los ejemplos dados en la hoja de referencia del RIC o en la porción del análisis de datos del manual. Incrementar la frecuencia de prueba para análisis de la tendencia.

8%

>600 v

5 %

<600 v

Alarma

Realice RIC para determinarse si el rotor o el estator es el causante del problema. Si el causante del desbalance es el estator, se deben realizar acciones inmediatas para la reparación o sustitución del motor. Los problemas del estator del motor pueden llegar a ser rápidamente catastróficos. Si se determina que la fuente del alto desbalance es el rotor, entonces correlacione con análisis de la firma de corriente del EMAX para determinar la severidad de la falla.

12 %

>600 v

7%

Nota: Algunos motores exhiben valores de desbalance más arriba que los previstos producidos por el rotor. El rotor como la causa del desbalance es confirmada a través de la prueba de RIC y puede ser una característica del diseño. La prueba de análisis de potencia y análisis de corriente del EMAX, así como el análisis de la vibración se deben realizar bajo varias condiciones de carga para asegurar que este desbalance no reducirán la vida del motor.

¿Que es la inductancia de fase a fase? La inductancia es la característica, medida en Henrios, de un circuito o de un elemento de circuito que se opongan a un cambio del flujo de corriente, causando así cambios de la corriente y retrasándola a los cambios del voltaje. Es el proceso por el cual una carga es movida en un conductor por la presencia de un campo eléctrico. En conductores esto da por resultado una corriente. La inductancia fase a fase es una medición realizada por el MCE en un motor desenergizado. Indica la capacidad de una bobina de producir un campo magnético y puede ser utilizada para mostrar el aumento o disminución de esa capacidad. Durante esta medición, una señal de baja tensión y de alta frecuencia de CA se aplica a cada uno de las 3 combinaciones fase a fase en un motor de CA. Se mide la impedancia del circuito y se calcula la inductancia del circuito. Estos tres valores se insertan en una ecuación para determinar el porcentaje del desbalance de la inductancia, con respecto a cada uno.




46

¿Qué dice la prueba? La inductancia fase a fase prueba el circuito, las bobinas del estator, el hierro, y los componentes del rotor para determinar los desbalances inductivos e indica cuando estos desbalances no son satisfactorios. Los altos desbalances inductivos sobre ciertos niveles de advertencia pueden indicar lo siguiente: • Reparaciones de mala calidad • Defectos en cables principales o en los contactos del circuito de fuerza • Problemas de excentricidad del entrehierro (desbalance inductivo) • Trayectorias de fuga de fase a fase y bobina a bobina del estator (desbalance inductivo) • Porosidad del rotor y daños de la laminación (desbalance inductivo) • Barras o anillos de cortocircuito del rotor quebrados o agrietados (inductancia promedio) Los cambios de la inductancia pueden ocurrir cuando se desarrollan trayectorias de fuga. Estas trayectorias pueden ser internas en las bobinas del devanado, o directamente a tierra. Las trayectorias de fuga resultan de daños mecánicos (fricción), térmicos (calor generado en el motor), ambientales (humedad, las partículas de suciedad), o eléctricos (picos de voltaje) al sistema aislante de los devanados. En cortos de fase a fase y de vuelta a vuelta, el flujo de corriente puentea algunas bobinas, de tal modo que reduce la reactancia inductiva y aumentando la corriente en otras partes del motor, tales como las bobinas. La temperatura se incrementará en los conductores restantes y en el aislamiento circundante. Esto acelera el deterioro del aislamiento y puede causar un efecto de avalancha, ya que el calor produce más fallas del aislamiento, dando por resultado más trayectorias de fuga y más bobinas removidas del circuito, aumentando más la temperatura. Como resultado de las vueltas puestas en cortocircuito, quedan menos vueltas en el devanado de una fase dada, creando activamente el campo magnético sobre el cual el motor está funcionando, los otros devanados compensan para cumplir con los requerimientos de la carga en el motor. Estas devanados absorben más corriente que la normal en un motor balanceado, aumentando con esto la temperatura del devanado. Vea la Tabla 3.9 para la clasificación de la temperatura de los sistemas del aislamiento.




47

Tabla 3.9: Clasificación de la temperatura de los sistemas del aislamiento

¿Por qué es importante? Un desbalance inductivo causa vibraciones inducidas por el par a dos veces la frecuencia de línea (2FL). Esta vibración se puede ligar a la degradación mecánica o eléctrica. También, el desbalance inductivo puede contribuir a otros problemas, tales como daños en cojinetes y acoplamiento, aflojamiento de barras del rotor, y la falla del aislamiento en cabezales o en la salida de la ranura del estator. Identificar defectos del motor de manera anticipada, antes de que se causen daños significativos, reduce los costos de reparación y/o del rebobinado y evita tiempos muertos inesperados. Ajuste de niveles de advertencia Los niveles de advertencia, son determinados usando una combinación de los estándares aceptados de la industria, de los datos de fabricantes, y de los datos empíricos recogidos por PdMA durante la investigación y el desarrollo. Los niveles de advertencia de fábrica se basan en la prueba en el MCC. Al ganar experiencia con el probador MCE, el usuario puede reducir el rango de valores aceptables. La condición del motor y lo crítico de su aplicación al proceso son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia.




48

Los niveles de advertencia preestablecidos en el WinVis se basan tanto en valores reales y el cambio de valor respecto a la línea base. Vea la Tabla 3.10 para los puntos de ajuste de los niveles de advertencias.

Tabla 3.10: Puntos de ajuste de los niveles de advertencia

Interpretación de resultados Al incrementarse la inductancia promedio y el desbalance inductivo, realice una verificación de la influencia del rotor (RIC) para localizar defectos fuera del circuito del motor. Muchos factores afectan las lecturas de la inductancia, incluyendo las bobina del devanado del motor, el hierro del estator, el rotor, el número de las barras del rotor, y la posición del rotor. Los capacitores para la corrección del factor de potencia y de protección contra sobretensiones también pueden afectar las lecturas de la inductancia de fase a fase. Siempre que sea posible, las pruebas de la inductancia de fase a fase se deben realizar con los capacitores conectados y también desconectados, para determinar la salud de los capacitores. Esto permite analizar la tendencia del estado de los capacitores, así como la inductancia fase a fase del motor. La Figura 3.14 muestra un diagrama de la conexión de los capacitores mencionados.




49

Figura 3.14: Diagrama de conexión de capacitores

Un alto desbalance inductivo, esto es un desbalance inductivo en niveles de precaución o alarma, puede indicar un posible defecto del devanado (vuelta a vuelta o fase a fase) o una excentricidad severa. Refiérase a las lecturas individuales de la inductancia de fase a fase para localizar la falla. Si no se ha realizado un RIC, realícelo para obtener información adicional. Si el desbalance inductivo y resistivo son altos, se debe buscar una bobina del estator en cortocircuito o abierta. Si el desbalance resistivo es bajo, la falla puede estar en el rotor o ser una característica del motor. Una anomalía de la jaula o barra del rotor puede no producir un gran desbalance inductivo en una sola prueba. Si el desbalance inductivo ha aumentado o es alto, realice un RIC para definir el problema. La vibración excesiva puede ser también un indicador del desbalance inductivo. Si nota altas lecturas de la vibración, realice la prueba de inductancia para corroborar los datos. Algunas pruebas de taller del motor pueden dar por resultado altos desbalances inductivos. Se puede requerir volver a probar un motor reparado o restaurado después de que haya funcionado con suministro normal energía trifásica para despejar el desbalance.

Capacitores contra

sobretensiones




50

La Tabla 3.11, muestra la correlación entre las lecturas del desbalance inductivo, condición del motor, y acciones recomendadas.

Tabla 3.11: Desbalance inductivo, condición del motor y acciones recomendadas Desbalance Inductivo Condición del

Motor


Menos que el punto de ajuste de precaución* con tendencia estable.

Bueno Supervise el motor de acuerdo al programa actual.

Menos que el punto de ajuste de precaución* con tendencia ascendente.

Observe; satisfactorio para continuar en servicio

Supervise el motor más con frecuencia. Realice a RIC. Identifique los posibles defectos, aísle la causa, y repárela si el tiempo lo permite. Posibles defectos: problema del estator o del rotor, excentricidad. Busque problemas mecánicos. Verifique la vibración para los defectos eléctricos en el rango de 7200 CPM (banda angosta, de alta resolución).

Entre los puntos de ajuste de precaución y de alarma * con tendencia ascendente

Precaución; desbalance moderado; satisfactorio para continuar en servicio

Supervise el motor mensualmente para analizar tendencias. Localice defectos y repare en la primera oportunidad.

Sobre el punto de ajuste de alarma* (cualesquiera tendencia)

Severo; desbalance severo; corrija antes de arrancar el motor

Realice el RIC. Correlacione diversas tecnologías. Localice los defectos, y repárelos antes de arrancar el motor.

* Vea la tabla 10 para los puntos de ajuste del nivel de advertencia. NOTA: Los ajustes de precaución y de alarma pueden cambiar sin aviso. La Tabla 3.12, muestra la condición del motor basada en la inductancia promedio y las acciones recomendadas.

Tabla 12: Inductancia promedio, condición del motor, y acciones recomendadas Inductancia

Promedio

Condición del

Motor


Estable Bueno Supervise el motor de acuerdo al programa actual.

Aumento Observe; aumente la supervisión

Supervise el motor más con frecuencia. Realice un RIC. Identifique los posibles defectos, aísle la causa, y repárela si el tiempo lo permite. Para posibles defectos del rotor, realice el análisis del rotor del EMAX y prueba de la vibración. Busque las bandas laterales alrededor de la frecuencia fundamental.

Decremento Observe; aumente la supervisión

Supervise el motor más con frecuencia. Realice un RIC. Identifique los posibles defectos, aísle la causa, y repárela si el tiempo lo permite. Para posibles defectos del estator realice el análisis de potencia del EMAX para la correlación de los valores de la inductancia y de la impedancia.




51

Índice de polarización y absorción dieléctrica Referencia Rápida




52

Puntos de ajuste para la alarma Valor de IP Condición Acción Recomendada

>2 Bueno No requiere acción inmediata

<2 Precaución Compruebe los calentadores de espacio. Si los calentadores de espacio no se energizan para conservar la temperatura del devanado por arriba del punto de condensación, la humedad se depositará en el aislamiento del devanado y puede causar un IP bajo. Si el tiempo lo permite, aísle la fuente que causa un bajo PI , separando el circuito de potencia del motor, separándolos en la caja de la conexión del motor y probando cada uno por separado. Si los valores de RTG son altos (> 100 MΩ) y el perfil del IP no tiene una pendiente descendente, entonces la salud del aislamiento es probablemente aceptable.

<1 Alarma Un IP bajo (< 1) indica una pendiente hacia abajo en el perfil del IP, y un problema serio en el sistema aislante. No se recomienda encender este motor y podría dar lugar a una falla catastrófica de las devanados bajo condiciones apropiadas. Si el valor bajo del IP es debido a un perfil errático y no a una pendiente gradual hacia debajo de la curva, la condición puede no ser severa. Se recomienda limpieza y/o un secado para corregir el perfil errático del IP.

Nota: si la lectura de RTG cae debajo del mínimo recomendado y el IP correlacionado indica una significativa corriente de fuga, una inspección y limpieza debe programarse con la posibilidad de una rehabilitación del motor en el taller. Si el IP no indica una falla inminente use debe realizar una prueba de voltaje a pasos para verificar la capacidad dieléctrica con un voltaje mayor al de línea. La humedad acumulada en los devanados durante un período de paro puede reducir los valores de RTG y del IP debajo del mínimo recomendado por IEEE. Si se sospecha la presencia de humedad, se debe secar el motor y puede ser necesario volver a probar. Una vez que se realice un IP toma algunos minutos al aislamiento, debido al efecto de polarización o carga, la vuelta a su estado original. Esto afectará cualquier lectura de la resistencia del aislamiento tomada después de una prueba de IP. Si se realiza posteriormente a una prueba de IP los valores de la RTG más altos pero un valor más bajo del IP. La referencia a la prueba de AD se ha eliminado de IEEE std.43-2000. ¿Qué es el índice de polarización y la absorción dieléctrica? El índice de polarización (IP) y la absorción dieléctrica (AD) son pruebas realizadas por el MCE en un motor desenergizado. Durante las pruebas del IP y de AD el probador MCE aplica un potencial de C.C. entre la fase 1 y las terminales de tierra, durante un tiempo predeterminado, diez minutos para la prueba del IP y de un minuto para la prueba de AD. Durante la prueba, se toman cada segundo las lecturas de la resistencia-a tierra. Cada cinco segundos el promedio de las lecturas de los cinco segundos anteriores se grafican en el despliegue de la RTG (megohms) contra el tiempo(segundos).




53

No es necesario realizar una prueba de AD si se está realizando una prueba del IP. Cuando se realiza una prueba del IP, WinVis automáticamente guarda el primer minuto como una prueba de AD y los 10 minutos como una prueba de IP. Cuando la prueba es completada, los cocientes para el IP y AD se calculan. El cociente del IP es calculado dividiendo la lectura de los diez minutos en megohms por la lectura a un minuto en megohms. El cociente de AD es calculado dividiendo la lectura a un minuto en megohms por la lectura a 30 segundos en megohms. El perfil del índice de polarización (IPP) y los cocientes de IP y AD son representativos de la condición del aislamiento que cubre los devanados del motor y el circuito de potencia. Nota: La referencia a la prueba de AD se ha eliminado de la norma IEEE Std. 43- 2000. La resistencia medida es determinada por el voltaje aplicado y la corriente que resulta (R=E/I). La corriente es afectada por varios factores, uno de los cuales es la condición del aislamiento. La corriente total es la suma de tres componentes; corriente de carga de la capacitancia, corriente de la absorción, y corriente de fuga. La corriente de carga de la capacitancia comienza muy alta y cae rápidamente después de que el aislamiento se haya cargado a voltaje pleno. Motores más grandes con una mayor capacitancia durarán más para ser cargados. La corriente de absorción comienza muy alta y después cae en una pendiente relativamente lenta dependiendo de la condición del aislamiento. La alineación de las moléculas produce una carga de oposición que causa la reducción en corriente de la absorción. La corriente de fuga es una corriente constante pequeña. Cuando el aislamiento está en buenas condiciones, la corriente debe mantener un valor constante. Si el valor aumenta en un cierto plazo es una indicación de los problemas del aislamiento. La Figura 3.15 representa gráficamente los cambios en las tres corrientes individuales y la corriente total a través de la prueba de IP/AD.

Figura 15: Pruebas de IP/AD

Fug




54

¿Qué dice la prueba? Las pruebas del IP y de AD se realizan en el estator de motores de inducción de CA, el estator y el campo de motores síncronos de CA, el estator, rotor, y el banco de resistencias de motores de CA de rotor devanado, y la armadura y el campo de motores de C.C.. Estas pruebas identifican las características dieléctricas del aislamiento mientras que se aplica un potencial constante de C.C.. Valores erráticos de RTG en cualquier momento durante la prueba es indicativo de transitorios de corriente de corta duración. Éstos pueden ser debidos a la contaminación o a la humedad. Un motor que falla en una prueba del IP NO SE DEBE someter a pruebas de alto voltaje. ¿Por qué es importante? Un valor bajo del IP puede indicar que el aislamiento necesita ser limpiado. Si un IP bajo es acompañado por un valor bajo de RTG la condición es más severa. Si la condición que causa el IP bajo no se corrige y el valor de RTG continúa cayendo, el aislamiento pudiese fallar totalmente y los devanados del motor podrían ser dañados. Esto podría requerir un rebobinado completo del estator. Si la condición que causa el IP bajo se corrige, una limpieza menos costosa del motor y un secado al horno, puede ser suficiente. Ajuste de niveles de advertencia Los niveles de advertencia establecidos en fábrica, son determinados usando una combinación de los estándares aceptados de la industria, de los datos de fabricantes, y de los datos empíricos recogidos por PdMA durante la investigación y el desarrollo. Al ganar experiencia con el probador MCE, el usuario puede reducir el rango de valores aceptables. La condición del motor y lo crítico de su aplicación al proceso son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia En Administración de Motores, de Richard Nailen, P.E., ofrece las siguientes recomendaciones, mostradas en la tabla 3.13, para interpretar cocientes del IP y de AD. Si el cociente del IP es menos de 2 o el cociente de AD es menos de 1.5, se debe verificar la degradación del aislamiento.

Tabla 3.13: Recomendaciones para los valores de IP/AD

Prueba Rechazado Aceptado

IP 1 a 1.5 2 a 4 AD < 1.25 >1.5

La IEEE 43-2000 recomienda los valores siguientes para los IP. Máquinas para tensiones de 10,000 Volts y menores, deben tener valores por lo menos tan grandes como los valores aceptables enumerados en la tabla 3.14 antes de entrar en operación o de someterse a una prueba de alto potencial.




55

Tabla 3.14: Valores de IP Recomendados por IEEE

Interpretación de resultados Las lecturas en megohms registradas durante la prueba de AD y/o IP se miden y se comparan para obtener cocientes. El objetivo del IP/AD es comparar y analizar la tendencia de un cociente, por lo tanto la corrección por temperatura es innecesaria. Durante la realización de la prueba, ya sea uno o diez minutos, la temperatura del sistema aislante no cambia mucho. Sin embargo, el IP que resulta puede ser inusualmente alto si la temperatura inicial del devanado es alta y una reducción en la temperatura del sistema aislante ocurre durante el tiempo de la prueba, tal como sucede inmediatamente después de que se detiene el motor. La reducción de temperaturas puede dar lugar a un aumento substancial en la resistencia del aislamiento entre las lecturas de uno y diez minutos. En este caso se recomienda que se repita la prueba a o por debajo de 40°C. También, si se realiza la prueba cuando la temperatura de la bobina está por debajo del punto de condensación, los efectos de la contaminación de la humedad debe ser considerado durante la interpretación. Las lecturas de RTG implican tres diferentes componentes de la corriente: capacitiva, absorción, y de fuga. La prueba del IP permite que las corrientes de carga y de absorción decaigan de tal forma que solamente se mide la corriente de fuga. Dado que un voltaje se aplica continuamente, el aislamiento sano se polariza lentamente y la corriente de absorción disminuye. Esto causa una subida constante en la resistencia hasta que la mayoría de la corriente es de la cantidad pequeña que se fuga a tierra. En un aislamiento deteriorado, la corriente de fuga es suficientemente alta para cubrir la corriente de absorción que disminuye y que proporciona pequeños incrementos en la resistencia al transcurrir el tiempo. El IP y AD se pueden utilizar tanto para una prueba de pasa o no pasa respecto a una norma y para un análisis de tendencia en un cierto periodo de tiempo. Las lecturas individuales se pueden comparar a los puntos de ajuste recomendados. Los instrumentos modernos y la sensibilidad de los microprocesadores han proporcionado a los técnicos las herramientas para diagnosticar sistemas del aislamiento de manera mucho más exacta que en el pasado. La representación gráfica de los datos en megohms durante la prueba del IP proporciona la información en tiempo real para los propósitos de diagnóstico. La capacidad de representar las lecturas en megohms gráficamente durante la prueba del IP incrementa la capacidad de análisis de datos por parte del técnico, ya que se proporciona un perfil del índice de polarización (IPP). Las lecturas en megohms obtenidas y graficadas de esta manera son repetibles, se puede analizar su tendencia, y se pueden utilizar para la evaluación inmediata. Las lecturas en megohms registradas, no requieren la corrección de la temperatura, según lo explicado anteriormente.

IP Clase A 1.5

Clases B,F,H 2.0




56

De acuerdo a la norma IEEE Std. 43-2000 “Si una resistencia de aislamiento medida a un minuto está sobre 5000 megohms, el IP calculado puede no ser significativo”. En tales casos, el valor del IP se puede desatender como medida de la condición del devanado, pero la prueba del IP se debe continuar para obtener el perfil del IP (IPP). Un buen IPP muestra una subida aguda seguida posteriormente por un incremento lento pero constante. Esto se muestra en la Figura 3.16.

Figura 3.16: Motor con aislamiento en buenas condiciones

Una tendencia a la baja, según lo mostrado en la Figura 3.17, sugiere condiciones de deterioro.

Figura 3.17: Motor con el aislamiento en malas condiciones




57

Trazos planos o erráticos indican transitorios de corriente de corta duración. Tales trazos indican el aislamiento debilitado o fallado, debido posiblemente a la contaminación o a la humedad en el circuito de fuerza o el motor. El análisis de la tendencia de los cocientes y de las IPP durante periodos de tiempo, permite la programación de limpiezas o reacondicionamientos antes de que ocurra la falla. Un valor bajo del IP o de AD, en los niveles de precaución o alarma, puede indicar un cambio o contaminación superficial excesiva y posiblemente una falla del sistema aislante. Véase la Figura 3.18 para un ejemplo de la sección del IP del historial de resultados.

Figura 3.18: Historial de resultados para el valor del IP y de D/A

Si el valor del IP o de AD es bajo, aísle el problema, discriminando entre el circuito o el motor. Si se asume que la primera prueba fue hecha en el CCM, realice otra prueba del CCM con las terminales del motor desconectadas. Si el valor bajo desaparece, el problema se encuentra en el circuito de fuerza. Si todavía persiste el valor bajo, pruebe el motor en la caja de conexiones del motor con los conductores al CCM desconectado. Si el valor bajo desaparece, el problema está en los cables entre el motor y el CCM. Si el valor bajo persiste, el problema está en el motor. Este proceso se presenta en la Figura 3.19.




58

Figura 3.19: Diagnostico de bajos valores de IP/AD

Examine los cables en la caja de la conexión del motor. Podrían requerir limpieza, secado, o el reemplazo. También, verifique la presencia de agua en el conducto. Si el IP o AD es < 1,0, localice una falla de tierra. Corrija esta falla antes de arrancar el motor. Circunstancias adicionales que deben considerarse son:

• La humedad o la contaminación en los devanados disminuye el IP




59

• El IP se puede bajar por ciertos materiales semiconductores que se utilicen para la eliminación de la corona en los cabezales de los devanados de algunas máquinas de CA de alta tensión.

• Realizar la prueba del IP en temperaturas ambiente menores que el punto de

condensación puede afectar significativamente los valores del IP. La tabla 3.15 muestra una correlación entre los valores del IP (y AD), la condición del motor, y las acciones recomendadas. Tabla 3.15: Valores del IP y de AD, condición del motor, y acciones recomendadas.

Valor de AD Valor de

IP

Condición del Motor Acciones Recomendadas

> 1.5 > 2.0 Buena Supervise el motor de acuerdo a programa actual.

1.25 – 1.5 1.5 – 2.0 Observación Supervise el motor con mayor frecuencia.

1.0 – 1.25 1.0 – 1.5 Moderada Los niveles de advertencia son tentativos y relativos. Aisle el motor o cables. Aumente la frecuencia de supervisión. Refiérase a la norma IEEE Std. 43-2000.

< 1 < 1 Severa Los niveles de advertencia son tentativos y relativos. Aisle el motor o cables. Corrija la falla a tierra antes de arrancar. Refiérase a la norma IEEE Std. 43-2000.




60

Prueba de voltaje a pasos Referencia Rápida




61




62

¿Que es la prueba de voltaje a pasos? El voltaje a pasos es una prueba controlada de sobrevoltaje en la cual el voltaje de C.C. de la prueba se aumenta en una serie uniforme de pasos en intervalos regulares de tiempo. La subsiguiente corriente de fuga, en los microamperes, se registra y se representa gráficamente. En este gráfico se examinan, durante y después de la prueba, los incrementos u otras variaciones de la corriente de fuga contra el voltaje aplicado, que sean posibles indicaciones de la debilidad del aislamiento. La prueba del voltaje a pasos es un proceso de aplicar un voltaje de prueba de C.C. durante una periodo específico de tiempo, de generalmente 60 segundos, y registrar la corriente de fuga a tiempos programados, generalmente 60 segundos, para una serie de pasos de voltaje hasta un nivel predeterminado del voltaje. El nivel y los pasos del voltaje aplicados y la cantidad de corriente de fuga permisible se fijan antes de comenzar la prueba. El voltaje máximo aplicado durante la prueba está normalmente bien por arriba del voltaje pico de CA. La humedad y la suciedad en el aislamiento se revelan generalmente en voltajes lejos de los esperados durante la operación. Los efectos del envejecimiento o del daño mecánico en el aislamiento bastante limpio y seco no se pueden revelar en tales niveles de baja tensión. Cuando el voltaje se aumenta en pasos para producir esfuerzos eléctricos, los cuales se aproximan o exceden a los que se tienen en servicio, serán observados en la resistencia del aislamiento los puntos débiles locales en el aislamiento. La tecnología avanzada ha eliminado básicamente el término "infinito" con respecto a valores de la resistencia a tierra. Los probadores avanzados alcanzan el rango de Teraohms, es decir 10 millones de millones de Ohms. Nuevas capacidades de prueba y la obtención automatizada de datos, han dado a los técnicos la capacidad de evaluar nuevos sistemas aislantes de motores. Estos adelantos en la obtención de datos proporcionan los datos que se pueden registrar y utilizar para la evaluación de las tendencias. ¿Qué dice la prueba? El uso de voltajes escalonados o en rampa de manera controlada, ofrece ciertas ventajas sobre las pruebas de aceptación. Observando la corriente medida durante la aplicación controlada del voltaje, las variaciones en corriente contra el voltaje aplicado pueden ser útiles en el diagnóstico de ciertos defectos y modos del deterioro. Las pruebas de sobretensiones controladas pueden también permitir la posibilidad de detectar problemas inminentes del aislamiento reconociendo anormalidades en la respuesta de la corriente medida, de tal modo permitiendo que la prueba sea detenida continuada antes de la falla del aislamiento. ¿Por qué es importante? La prueba de voltaje a pasos puede evidenciar problemas del aislamiento por ejemplo:

• Grietas o fisuras

• Contaminación superficial

• Resina mal curada

• Absorción de la humedad




63

• Delaminación

• Cavidades Ajuste de Niveles de Advertencia No hay niveles de advertencia asociados a la prueba de voltaje a pasos. Interpretación de resultados Para reducir al mínimo el efecto del cambio en la corriente de la absorción en la medición de la corriente, el voltaje de prueba se mantiene en cada paso permitiendo que ésta decaiga. No es práctico sostenerla hasta que el voltaje decae totalmente. Este efecto del decaimiento se muestra en el panel derecho de la Figura 3.20 y 3.21. La curva de la graficación de la corriente contra el voltaje registrado por el MCE, y desplegada en el panel izquierdo, debe ser casi lineal para un motor en buenas condiciones. La Figura 3.20 muestra una prueba de voltaje a pasos en un motor en buenas condiciones. El panel derecho refleja el voltaje en cada intervalo de tiempo. Si la curva se desvía de ser casi lineal, como se muestra en la Figura 3.21, se sugiere la interrupción de la prueba.

Figura 3.20: Voltaje a pasos en un motor en buenas condiciones




64

Figura 3.21: Posible ruptura del aislamiento

Comparación de los valores del MCE Compare los diversos resultados de prueba del MCE con cada uno de los otros obtenidos y con otras tecnologías. Cuanto más información tenga para tomar una decisión de mantenimiento, más confiado estará sobre su decisión. Utilice todas las tecnologías para maximizar esfuerzos de localización de fallas. Dado que otras tecnologías indican fallas, utilice el MCE para seguir los cambios en la condición del motor. La tabla 3.16 muestra una comparación entre los valores de prueba del MCE y las implicaciones de esos valores. La tabla 3.17 muestra cómo los valores de las pruebas del MCE se correlacionan con otras tecnologías. La tabla 3.18 compara zonas de falla del MCE con otras tecnologías.

Tabla 16: Valores de prueba del MCE y sus implicaciones

Cuando... Y... Verifique...

Aumentos de CTG RTG disminuye Humedad y contaminantes en el sistema aislante.

Aumentos de CTG RTG es constante Contaminación superficial del aislamiento.

El desbalance de resistencia es bajo

El desbalance de la inductancia es alto

Problemas con el rotor, tal como flecha flexionada, barras o anillos de corto circuito rotas o agrietadas, porosidad; defectos del estator; excentricidad.

El desbalance de resistencia es alto

El desbalance de la inductancia es alto

Problemas en el estator, por ejemplo fallas de espira a espira, corrientes de fuga fase a fase, devanado incorrecto, Daños del núcleo.




65

El desbalance de resistencia es alto

El desbalance de la inductancia es bajo

Problemas en el circuito de fuerza por ejemplo conexiones corroídas, contaminadas, o flojas; componentes no compatibles.

La inductancia disminuye (motores de

C.C.)

La resistencia decrece Cortocircuito en las devanados de la armadura o de campo.

La inductancia es constante (motores de

C.C.)

La resistencia aumenta Conexiones de alta resistencia.

Tabla 3.17: Comparación de valores de prueba del MCE

Valor de

Prueba MCE

Correlacione Con Cuando...

CTG y RTG

IP y AD La humedad y contaminantes están presentes en el sistema aislante.

Desbalance de la

Inductancia

Prueba de Vibración Inmediatamente después del corte de energía al motor, los niveles de vibración disminuyen perceptiblemente al colapsarse el campo magnético del motor.

Comparación de pulsos Corrientes de fuga ocurren de espira a espira o fase a fase en los devanados.

Análisis De la Vibración (7200 CPM)

El desbalance inductivo es mayor del 15% para motores trifásicos.

Análisis de Partículas Las vibraciones eléctricamente inducidas causan desgaste de cojinetes y coples.

RTG

Cualquier otra prueba de resistencia del aislamiento

Los valores de RTG están entre 0-2000 megohms (0-3 Teraohms con el módulo de 5 kV).

Desbalance

Resistivo

Prueba de arranque La alta resistencia limita el flujo de corriente disminuyendo el par e incrementando el tiempo de aceleración.

Temperatura / Termografía Desarrollo de conexiones de alta resistencia.

Monitoreo de las corrientes de las tres fases

El desbalance en las resistencias del circuito da lugar a corrientes de fase desbalanceadas.

Verificación De la Influencia Del

Rotor

Análisis de la firma de corriente del Motor

Ocurren barras quebradas del rotor, agrietamiento del anillo de corto circuito o conexión de alta resistencia.




66

Tabla 3.18: Zonas de falla, MCE vs. otras tecnologías

Tecnología

Zona De Avería MCE Vibración Comparación

de pulsos

Infrarrojo

Calidad de la Energía

Circuito de Potencia X X Aislamiento X X

Rotor X X Estator X X X

Entrehierro X X




67

CAPITULO 4 DATOS DE PRUEBA DEL EMAX

El siguiente es el orden recomendado para probar motores en operación con el equipo EMAX:

1. Análisis de corriente Corriente / Tiempo de Arranque Demodulación Resolución baja (o alta) Excentricidad

2. Análisis De Potencia

Si el motor está funcionando, se puede realizar ya sea el análisis de corriente o la prueba del análisis de potencia. Sin embargo, al realizar análisis la prueba del análisis de corriente, realice la prueba de alta o baja resolución seguida por la prueba de excentricidad. Consejos de prueba:

1. Establezca una tendencia: pruebe todos los motores una vez al mes durante los primeros tres meses.

2. Clasifique a los motores: pruebe los motores críticos trimestralmente; pruebe los otros motores semestralmente.

3. Localice averías: si se encuentran problemas, pruebe los motores con más frecuencia. Corrobore los resultados con todas las tecnologías disponibles.




68

CORRIENTE DE ARRANQUE Referencia Rápida




69




70

¿Que es la corriente y tiempo de Arranque? La prueba de corriente / tiempo de arranque se debe realizarse con el probador EMAX en motores energizados de inducción, síncronos, y de rotor devanado. La corriente más alta consumida por el motor ocurre normalmente durante el arranque del motor. El tiempo de arranque es el aquel que transcurre desde que aparece la corriente de arranque o in-rush y el punto donde el motor alcanza el estado estable. En esta prueba se registra la corriente rms durante todo el ciclo del arranque del motor. ¿Qué dice esta prueba? Los esfuerzos eléctricos y mecánicos más severos que se aplican a un motor, ocurren durante el arranque. Tanto como siete a diez veces el amperaje normal de plena carga puede absorber el motor durante el arranque. Supervisando la corriente / tiempo de arranque, pueden ser identificadas los defectos o las anomalías que son evidentes bajo estas condiciones, pero no durante la operación normal. Cada prueba de corriente / tiempo de arranque, dura hasta 60 segundos y registra la corriente rms en una fase. La fase que se probará y el tiempo de la captura de la prueba se seleccionan al principio de la prueba. La duración del arranque es la diferencia del tiempo entre el punto del in-rush y el tiempo en que el motor alcanza el estado estable. Bajo las mismas condiciones de funcionamiento, la amplitud de la corriente del in-rush no debe cambiar de una prueba a la siguiente. Los cambios en la amplitud de la corriente de arranque son causados por los cambios en las condiciones eléctricas, el rotor, o la salud del motor que se deteriora. El análisis de la tendencia y la comparación de la firma de la corriente y tiempo de arranque con la prueba de la línea base del motor, permite detectar indicaciones anticipadas de la degradación del rotor o del estator y de cambios de la carga o condiciones operacionales ¿Por qué es esto importante? La prueba de corriente / tiempo de arranque indica las anomalías en el estator, rotor, circuito de fuerza, calidad de la energía, y factores relacionados con la carga. Los defectos del estator pueden destruir el hierro del estator y el aislamiento de los devanados dando por resultado el reemplazo total del motor. Los defectos del rotor, tales como barras quebradas en un rotor de diseño de barra abierta, pueden dañar el hierro del rotor y volar al estator dañando el hierro y devanado del estator. Una alta resistencia en el circuito de fuerza puede aumentar las corrientes de secuencia negativas, creando eventualmente la pérdida de una fase del motor dando por resultado una severa sobrecarga y falla del devanado. Un alto o bajo voltaje en la calidad de la energía puede dar lugar a una posible saturación de los devanados, corrientes más altas, y posible sobrecarga del devanado del estator. Los cambios en la carga pueden ser indicativos de un defecto mecánico en proceso, que podría dar lugar eventualmente a una falla mecánica y a una posible sobrecarga de los devanados del estator. Todos estos factores pueden resultar en fallas catastróficas del motor y en tiempos muertos de la planta con costos significativos en la producción.




71

Fijando niveles de advertencia No hay niveles de advertencia asociados a la prueba de Corriente / tiempo de arranque. Interpretación de resultados Para entender totalmente la capacidad completa y el amplio uso de la prueba de corriente / tiempo de arranque para probar y a localizar fallas en los motores eléctricos, debemos entender que el componente de la corriente de arranque de la prueba y el componente del tiempo de arranque de la prueba son dos facetas totalmente diferentes de la prueba. Debemos también repasar la ley de Ohm y cómo se aplica a los motores en diversos condiciones de funcionamiento. Ley de Ohm:

Voltaje (V) = Corriente (I) x Resistencia (R) (V=IR)

ó

Voltaje (V) = Corriente (I) x Impedancia (Z) (V = IZ)

La resistencia (R) se refiere a la oposición al flujo de corriente en un circuito de C.C. La impedancia (Z) se refiere a la oposición al flujo de corriente en un circuito de CA. Generalmente hablando, nuestro interés en la ley de Ohm, mientras que se aplica a la prueba de corriente / tiempo de arranque, es solamente para el segmento de la corriente de la prueba. Si la resistencia o de la impedancia aumenta, por la ley de Ohm la corriente debe disminuir si el voltaje es constante. También, si la impedancia disminuye, por la ley de Ohm la corriente debe aumentar. Si el voltaje disminuye, por la ley de Ohm la corriente debe disminuir si la impedancia permanece igual. Hay ejemplos de estas situaciones en la discusión siguiente. La tabla 5.1 resume la ley de Ohm con respecto al voltaje, a la corriente, la resistencia, y la impedancia.

Tabla 5.1: Ley de Ohm con respecto a voltaje, a corriente, a resistencia, e impedancia

Resistencia (R)

Impedancia (Z)

Corriente (I)

Voltaje (V)

Incrementa N/A Decrece Constante N/A Incrementa Decrece Constante N/A Decrece Incrementa Constante N/A Igual Decrece Decrece

In-Rush. Parecería que la carga conectada a la flecha del motor sería un factor más importante en la corriente de arranque. Sin embargo, tiene muy poco efecto en la corriente de arranque del motor. Al momento de arranque del motor, la flecha se encuentra en reposo por lo tanto el motor se




72

encuentra en una posición de rotor bloqueado por un período de tiempo muy corto sin importar la carga acoplada. Por lo tanto, la ley de Ohm se aplica directamente. En el momento en que se activa el botón de arranque, el único factor que afecta la corriente es el voltaje aplicado y la resistencia o la impedancia del circuito. La tecnología de EMAX mide el pico más alto de la corriente instantánea inmediatamente después la aplicación del voltaje. Conociendo esto, permite que usted aplique la evaluación del segmento de la corriente de arranque de la prueba completamente a la salud del motor y no a la carga. Se espera que la amplitud de la corriente de arranque sea 5 a 7 veces la FLA de la placa de datos en motores más viejos y de 7 a 10 veces la FLA de la placa de datos en motores más nuevos. Sin embargo, algunos motores de inducción de CA presentan valores de corrientes de arranque por arriba de 10 veces de la FLA y son totalmente normales. Por esta razón es importante realizar un análisis de la tendencia de la información para reconocer cualquier anormalidad. ¿Si la corriente de arranque es más baja que la esperada, usando la ley de Ohm qué podría causar esto? Podía ser una tensión más baja con impedancia normal o una impedancia más alta con un voltaje normal. Un voltaje alto o bajo no puede ser determinado usando la prueba de la corriente de arranque, pero puede ser verificado realizando la prueba del análisis de potencia del EMAX, mientras que el motor se encuentre funcionando. Si los bajos valores de la corriente de arranque son resultado de una tensión más baja, la causa son la distribución de energía aguas arriba del motor. Los transformadores con taps incorrectamente ajustados, un mal diseño de ingeniería que causa mala distribución de la carga, o las conexiones de alta resistencia en el circuito de fuerza son ejemplos de las anomalías que podrían afectar el voltaje. Si las bajas corrientes de arranque son resultado de una impedancia más alta dentro del motor la causa puede ser temperaturas más altas del motor en el arranque o una vuelta abierta o con una conexión de alta resistencia en las bobinas del estator. ¿Si la corriente de arranque es más alta que esperada, usando la ley de Ohm qué podría causar esto? Podría ser un voltaje más alto con una impedancia normal o una impedancia más baja con un voltaje normal. Si la corriente de arranque más alta es un resultado de una impedancia más baja, la causa podría ser una vuelta puesta en cortocircuito en la bobina del estator o una temperatura más baja durante el arranque del motor. A menudo, si se deja sin verificar, una falla en el devanado del estator con la pérdida de algunas vueltas en el motor da por resultado al disparo del motor debido al cambio drástico en la impedancia del circuito. Es importante identificar un disparo instantáneo o con retraso. Un cortocircuito en el devanado del estator dará lugar a un disparo instantáneo. Por lo tanto, si viene el reporte dice que ha ocurrido un disparo instantáneo, el foco primario deberá en el estator o en el ajuste instantáneo del disparo del motor. La Figura 5.1 muestra el pico de la corriente de arranque.




73

Figura 5.1. Pico de corriente de arranque.

Arranque. El segmento de tiempo de arranque de la prueba se centra en la amplitud de la corriente inmediatamente después del valor de pico de la corriente de arranque, así como las características de la corriente a través del arranque al punto de la operación de estado estable. El tiempo requerido para que la corriente alcance un estado estable posterior a la corriente de arranque, es un componente crítico en el proceso de evaluación. Una vez que un motor comience a girar y la carga desempeña un papel en la demanda de corriente, la ley de Ohm no es más la referencia primaria en cuanto a porqué los cambios de corriente, sin embargo no es totalmente abandonada. Más que la ley de Ohm, es la ecuación de potencia la ecuación que gobierna la respuesta de la corriente al arrancar el motor.

P= √3 * V *I * fp

Donde: P = Potencia V = Voltaje I = Corriente fp = Factor de Potencia El impacto primario en la potencia es la carga. Si la demanda de carga aumenta, entonces la demanda de potencia y la corriente aumenta. Por lo tanto, los cambios en la carga afectan el valor




74

de la corriente después del arranque y el tiempo que el motor toma para alcanzar velocidad de estado estable. ¿Si la amplitud de la corriente que sigue inmediatamente a la corriente de arranque es más baja que en pruebas anteriores cual podría ser la causa? La ley de Ohm nos dice que una impedancia más alta podría ser la causa. Esto podría ser causado por anomalías tales como una bobina abierta del estator o una barra rota del rotor. Si una barra del rotor exhibe una alta resistencia, debido a una grieta o a una rotura, causará una impedancia más alta en la bobina del estator también. Esto causaría una corriente de arranque más baja, dando por resultado un par más bajo, y por lo tanto un mayor tiempo de arranque para mover la misma carga. ¿Si la amplitud de la corriente que sigue inmediatamente a la corriente de arranque es igual que en pruebas anteriores, pero se requiere más tiempo para alcanzar el estado estable cual podría ser la causa? Dado que la corriente de arranque es la misma, la ley de Ohm nos indica que no existe ningún cambio obvio en el rotor, el estator, la calidad de la energía o el circuito de fuerza. Esto deja a la carga como culpable primario. La prueba de arranque indicada un tiempo más largo para alcanzar el estado estable lo que significa que la demanda de corriente es alta por un período de tiempo más largo. Una demanda de corriente más alta significa que la demanda de la potencia permanece más alta por un período más largo del tiempo y el impacto primario en la potencia es la carga. Una causa posible puede ser un incremento en la carga o un defecto mecánico tal como defectos del acoplamiento, caja de engranes, rodamientos, etc. La amplitud de la corriente del arranque no se utiliza sólo para localizar problemas en el motor, sino que el tiempo requerido y las características de la curva de arranque por sí mismas se pueden también utilizar para localizar problemas en el motor. Cómo afecta el estado del motor a la corriente de arranque:

• La carga excesiva da lugar a un aumento en el requerimiento de potencia, lo que da lugar a un aumento en la corriente de arranque.

• Barras del rotor quebradas o agrietadas dan por resultado una impedancia más alta del rotor

y del estator. Una impedancia más alta da lugar a una corriente más baja. Una corriente más baja causa una reducción en el par del motor, lo que aumenta el tiempo de arranque del motor. Un arranque más largo se puede analizar con el tiempo para su identificación y puede dar lugar a un disparo retrasado del motor.

La Figura 5.2 muestra que un motor con un rotor en buen estado y la Figura 5.3 muestra un motor con anomalías del rotor.




75

Figura 5.2: Corriente de arranque de un motor con rotor en buenas condiciones.

Figura 5.3: Corriente de arranque de un motor con anomalías en el rotor.




76

ALTA / BAJA RESOLUCIÓN Referencia Rápida




77




78

¿Que es la prueba de alta / baja resolución? Una prueba de alta o baja resolución es realizada por el probador de EMAX en motores de inducción, síncronos y motores de rotor devanado. Ambas pruebas miden el mismo número de muestras. La diferencia entre los dos es la tasa de muestreo y la frecuencia máxima que se despliega. En baja resolución el tiempo de muestreo es aproximadamente 17 segundos con un tamaño de FFT de 0-480 Hz. En alta resolución el tiempo de la muestra es aproximadamente 34 segundos con un tamaño de FFT de 0-240 Hz. ¿Qué dice esta prueba? La prueba alta y baja resolución se utiliza para el análisis de las barras del rotor y la adquisición de la velocidad. El espectro de corriente se utiliza para identificar las bandas laterales de la frecuencia del paso del polo (Fp) y su amplitud asociada para determinar la condición del rotor. Después de que las bandas laterales y su amplitud han sido identificadas, la velocidad del motor se puede determinar y utilizar para el análisis de excentricidad. ¿Por qué es importante? Las barras rotas o fisuradas del rotor pueden causar el aflojamiento de la barra del rotor en la ranura del rotor y el debilitamiento del hierro que sostiene la barra del rotor en la ranura. Si la ranura abre permitiendo que las fuerzas magnéticas y centrífugas empujen la barra del rotor fuera de la ranura, ocurrirán daños severos a las bobinas del estator y el hierro del estator. Además, la vibración excesiva del motor que resulta de un rotor dañado puede causar fallas en los rodamientos. Fijando niveles de advertencia Los niveles de advertencia del defecto son determinados usando una combinación de los estándares aceptados de la industria, de los datos de fabricación, y de los datos empíricos obtenidos por PdMA durante la investigación y el desarrollo.




79

Figura 5.4: Sección de alta / baja resolución en el historial de resultados

La Figura 5.4 muestra la sección de alta / baja resolución en la tabla de resultados. La amplitud de Fp (1, 2, y 3) es la diferencia en amplitud entre la frecuencia de línea y los picos de Fp y son indicativos de la condición del rotor. Las amplitudes mayor de 54 indican un rotor en buenas condiciones; las amplitudes entre 54 y 45 indican una condición de observación; las amplitudes entre 45 y 36 indican una condición de precaución; y las amplitudes menores a 36 indican una condición severa. Esto se muestra en la tabla 5.4. Estos valores prefijados se programan en el software de WinVis. Al ganar experiencia con el probador de EMAX, se puede elegir reducir la gama de valores aceptables. La condición del motor y de lo crítico de su operación o aplicación en el proceso, son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia. Interpretación de resultados Barras quebradas del rotor dan por resultado altas temperaturas y pérdida de par en el motor. Evaluando la amplitud de las bandas laterales en Fp, EMAX indica barras rotas del rotor antes de que puedan ocurrir daños en las bobinas del estator. Con el desarrollo de la capacidad del análisis espectral, una simple señal de corriente abre la puerta a un nivel más alto de entendimiento en el análisis de la corriente. El análisis espectral de corriente utiliza el algoritmo de la Transformada Rápida de Fourier (FFT). Pasando una señal de corriente a través de una FFT identifica las frecuencias individuales y las amplitudes asociadas. En cualquier




80

señal de corriente pueden haber múltiples frecuencias diferentes, la mayoría de las cuales son enmascarado debido a la amplitud abrumadora de la frecuencia fundamental. La frecuencia fundamental en el análisis de vibraciones es la velocidad del motor, pero en el análisis de corriente de la potencia eléctrica, la frecuencia de línea es la frecuencia fundamental. La capacidad de la FFT revela que tipo de señales más pequeñas, pero con mayor información, existen en la señal de corriente. Son estas muy pequeñas señales, las que permiten que identifiquemos problemas, tales como excentricidades de los defectos de las barras del rotor y excentricidades del entrehierro entre el rotor y el estator. Los defectos de las barras del rotor son identificados en dos áreas del espectro de corriente. El primero son las bandas laterales de Fp alrededor de la frecuencia fundamental. Si la amplitud de estas bandas laterales alcanza un valor predefinido, los daños en la barra del rotor son probables. La actividad de las bandas laterales es creada por la modulación de la frecuencia fundamental. La modulación se refiere a la variación de la amplitud de pico-a pico de la frecuencia fundamental, la que puede ser producida por defectos del rotor. La modulación de la frecuencia fundamental en o cerca de Fp puede también de ser engañosa ocasionalmente y puede ser el producto de alguna otra anomalía o variación normal de la carga. Fp se puede calcular usando la ecuación siguiente. Fp = P x S Donde: Fp = Frecuencia de Paso Polar P = Número de Polos S = Deslizamiento Cuanto más alta es la amplitud y más los armónicos de la banda lateral, peor es el problema. La Figura 5.5 muestra múltiples armónicos de una banda lateral alta en FP lo que indica un motor con degradación de las barras del rotor.




81

Figura 5.5: Degradación de las barras del Rotor

La segunda indicación en el espectro de corriente, que se puede utilizar como una herramienta comparativa y para el análisis de tendencia son los 300 Hz, o la 5ª armónica y su actividad de bandas laterales asociadas. Las barras rotas reales del rotor crearán un desplazamiento de fase en el flujo del entrehierro en el rotor. Este desplazamiento de fase, designado a veces un efecto del remolino, creará bandas laterales de Fp alrededor de la 5ª armónica. Si la actividad de la banda lateral es presente alrededor de la frecuencia fundamental, pero no obvia alrededor de la 5ª armónica entonces se recomienda la correlación con otras tecnologías antes de hacer una evaluación final del estado del rotor. La Figura 5.6 muestra un ejemplo qué esperar en 300 Hz cuando existen barras rotas del rotor.

Figura 5.6: Barras rotas en el Rotor

Al revisar la tabla de resultados para la prueba de alta y baja resolución, los resultados de prueba más relevantes que se despliegan, son la velocidad en RPM, % de deslizamiento, frecuencia de Fp, amplitud de Fp, amperes rms, y % de amperes de carga plena.




82

La velocidad en RPM es la velocidad del motor calculada basada en la banda lateral de Fp seleccionada en el espectro. Si usted no selecciona una frecuencia de la banda lateral para una prueba, el valor es 0. Si hay alguna preocupación en cuanto a cual pico sea la banda lateral real de Fp en el espectro, obtenga la velocidad del motor a la hora de la prueba, dar ese valor en el recuadro de la velocidad del motor, y el software colocará el cursor en la banda lateral correcta de Fp. El % de deslizamiento es la diferencia entre la velocidad de la flecha y el campo magnético síncrono rotatorio del estator. Un aumento en el valor del deslizamiento puede resultar de un aumento en la carga o un defecto del rotor. Un aumento de valor del deslizamiento, aunado con un aumento de carga es normal. Un aumento de valor del deslizamiento aunado con una carga constante indica defectos en las barras del rotor. Esto se muestra en la tabla 5.2.

Tabla 5.2: Valor del deslizamiento, carga, y condición del motor

Valor de Deslizamiento Carga Condición del motor

Incremento Incremento Incremento en la Carga

Incremento Constante Defectos en las barras del rotor

La frecuencia de deslizamiento es la diferencia en Hz entre la velocidad de la flecha y el campo magnético síncrono rotatorio del estator. Un aumento en el valor de la frecuencia del deslizamiento puede resultar de un aumento en la carga o un defecto en de las barras del rotor. Si usted calcula la velocidad en la ventana de del espectro corriente y salva los datos, el valor del % de la frecuencia de deslizamiento se despliega en la tabla de resultados. La frecuencia de Fp es la frecuencia en la cual la banda lateral de Fp está situada en el espectro. Una disminución de la frecuencia de las bandas laterales de Fp puede ser resultado de un aumento en la carga o un defecto en las barras del rotor. Amplitud de Fp (1, 2, y 3) es la amplitud de la banda lateral de Fp y son indicativas de la condición del rotor. La diferencia entre la fundamental y Fp debe ser mayor de 54 dB. Las amplitudes entre 45-54 indican que los problemas en el rotor, podrían estar desarrollándose incluyendo barras agrietadas del rotor y uniones de alta resistencia. Las amplitudes menores de 45 indican que barras agrietadas del rotor y uniones de alta resistencia son probables. Vea la tabla 5.3 para un análisis más detallado.




83

Tabla 5.3: Amplitud de la banda lateral de Fp, condición del rotor, y acciones recomendadas

Amplitud De la

Banda lateral Fp

Condición Del Rotor Acciones

Recomendadas

>60 dB Excelente Ninguna 60-54 db Bueno Ninguna 54-48 dB Moderada Supervise el motor de

acuerdo a programa actual; Revise tendencia.

48-42 dB Grietas en las barras del rotor pueden estar desarrollándose; Posibles problemas con uniones de alta resistencia

Aumente la frecuencia de supervisión; Revise tendencia con detalle.

42-36 dB Probables barras del rotor rotas o fisuradas; Posibles problemas con uniones de alta resistencia

Realice prueba de vibraciones para confirmar problema y para determinar la severidad de estos.

36-30 dB Múltiples barras del rotor agrietadas o quebradas o fisuras en el anillo de corto circuito; posibles problemas del anillo colector y uniones

Reconstrucción tan pronto como sea posible.

<30 dB Múltiples barras del rotor agrietadas o quebradas o fisuras en el anillo de corto circuito; posibles problemas del anillo colector y uniones

Reconstruya o substituya tan pronto como sea posible.

El análisis de la condición del rotor se debe basar en la fase con el valor más alto de la banda lateral de Fp (menos negativa). La tabla 5.4 muestra el valor de Fp, la condición del motor y la acción recomendada. Estos valores de Fp se utilizan para determinar los niveles de advertencia en el EMAX.

Tabla 5.4: Valor de Fp, nivel de advertencia y acción recomendada Valor de Fp Condición del Motor Acción Recomendada

>54

Buena Supervise el motor de acuerdo a programa actual.

45-54 Observación Aumente la supervisión y correlacione con otras tecnologías.

45-36 Precaución Correlacione con otras tecnologías; Programe inspección en la próxima libranza.

<36 Severa Considere el tomar la acción inmediata




84

para parar el motor e investigar. La Figura 5.7 es un ejemplo de evaluación del nivel de dB de la banda lateral del paso de polos.

Figura 5.7: Evaluación de la amplitud de la banda lateral del paso de Polo.

Si la adquisición automática de la velocidad no está disponible, compare el % de FLA y el valor de la velocidad (RPM) a la velocidad de la placa de datos (NP velocidad) para verificar que el pico seleccionado es la banda lateral de Fp. Vea la Tabla 5.5.

Tabla 5.5: Valor de % FLA y de RPM

Si... Entonces...

% FLA está cerca 100% El valor de la velocidad (RPM) debe estar cerca de la velocidad (NP)

% FLA es menor que 100% El valor de la velocidad (RPM) debe ser más alto que la velocidad (NP)

% FLA es mayor que 100% El valor de la velocidad (RPM) debe ser más bajo que la velocidad (NP)

Amperes rms (1, 2, y 3) son los valores raíz cuadráticos medios de la señal de corriente. Éstos se pueden comparar a los cambios en los % del deslizamiento y frecuencia de deslizamiento para distinguir entre los cambios de la carga y los defectos posibles de las barras del rotor. Un aumento del deslizamiento o de la frecuencia de deslizamiento aunada con el aumento de valores de los Amperes rms debe ser resultado de un aumento en la carga. Un aumento del deslizamiento o de la frecuencia de deslizamiento aunada con el aumento de valores de los Amperes rms y ningún cambio en la carga, indica defectos de las barras del rotor. Vea La Tabla 5.6.




85

Tabla 5.6: Valor del deslizamiento, frecuencia del deslizamiento, carga, Amperes rms y condición

del motor

Deslizamiento o

frecuencia del

deslizamiento

Carga RMS AMPS

Condición Del

Motor

Aumento Aumento Aumento Normal

Aumento Constante Aumento Defectos de las Barras del Rotor

% de Amperes de plena carga (FLA) es el porcentaje de los FLA de placa en el cual el motor está funcionando. Se recomienda que el motor funcione por arriba del 70% de FLA para tener una buena relación señal a ruido y maximizar la efectividad de la prueba. Una operación en menos del 70% de FLA puede dar lugar a un mayor nivel de ruido y una relación pobre de señal a ruido. Las Figuras 5.8 y 5.9 muestran los espectros de baja resolución para los motores sin defectos en el rotor. La Figura 5.10 muestra un espectro de baja resolución un motor con fallas en el rotor.

Figura 5.8: Espectro de baja resolución, motor sin anomalías en el rotor




86

Figura 5.9: Espectro de baja resolución, motor sin anomalías en el rotor

Figura 5.10: Espectro de baja resolución, motor con anomalías en el rotor




87

EXCENTRICIDAD Referencia Rápida




88

Puntos de Alarma Picos de excentricidad


< 3 picos que exceden la línea amarilla de precaución

Buena No requiere Acción

3-4 picos que exceden la línea amarilla de precaución

Precaución Incremente la frecuencia de prueba y monitorear para una verificar una tendencia ascendente de los picos. Correlacione con la prueba del RIC del MCE para verificar excentricidad.

3-4 picos que exceden la línea roja de alarma

Alarma Correlacione con la prueba del RIC del MCE y aplique análisis de vibraciones para el análisis de la severidad del defecto. Si la correlación entre las diferentes tecnologías confirma una excentricidad, se debe para el motor, realizar una inspección visual y la corrección del defecto. Si el problema se identifica y es fácil corregirlo, se debe corregir y volver a probar para asegurar la reducción en la excentricidad.

¿Qué es la excentricidad? NEMA define excentricidad como una medida del centro de un grupo de conductores con respecto a la sección transversal del aislamiento. Se expresa como un porcentaje del desplazamiento de un círculo dentro de otro. Es decir la excentricidad es la falta de uniformidad del entrehierro entre el rotor y el estator. ¿Qué dice la prueba? Una prueba de la excentricidad se realiza en motores de inducción de, síncronos, y en motores de rotor devanado que se encuentran energizados. La excentricidad existe en un motor cuando el entrehierro entre el rotor y el estator no es uniforme. La excentricidad estática existe cuando el rotor está más cercano al estator en una posición estacionaria. Éste puede ser el resultado de un desalineamiento de las tapas. La excentricidad dinámica existe cuando el entrehierro entre el rotor y el estator varía mientras que el rotor gira. Esto puede ser el resultado de un rotor arqueado. ¿Por qué es importante? La excentricidad estática o dinámica da lugar a incrementos en la vibración y un potencial rozamiento de rotor y estator. Sin corregir, esta condición podría causar la falla catastrófica de los devanados del estator y/o reducir la vida de los rodamientos. Evaluando la frecuencia de excentricidad y sus bandas laterales asociadas, EMAX indica la condición del entrehierro.




89

Fijando Niveles de Advertencia Los niveles de advertencia de fábrica son determinados usando una combinación de los estándares aceptados de la industria, de los datos de los fabricantes, y de los datos empíricos obtenidos por PdMA durante la investigación y el desarrollo. Al ganar experiencia con el probador de EMAX, se puede elegir reducir la gama de valores aceptables. La condición del motor y de lo crítico de su operación o aplicación en el proceso, son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia dentro del WinVis. Interpretación de resultados Revise el espectro para identificar la primera y tercera armónica de la frecuencia de línea así como las bandas laterales alrededor de la frecuencia de excentricidad. Estas se denominan como bandas laterales de excentricidad. Cuando se han identificado estos armónicos y sus amplitudes, la condición del entrehierro entre el rotor y el estator puede ser evaluada. La frecuencia de la excentricidad es calculada multiplicando el número de las barras del rotor por la velocidad de la flecha (en Hz). La velocidad de la flecha (en Hz) es calculada dividiendo la velocidad del motor (RPM) por 60.

FECC = # de Barras x Sp(Hz)

Sp (Hz) = Sp (RPM)

60 La primera banda lateral de la excentricidad de la frecuencia de línea aparece en +/- 60 Hertz de la frecuencia de excentricidad. La tercera banda lateral armónica de la frecuencia de línea aparece en +/- 180 Hertz de la frecuencia de excentricidad. Estos valores se basan en la frecuencia fundamental que es 60 Hertz. Estos cuatro armónicos serán asíncronos a la frecuencia de línea. Esto significa que están en una frecuencia que no es número entero múltiplo de la frecuencia de línea (60). Por ejemplo, un pico de frecuencia en 1200 Hertz es el vigésimo armónico síncrono de la frecuencia de línea (1200/60=20). Sin embargo, un pico de la frecuencia en 1000 Hertz es un armónico asíncrono de la frecuencia de línea (1000/20=16.667). Si las bandas laterales de excentricidad no existen alrededor de la frecuencia de excentricidad, no existe problema. Supervise el motor bajo su programa establecido. Si estas cuatro bandas laterales de excentricidad existen pero son menos de 20 DB sobre el nivel de ruido, no hay preocupación inmediata. Coloque el motor en un modo de observación y supervise los cambios. Si estas cuatro bandas laterales de excentricidad existen y son mayores de 20 DB sobre el nivel de ruido, esto indica un nivel elevado de excentricidad en el motor.




90

La tabla 5.7 muestra las bandas laterales de excentricidad, la condición del motor, y la acción recomendada. Tabla 5.7 Bandas laterales de excentricidad, condición del motor, y acción recomendada.

Bandas laterales de

excentricidad

Condición del

Motor

Acción Recomendada

No existen Buena Supervise el motor de acuerdo al programa actual.

15 - 20 dB sobre el nivel de ruido

Precaución Aumente la frecuencia de prueba, observe, y supervise los cambios.

> 20 dB sobre el nivel de ruido Severa Correlacione con la prueba del RIC del MCE y análisis de vibraciones. Si la correlación entre las diferentes tecnologías confirma una excentricidad, se debe para el motor, realizar una inspección visual y la corrección del defecto. Si el problema se identifica y es fácil corregirlo, se debe corregir y volver a probar para asegurar la reducción en la excentricidad.

La Figura 5.11 muestra un espectro de excentricidad para un motor sin excentricidad. Las Figuras 5.12 y 5.13 muestran espectros de excentricidad para motores con excentricidad.

Figura 5.11: Espectro de excentricidad, motor sin excentricidad




91

Figura 5.12: Espectro de excentricidad, motor con excentricidad

Figura 5.13: Espectro de excentricidad, motor con excentricidad




92

ANÁLISIS DE POTENCIA Referencia Rápida




93

Punt

os d

e aj

uste

par

a A

larm

a

Acc

ione

s R

ecom

enda

das

**

Un

sobr

evol

taje

o b

ajo

volta

je f

uera

del

dis

eño

del m

otor

pue

de s

er p

erju

dici

al y

afe

ctar

neg

ativ

amen

te la

efi

caci

a de

l m

otor

. C

orre

laci

one

con

las

lect

uras

de

corr

ient

e y

el M

CE

par

a de

term

inar

la

fuen

te d

el p

robl

ema

y s

ubst

itui

rla

o

repa

rarl

a se

gún

lo r

eque

rido

.

NE

MA

MG

-1 r

ecom

iend

a qu

e u

n m

otor

no

sea

ope

rado

si

el d

esba

lanc

e de

l vo

ltaje

alc

anza

el

5%.

Un

alto

de

sbal

ance

de

volta

je p

uede

res

ulta

r en

una

con

dici

ón d

e re

cale

ntam

ient

o rá

pido

del

mot

or d

ebid

o al

exc

eso

de f

lujo

de

cor

rien

tes

de s

ecue

ncia

neg

ativ

a. S

i la

cau

sa d

el d

esba

lanc

e de

l vol

taje

es

iden

tific

ado

agua

s ar

riba

del

pun

to e

n el

cu

al s

e ha

cen

las

cone

xion

es d

el v

olta

je.

Mue

va l

as c

onex

ione

s de

l vo

ltaje

agu

as a

rrib

a y

ree

xam

ínel

as p

ara

iden

tific

ar l

a fu

ente

del

des

bala

nce.

A

ísle

y r

epar

e la

s co

nexi

ones

de

alta

res

iste

ncia

. E

xam

ine

toda

s la

s co

nexi

ones

en

el

circ

uito

de

fuer

za a

guas

arr

iba

de d

onde

el

Em

ax e

stá

cone

ctad

o.

Lim

pie

y re

apri

ete

segú

n lo

nec

esita

do.

Vue

lva

a pr

obar

par

a ve

rifi

car

la i

nteg

rida

d de

la

repa

raci

ón.

Ope

rar

un m

otor

con

un

alto

des

bala

nce

de v

olta

je

pued

e h

acer

cir

cula

r co

rrie

ntes

de

secu

enci

a ne

gati

va y

rec

alen

tar

el s

iste

ma

de a

isla

mie

nto.

Los

pic

os

de v

olta

je n

o in

flue

ncia

rán

drás

tica

men

te l

os v

alor

es d

e rm

s y

pue

den

muc

has

vece

s se

r i

dent

ific

ados

so

lam

ente

por

una

eva

luac

ión

del f

acto

r de

cre

sta.

Los

pic

os d

e vo

ltaj

e re

peti

dos

pued

en d

ar l

ugar

a d

años

al s

iste

ma

aisl

ante

de

man

era

sim

ilar

a la

s an

omal

ías

debi

das

a lo

s va

riad

ores

de

velo

cida

d.

Se d

ebe

volv

er a

pro

bar

par

a ve

rifi

car

que

los

pico

s so

n vá

lido

s.

Mir

e en

el

dom

inio

del

tie

mpo

el

volta

je a

esc

ala

com

plet

a pa

ra d

eter

min

ar l

a fr

ecue

ncia

del

pic

o de

vol

taje

. L

os tr

ansi

tori

os d

e vo

ltaj

e po

dían

ocu

rrir

deb

ido

a ot

ras

carg

as q

ue a

rran

can

y p

aran

y

pued

en s

er s

olam

ente

int

erm

itent

es.

Si

los

pico

s so

n co

nsta

ntes

una

cie

rta

form

a de

rea

ctor

de

líne

a pu

ede

ser

nece

sari

a pa

ra r

educ

ir a

l mín

imo

la in

tens

idad

del

pic

o de

vol

taje

.

Alto

s ni

vele

s de

dis

tors

ión

del

vo

ltaje

pue

den

de c

rear

pér

dida

s si

gnif

icat

ivas

de

pote

ncia

y r

ecal

enta

mie

nto

en e

l m

otor

y/o

tra

nsfo

rmad

or.

Sup

ervi

se l

os a

rmón

icos

ind

ivid

uale

s pa

ra d

eter

min

ar l

a fu

ente

de

los

arm

ónic

os e

in

crem

ente

la

frec

uenc

ia d

e pr

ueba

par

a de

term

inar

cua

lqui

er t

ende

ncia

o f

luct

uaci

ón e

n el

val

or d

e di

stor

sión

. R

eduz

ca l

a ca

rga

en e

l m

otor

de

acue

rdo

a N

EM

A d

e ac

uerd

o a

lo i

ndic

ado

en l

a pá

gina

de

resu

ltado

s.

Proc

ure

dete

rmin

ar l

a ca

usa

de l

a di

stor

sión

elim

inan

do c

arga

s no

lin

eale

s, v

aria

dore

s de

vel

ocid

ad, y

otr

os d

ispo

siti

vos

de l

a co

nmut

ació

n y

vuel

va a

prob

ar p

ara

veri

fica

r lo

s ca

mbi

os e

n la

dis

tors

ión.

Red

uzca

la

carg

a en

el

mot

or s

egún

NE

MA

seg

ún l

o pr

esen

tado

en

la p

ágin

a de

re

sult

ados

. Pr

ocur

e ai

slar

la

caus

a de

la

dist

orsi

ón d

esco

nect

ando

ca

rgas

no

line

ales

, va

riad

ores

de

velo

cida

d, y

otr

os d

ispo

siti

vos

de c

onm

utac

ión

y vu

elva

a p

roba

r pa

ra l

os c

ambi

os e

n la

dis

tors

ión.

U

na v

ez q

ue s

e aí

sle

la f

uent

e, m

odif

ique

el

sist

ema

de

dist

ribu

ción

par

a pr

even

ir e

sta

infl

uenc

ia d

e di

stor

sión

en

la s

eñal

de

la p

oten

cia

a tr

avés

de

la p

lant

a. C

onta

cte

con

el

fabr

ican

te d

e eq

uipo

de

la f

uent

e pa

ra la

mod

ific

ació

n.

Ala

rm

a

Vol

taje

+/-

10

%

+/-

3%

3 5 1

Prec

auci

ón

+/-

5 %

+/-

1%

2 3 0.8

Val

or d

e Po

tenc

ia

Lín

ea a

L

ínea

Des

bala

nce

Fact

or d

e C

rest

a

TH

D

HV

F




94

Punt

os d

e aj

uste

par

a la

Ala

rmar

Acc

ione

s R

ecom

enda

das

**

Exc

eder

la

ca

paci

dad

de

ampe

res

de

plen

a ca

rga

pued

e da

r lu

gar

al

sobr

ecal

enta

mie

nto

del

sist

ema

ai

slan

te.

R

eduz

ca

la

carg

a en

ca

so

de

nece

sida

d pa

ra l

imita

r la

cor

rien

te y

par

a ev

alua

r la

pla

ca d

e da

tos

del

mot

or

para

det

erm

inar

la p

rote

cció

n de

l fac

tor

del

serv

icio

. C

ompa

re lo

s v

alor

es d

e la

cor

rien

te f

unda

men

tal

cont

ra e

l va

lor

tota

l, y

la

dist

orsi

ón a

sí c

omo

el

fact

or d

e po

tenc

ia.

Alt

os n

ivel

es d

e d

isto

rsió

n o

un b

ajo

fact

or d

e po

tenc

ia

pued

en d

ar lu

gar

a un

a co

rrie

nte

exce

siva

par

a la

car

ga n

orm

al.

Los

alt

os d

esba

lanc

es d

e co

rrie

nte

pued

en s

er r

esul

tado

de

un

des

bala

nce

del

volt

aje

o de

la

impe

danc

ia s

in e

mba

rgo,

es

com

únm

ente

un

resu

ltado

de

una

cond

ició

n de

car

ga b

aja

norm

al y

pue

de s

er c

onsi

dera

do n

orm

al.

Vue

lva

a pr

obar

con

un

a ca

rga

más

alt

a pa

ra d

eter

min

ar l

a in

flue

ncia

de

la c

arga

. U

n de

sbal

ance

de

corr

ient

e >

10%

es

espe

rado

par

a un

mot

or d

esca

rgad

o.

Los

pic

os

de c

orri

ente

no

infl

uenc

iará

n dr

ásti

cam

ente

los

val

ores

de

rms

y

pued

en m

ucha

s ve

ces

ser

ide

ntif

icad

os s

olam

ente

por

una

eva

luac

ión

del

fact

or d

e cr

esta

. L

os p

icos

de

volta

je r

epet

idos

pue

den

dar

luga

r a

daño

s al

si

stem

a ai

slan

te d

e m

aner

a si

mila

r a

las

anom

alía

s de

bida

s a

los

vari

ador

es d

e ve

loci

dad.

Se

deb

e vo

lver

a p

roba

r p

ara

veri

fica

r qu

e lo

s pi

cos

son

váli

dos.

M

ire

en e

l do

min

io d

el t

iem

po e

l vo

ltaje

a e

scal

a co

mpl

eta

para

det

erm

inar

la

frec

uenc

ia d

el p

ico

de v

olta

je.

Los

tra

nsit

orio

s de

vol

taje

pod

ían

ocur

rir

debi

do

a ot

ras

carg

as

que

arra

ncan

y

pa

ran

y pu

eden

se

r so

lam

ente

in

term

iten

tes.

Si

los

pic

os s

on c

onst

ante

s un

a ci

erta

for

ma

de r

eact

or d

e lí

nea

pued

e se

r ne

cesa

ria

para

red

ucir

al m

ínim

o la

inte

nsid

ad d

el p

ico

de v

olta

je.

Exc

eder

la

ca

paci

dad

de

ampe

res

de

plen

a ca

rga

pued

e da

r lu

gar

al

sobr

ecal

enta

mie

nto

del

sist

ema

ai

slan

te.

R

eduz

ca

la

carg

a en

ca

so

de

nece

sida

d pa

ra l

imita

r la

cor

rien

te y

par

a ev

alua

r la

pla

ca d

e da

tos

del

mot

or

para

det

erm

inar

la p

rote

cció

n de

l fac

tor

del

serv

icio

. C

ompa

re lo

s v

alor

es d

e la

cor

rien

te f

unda

men

tal

cont

ra e

l va

lor

tota

l, y

la

dist

orsi

ón a

sí c

omo

el

fact

or d

e po

tenc

ia.

Alt

os n

ivel

es d

e d

isto

rsió

n o

un b

ajo

fact

or d

e po

tenc

ia

pued

en d

ar lu

gar

a un

a co

rrie

nte

exce

siva

par

a la

car

ga n

orm

al.

Ala

rma

Cor

rien

te

FLA

+

5%

10%

10

> 1

00%

Prec

auc

ión

> F

LA

6%

6

Val

or d

e Po

tenc

ia

Cor

rien

te

RM

S

Des

bala

nce

Fact

or d

e C

rest

a

% F

LA




95

Punt

os d

e aj

uste

par

a la

Ala

rma

Acc

ione

s R

ecom

enda

das

**

La

tens

ión

baja

y l

os d

esba

lanc

es r

esis

tivo

s (

< 1

%),

y l

os a

ltos

des

bala

nces

de

corr

ient

es

pued

en s

er r

esul

tado

de

las

falla

s de

l es

tato

r en

sus

pri

mer

as e

tapa

s o

falla

s de

l ca

paci

tor

para

co

rrec

ción

del

fac

tor

de p

oten

cia.

Los

def

ecto

s de

l es

tato

r pu

eden

dar

lug

ar a

fal

las

en u

n pe

riod

o m

uy c

orto

de

tiem

po y

se

debe

n in

vest

igar

y v

erif

icar

muy

ráp

idam

ente

con

la

corr

elac

ión

de o

tras

tec

nolo

gías

. L

os c

apac

itor

es d

el f

acto

r de

pot

enci

a se

riam

ente

dañ

ados

pu

eden

tam

bién

ser

la

caus

a.

Est

á m

ovie

ndo

las

punt

as d

e co

rrie

nte

sond

a y

com

para

ndo

las

lect

uras

de

pote

ncia

agu

as a

rrib

as y

agu

as a

bajo

pue

den

ser

prov

echo

sas

para

la

dete

rmin

ació

n de

la s

alud

del

cap

acit

or.

Ver

ifiq

ue l

a ca

rga

del m

otor

. L

a c

arga

ba

ja d

el m

otor

pue

de v

aria

r lo

s án

gulo

s de

la

fase

ent

re l

as t

res

fase

s re

sulta

do e

n un

baj

o fa

ctor

de

pote

ncia

. C

ompa

re e

l vo

ltaj

e, l

a co

rrie

nte,

y l

os d

esba

lanc

es r

esis

tivo

s.

Pru

ebe

y co

mpa

re l

os d

atos

de

la C

orri

ente

de

A

rran

que

para

la

s co

mpa

raci

ones

a

la

prue

ba

de

la

líne

a de

fo

ndo

para

da

tos

más

co

rrel

ativ

os.

si

un a

lto

desb

alan

ce r

esis

tent

e es

tá p

rese

nte,

bu

sque

las

alta

s co

nexi

ones

re

sist

ente

s rí

o ab

ajo

de l

as c

onex

ione

s de

l vo

ltaje

que

las

ave

rías

del

est

ator

pue

den

avan

zar

rápi

dam

ente

. A

umen

te l

a fr

ecue

ncia

de

prue

ba p

ara

desa

rrol

lar

una

tend

enci

a so

bre

las

hora

s pr

óxim

as.

Se r

ecom

iend

a la

car

ga r

educ

ida

si e

l fun

cion

amie

nto

del m

otor

es

nece

sari

o.

Los

cam

bios

gra

ndes

en

la f

recu

enci

a de

lín

ea p

uede

n va

riar

las

car

acte

ríst

icas

de

oper

ació

n de

l m

otor

y d

e la

car

ga.

Los

cam

bios

lev

es e

n la

fre

cuen

cia

de l

ínea

esp

eran

. V

erif

ique

la

plac

a de

ide

ntif

icac

ión

del

mot

or y

la

carg

a se

dis

eña

para

la

frec

uenc

ia d

e lí

nea

med

ida.

Si

us

ted

está

pro

band

o un

a fr

ecue

ncia

var

iabl

e.

Con

firm

e la

fue

nte

de l

a en

ergí

a qu

e es

pro

vist

a,

info

rme

a la

s op

erac

ione

s la

fre

cuen

cia

med

ida

así q

ue p

uede

n cu

alqu

ier

corr

ecto

él

o en

trar

en

cont

acto

con

la f

uent

e pa

ra u

so g

ener

al.

* C

ambi

e de

líne

a de

fon

do

** L

a ac

ción

est

á re

com

enda

da p

ara

el p

eor

pano

ram

a (c

ondi

ción

de

alar

ma)

Ala

rm

a

Impe

danc

ia

12%

+/-

2H

z

Prec

auc

ión

7%

+/-

1H

z

Val

or d

e Po

tenc

ia

Des

bala

nce

Fre

cuen

cia

de L

ínea




96

¿Qué es el análisis de potencia? Una prueba del análisis de potencia se realiza en motores de inducción, síncronos, y los motores de rotor devanado que se encuentren energizados. Los resultados de la prueba del análisis de potencia pueden indicar desbalances del voltaje, Picos de voltaje y de corriente, excesiva distorsión armónica, y fallas del estator. ¿Qué le dice? Conexiones de alta resistencia dan lugar a desbalances de voltaje y excesivas corrientes circulantes. Estas corrientes pueden provocar incremento en las temperaturas de los devanados que conducen al daño del aislamiento. Registrando los voltajes de fase y calculando un desbalance del voltaje, EMAX cuantifica la severidad de las conexiones de alta resistencia comparando el desbalance del voltaje a los estándares de NEMA. Los picos de voltaje y corriente pueden ser causados por diversas fuentes, incluyendo el arranque y paro de cargas de la planta; uso de equipo de estado sólido de conmutación, tal como variadores de velocidad; y cambios de configuración del sistema de distribución de energía. Los picos de voltaje significativos someten a esfuerzos el sistema aislante de los motores, dando por resultado eventualmente fallas catastróficas del aislamiento. EMAX identifica estos picos de voltaje calculando el factor de cresta de las señales de voltaje y de corriente y comparándolo a un punto de ajuste predeterminado de alarma. Las armónicas son causadas sobre todo por el uso del equipo de estado sólido de conmutación, tal como variadores de velocidad y cargas no lineales. La presencia de estos armónicos puede dar lugar al calentamiento excesivo del aislamiento en el motor, el sistema de distribución, y el mismo variador de velocidad. EMAX cuantifica la severidad de la distorsión armónica comparando el factor armónico del voltaje a los estándares de la NEMA. Las averías del estator pueden ser causadas por diversas condiciones, incluyendo defectos de manufactura, el daño del aislamiento durante la vida del motor, la vibración excesiva, y contacto entre el rotor y el estator debido a la falla severa debido a la excentricidad o de los rodamientos. EMAX calcula un desbalance de impedancia, que ayuda en la detección de problemas entre el sistema de distribución de energía y el estator. ¿Por qué es importante? La prueba del análisis de potencia indica anomalías en la calidad de la energía, el circuito de fuerza, y las zonas de falla del estator. Altos o bajos voltajes en la calidad de la energía pueden dar lugar a la posible saturación del devanado, corrientes más altas, y posible sobrecarga del devanado del estator. Los armónicos excesivos pueden provocar un uso ineficiente de la corriente, consumiendo una corriente más alta que la prevista para una carga dada y calentando el motor. La alta resistencia en el circuito de fuerza puede aumentar las corrientes negativas de la secuencia provocando eventualmente la operación del motor en una sola fase que puede dar lugar a una sobrecarga severa y falla del devanado. Los defectos del estator pueden destruir el hierro del estator y el aislamiento de las bobinas, dando por resultado la necesidad del reemplazo total del motor.




97

Todos estos problemas pueden resultar en el paro de la planta causando pérdidas significativas en la producción. Fijando niveles de advertencia Los niveles de advertencia de fábrica son determinados usando una combinación de los estándares aceptados de la industria, de los datos de los fabricantes, y de los datos empíricos obtenidos por PdMA durante la investigación y el desarrollo. Los niveles predefinidos en fábricase pueden cambiar para ser más o menos conservadores basados en la experiencia del usuario. Los resultados de la prueba del análisis de potencia que tienen niveles de advertencia asociados a ellos son:

• Voltaje de línea a línea • Voltaje de línea a neutro (Tot) • Desbalance de Voltaje (LL) • Desbalance de Voltaje (Tot LN) • Voltaje de Factor De Cresta (LL) • Voltaje de Factor De Cresta (Tot LN) • THD de Voltaje (LL) • THD de Voltaje (LN) • Corriente rms • Desbalance de Corriente • Factor de Cresta de Corriente • Desbalance de Impedancia

Los niveles de advertencia de fábrica se basan en la realización de la prueba en el CCM. Al ganar experiencia con el probador de EMAX, se puede elegir reducir la gama de valores aceptables. La condición del motor y lo crítico de su operación o aplicación en el proceso, son otros factores que deben ser considerados al ajustar los niveles de advertencia dentro del WinVis. Interpretación de resultados Voltaje y Corriente de corriente La página de los resultados esta diseñada para proporcionar un resumen de una página de una prueba individual del análisis de potencia. Los resultados de prueba también se presentan en la sección correspondiente a potencia del EMAX de la tabla de resultados. La Figura 5.14 muestra la página de resultados y la Figura 5.15 es la correspondiente tabla de resultados. Observe que los datos de prueba completos no están en la tabla de resultados. Es necesario mover la pantalla para ver todos los resultados.




98

Figura 5.14: Página de resultados




99

Figura 5.15: Tabla de resultados del análisis de potencia del EMAX

Voltaje (fundamental rms) se supervisa para indicar si el voltaje en cualquier fase cambia un porcentaje dado por arriba o debajo del voltaje de placa. Por ejemplo, la mala salida del transformador, operación en una sola fase, o las conexiones de alta resistencia, puede causar la operación del motor fuera de sus parámetros de diseño, dando por resultado la degradación del aislamiento. Altos valores de voltaje incrementan los esfuerzos al aislamiento. Bajos valores de la tensión incrementan las corrientes y el calentamiento del aislamiento. Desbalance del voltaje se supervisa para indicar si el voltaje en cualquier fase se desvía un porcentaje dado del voltaje promedio. Las conexiones de alta resistencia en el circuito de fuerza o el interior el motor pueden causar desbalances del voltaje, dando por resultado altas corrientes de secuencia negativa y recalentamiento del aislamiento. El factor de cresta del voltaje (CF) se mide para indicar si algunos picos de voltaje se desvían del valor del voltaje rms por una cantidad dada. Los dispositivos de conmutación, VFDs, y transitorios de la carga son todos causas de las fluctuaciones del voltaje. Picos severos de voltaje provocan esfuerzos al sistema aislante.




100

La distorsión armónica total del voltaje (THD) se supervisa para indicar si la distorsión de la señal de la potencia excede un valor dado. VFDs, las cargas monofásicas, y las computadoras son todas causas de la distorsión armónica, y resultado en el recalentamiento del aislamiento de la bobina. El factor armónico del voltaje (HVF) también se mide, como recomienda NEMA, para indicar si la distorsión del voltaje excede un valor dado y afectará directamente el motor. La corriente rms se supervisa para indicar si la corriente en cualquier fase cambia un porcentaje sobre la FLA de placa. Una aplicación inadecuada del motor o una carga excesiva puede dar lugar a corrientes excesivas y al sobrecalentamiento del aislamiento. El desbalance de corriente se supervisa para indicar si una corriente en cualquier fase se desvía un porcentaje dado de la corriente promedio. Las conexiones de alta resistencia en el circuito de fuerza o el interior el motor pueden dar lugar a desbalances de corrientes y sobrecalentamiento del aislamiento. Baja carga en el motor también producirá desbalances de corrientes. El factor de cresta de corriente (CF) se supervisa para indicar si los picos de corriente se desvían del valor de corriente rms por una cantidad dada. Los dispositivos de conmutación, VFDs, y los transitorios de la carga son las causas de las fluctuaciones de corriente. Picos severos de corriente provocan esfuerzos al sistema aislante. La distorsión armónica total de corriente (THD) se supervisa para indicar si la distorsión de la señal de potencia excede un valor dado. VFDs, las cargas monofásicas, y las computadoras son todas causas de la distorsión armónica, y dan por resultad el sobrecalentamiento del aislamiento del devanado. El desbalance de la impedancia se supervisa para indicar si la impedancia en cualquier fase se desvía un porcentaje dado de la impedancia promedio. Los defectos del devanado del estator causan variaciones inconsistentes en la relación de fase entre el voltaje y la corriente en cada fase que conducen a la falla del motor. La Tabla 5.8 resume la causa y el efecto sobre estas zonas de falla.




101

Tabla 5.8: Resumen de la causa y del efecto del análisis de la zona de falla

Zona de

Falla Supervisado para... Causa Efecto

Voltaje (LL) Cambios en voltaje en cualquier fase por un porcentaje dado sobre o debajo del voltaje de placa

Voltaje Alto Mayores esfuerzos al aislamiento

Voltaje (LL) Cambios en voltaje en cualquier fase por un porcentaje dado sobre o debajo del voltaje de placa

Voltaje Bajo Mayores corrientes y recalentamiento del aislamiento

Desbalance de Voltaje

Desviación del voltaje por un porcentaje dado del voltaje promedio.

Conexiones de alta resistencia en el circuito o el interior de la energía el motor

Desbalances del voltaje, dando por resultado altas corrientes de secuencia negativa y recalentamiento del aislamiento

Factor de Cresta de Voltaje

Picos de voltaje que se desvían del valor del voltaje rms

Dispositivos de conmutación, VFDs, y transitorios de la carga

La distorsión armónica da lugar al recalentamiento del aislamiento del devanado

Distorsión Armónica Total de Voltaje

Distorsión de la señal de potencia sobre un valor dado

Cargas no lineales, VFDs, cargas monofásicas, y computadoras

Aumenta la demanda de corriente y una señal no eficiente de potencia.

Corriente rms Desviación de la corriente en cualquier fase por un porcentaje dado sobre la FLA de placa.

Usos incorrectos del motor o carga excesiva

Corrientes excesivas y recalentamiento del aislamiento

Desbalance de Corriente

Desviación de la corriente en cualquier fase por un porcentaje dado de la corriente promedio

Conexiones de alta resistencia en el circuito o en el interior del motor o baja carga

Desbalances de corriente y recalentamiento del aislamiento, aumento de vibraciones.

Factor de Cresta de Corriente

Picos de corriente que se desvían del valor de la corriente rms

Dispositivos de conmutación, VFDs, y transitorios de la carga

Fluctuaciones de corriente ; Picos de corriente severos causa esfuerzos al sistema aislante.

THD de Corriente Indicación de la distorsión de la señal de potencia excediendo un valor dado

VFDs, cargas monofásicas, y computadoras

Aumenta la demanda de corriente y se tienen una señal no eficiente de la potencia.

Desbalance de Impedancia

Indicación de la desviación de la impedancia en cualquier fase por un porcentaje dado respecto a la impedancia promedio.

Defectos del devanado del estator.

Variaciones inconsistentes en la relación de fase entre el voltaje y la corriente en cada fase, esto conduce a la falla del motor.

Armónicos de Voltaje y corriente Los armónicos de voltaje y de corriente se miden para determinar la influencia de cargas no lineales en el sistema de potencia. Los armónicos son el nombre dado a las señales distorsionantes que son senoidales en forma y ocurren en múltiplos de la frecuencia fundamental. Las cargas no lineales generan estos armónicos. Los dispositivos de conmutación electrónica, tales como computadoras y variadores de velocidad, son ejemplos de cargas no lineales.




102

Las cargas lineales son los dispositivos eléctricos que en operación de estado estable constante, presentan una impedancia esencialmente constante a la fuente de energía a través del ciclo de voltaje aplicado. Un ejemplo de una carga lineal es un motor de inducción. La Figura 5.16 muestra como la corriente es proporcional al voltaje a través de la onda senoidal.

Figura 5.16: Carga Lineal

Las cargas no lineales son las cargas eléctricas que consumen la corriente discontinuamente, o cuya impedancia varía a través del ciclo de la onda senoidal del voltaje de entrada. Un ejemplo de un consumo discontinuo de corriente se muestra en la Figura 5.17, una fase de voltaje y corriente que provee un VFD.




103

Figura 5.17: Carga no lineal

Las cargas no lineales son una fuente de corrientes armónicas en un sistema eléctrico de distribución. Estas corrientes al pasar en la impedancia del sistema causan las caídas de voltaje para cada armónico individual, dando por resultado la distorsión de la forma de onda del voltaje. La Figura 5.18 muestra una comparación entre una forma de onda sin distorsión armónica y uno con distorsión armónica.

Figura 5.18: Comparación de formas de onda




104

Los flujos armónicos en los devanados del motor se dicen que son de secuencia positiva, negativa, o cero basado en qué orden (número) se crearon. Los armónicos de secuencia positiva crean las corrientes que ayudan al campo magnético rotatorios. Los armónicos de secuencia negativa crean las corrientes que oponen al campo magnético. Los armónicos de secuencia cero crean una influencia monofásica que no tiene ningún efecto en el par, pero pueden demandar una corriente excesiva. La secuencia de los armónicos es positiva, negativa, cero. Por ejemplo, el 1er armónico es positivo, el 2do es negativo, el 3ro es cero. Las secuencia se repite conforme el orden del armónico se hace más alto. La relación de los armónicos de secuencia positiva, negativa, y cero se muestra en la tabla 5.9.

Tabla 5.9: Relación de los armónicos de secuencia positiva, negativa, y cero

Normalmente los armónicos de secuencia negativa son los de más preocupación. Específicamente, el quinto armónico que tiende a ser el indicador primario de la influencia de los variadores de velocidad en los circuitos de energía. Aunque los armónicos de secuencia cero no se oponen al par en un motor, aumentan la carga en el sistema y pueden ser perjudiciales si están presentes en grandes cantidades. Los límites recomendados para los disturbios al sistema de distribución se encuentran en el estándar 519-1992 de IEEE, prácticas y requisitos recomendados para el control de armónicos en sistemas eléctricos de potencia. En general, para voltajes mayores de 600 VAC y menos de 69 kVAC, la distorsión armónica total (THD) de la señal del voltaje debe ser menos del 5%. Para cualquier armónica individual, el límite es el 3%. Esto se muestra en la tabla 5.10. Hay límites más rigurosos para los voltajes arriba de 69 kVAC , pero no se discuten aquí.

Tabla 5.10: THD de la señal armónica cero Aplicaciones

Especiales * Sistema General Sistema Especifico

**

THD de Voltaje 3% 5% 10%

* Los usos especiales incluyen hospitales y aeropuertos




105

** Un sistema dedicado se dedica exclusivamente a la carga convertida Los problemas que resultan de armónicos excesivos incluyen el exceder los límites del transformador y el sobrecalentamiento de los motores eléctricos. Si están presentes armónicos excesivos de voltaje, la capacidad normal del motor se debe reducir para compensar el calor adicional agregado por los armónicos. NEMA ha tratado este incremento de temperatura durante la operación así como si la capacidad normal del motor necesita ser reducida debido a la distorsión armónica de la señal del voltaje. En la norma MG 1 de NEMA, se proporciona la curva del factor armónico del voltaje (HVF) que reduce la capacidad normal del motor para ayudar en la evaluación de la severidad del problema. La curva se muestra en La Figura 5.19. Nota: La curva no se aplica cuando el motor se opera a una frecuencia diferente a la nominal o cuando está funcionado con una fuente voltaje o frecuencia (VFD) variable.

Figura 5.19: Curva de derrateo por Factor Armónico de Voltaje

EMAX calcula el factor recomendado por NEMA para la reducción de los caballos de fuerza nominales, basado en los armónicos del voltaje. Cuando se realiza la prueba del análisis de potencia a los circuitos del motor, EMAX hace un muestreo de la señal aplicada de voltaje. Analiza la forma de onda del voltaje, identificando la frecuencia fundamental y todo los armónicos presentes y su porcentaje de la forma de onda. Con esta información se calcula el HVF y si se requiere, se proporciona la recomendación para reducir la capacidad de acuerdo a NEMA. Generalmente no hay necesidad de reducir la capacidad normal de los motores si la distorsión del voltaje se encuentra dentro de los límites del estándar 519-1992 de IEEE, esto es el 5% de THD y el 3% para cualquier armónico individual. Los problemas del calentamiento excesivo comienzan cuando la distorsión del voltaje alcanza 8 a 10 por ciento y más arriba. Tal distorsión se debe corregir para una vida larga del motor.




106

La Figura 5.20 muestra un ejemplo de la página de los armónicos de voltaje y de corriente en el programa del análisis de potencia del EMAX.

Figura 5.20: Análisis de potencia, armónicos de voltaje y corriente

Los armónicos de corriente que son reflejados al bus de la empresa de servicio público se evalúan en el punto de acoplamiento común (PCC). El PCC es la localización en el bus de distribución en donde la potencia se separa para alimentar a dos clientes separados. Los límites son dependientes de la carga del cliente en lo referente a la capacidad de corriente de corto circuito del sistema (ISC) en el PCC. La tabla 5.11 muestra límites de distorsión por armónicos de corriente de acuerdo a IEEE 519-1992. Todos los límites de corriente se expresan como un porcentaje de la corriente promedio máxima demanda por la carga de los clientes (IL).




107

Tabla 5.11: Límites de la distorsión armónica de la corriente por IEEE

La empresa de servicio público es responsable de mantener la calidad del voltaje en todo el sistema. La tabla 5.12, en la página siguiente, muestra guías para la distorsión del voltaje por IEEE 519-1992. Los límites de la distorsión armónica del voltaje se muestran en por ciento del voltaje nominal de la frecuencia fundamental.

Tabla 5.12: Límites de la distorsión armónica del voltaje de IEEE

Voltaje del Bus @ PCC* (VN)

Distorsión Armónica Individual del Voltaje

(%)

Distorsión Total del Voltaje - THDVN (%)

VN ≤ 69 KV 3.0

5.0

69 KV < VN ≤ 161 KV 1.5

2.5

VN > 161 KV 1.0 1.5




108

* PCC Punto de acoplamiento común entre la planta y la empresa suministradora.

DEMODULACIÓN Referencia Rápida




109




110

¿Qué es la demodulación? La demodulación filtra la frecuencia portadora de 60 Hertz y revela las señales ocultas, que representan variaciones repetitivas de la carga. Estas variaciones de la carga pueden entonces ser analizadas. El análisis espectral avanzado es el proceso para determinar lo que significan esas variaciones de la carga y permite identificar fallas potenciales en las bandas, los rodamientos, los engranajes, las bombas, las etapas de compresión y otras anomalías mecánicas relacionadas. ¿Qué dice esta prueba? El proceso de demodulación quita la señal de 60 Hertz (demodulación de la frecuencia portadora) tal que se revelan variaciones repetitivas de la carga para su análisis. Las variaciones grandes y pequeñas de la carga de dispositivos tales como correas, engranajes y rodamientos, las frecuencias de funcionamiento se reflejan en de la firma de corriente del motor a través del flujo del entrehierro afectando la fuerza contraelectromotriz (CEMF). Estas variaciones de la carga se relacionan con fallas mecánicas. El software de demodulación también identifica las frecuencias de la velocidad y del paso de polo. Cuando se comparan los picos y la velocidad calculada del paso de polo coincide con la velocidad de la flecha, se confirman las rpm de la flecha. Sin la demodulación otros picos distintos, relacionados con las variaciones mecánicas de la carga serían ocultados en el ruido. ¿Por qué es importante? La degradación de las barras del rotor puede conducir a la reducción del par, a disparos del motor, e incluso al daño del estator. La determinación exacta de la velocidad es crítica para la identificación precisa de las frecuencias relacionadas con defectos del rotor. Los defectos mecánicos tales como tensión o daños de las bandas, daños y desbalances del compresor o la bomba de pueden conducir al daño físico del componente mecánico. Identificando y correlacionando el impacto en de los defectos mecánicos en la corriente del motor y la potencia, aumentarán la comprensión de la severidad de la falla y el impacto en las operaciones. Cada uno de estos problemas podría conducir a la reducción de la eficiencia y de la productividad. Fijando niveles de advertencia El software avanzado del análisis espectral permite que el usuario establezca una envolvente con niveles de advertencia y alarma para cada pico identificado durante la demodulación. Hasta ocho envolventes de la frecuencia se pueden listar en la pantalla de la demodulación. Una vez que una línea base se establezca en un motor considerado en buenas condiciones se recomienda una banda de alarma de 1,5 veces el pico de la línea base. Interpretación de resultados




111

La demodulación del análisis de la firma de corriente del motor es un desarrollo relativamente nuevo y los datos históricos se deben adquirir para proporcionar los límites convenidos para los diversos usos que tienen los motores. El incremento de los picos identificados indica una condición que cambia del sistema asociado a ese pico. Comúnmente, los picos se asocian a una función mecánica que modula la frecuencia fundamental en una frecuencia dada. Entonces simplemente multiplicando esa frecuencia por 60 se consigue las rpm equivalentes. Por ejemplo, la flecha de un motor de inducción de cuatro polos crea cambios ligeros en la carga o la modulación de la fundamental de 60 Hertz. Estas frecuencias, aunque no son vistas por el ojo humano en un espectro, se consideran como un pico definido de 29,5 Hertz. Multiplique 29,5 por 60 para obtener las 1770.0 rpm. RESUMEN DEL MCE Y EMAX La tabla 5.13 muestra las zonas de falla examinadas utilizando el EMAX.

Tabla 5.13: Pruebas del EMAX y zonas de falla

Pruebas del Emax Zonas de Falla

Corriente / tiempo de Arranque

Rotor, Estator, Carga, Operación

Alta / Baja Resolución Rotor

Excentricidad Entrehierro

Análisis de Potencia Desbalance de Voltaje, Picos

de Corriente y Voltaje, Distorsión de Armónicos, Fallas en el estator

Demodulación Rotor, Mecánicas

La tabla 5.14 muestra la correlación entre los resultados de las pruebas del MCE y del EMAX con varios defectos del motor de CA.




112

Tabla 5.14: Resultados del MCE y del EMAX vs. defectos del motor

Defectos Del

Motor de CA

MCE

Análisis de Potencia Análisis de

corriente

Falla del estator (vuelta-a-vuelta, Fase a Fase)

Desbalance inductivo; “uno arriba, dos abajo” o “dos arriba, uno abajo”

Un desbalance más alto de impedancia; bajo factor de potencia

Desbalance de corriente; alto in-rush

Defectos del Rotor Desbalance y distorsión inductivos de levantamiento en gráfico de RIC; inductancia media de levantamiento

Una energía más alta para la carga mecánica dada

El pico de corriente del in-rush reducido; un tiempo de arranque más largo; un pico más alto de la banda lateral del paso de polo

Excentricidad Elevándose, bajando, o arqueado el gráfico del RIC

Incremento la familia de los armónicos de ranura de picos de corriente en el rango de frecuencias alrededor de del valor de los rpm multiplicados por el número de barras del rotor.

Conexión de alta Resistencia

Desbalance resistivo; alto valor de la resistencia Fase a Fase en la fase con la falla

Potencia y corriente desbalanceada, voltaje desbalanceado si la conexión de alta resistencia esta aguas arriba del punto de la conexión del probador; Potencia baja en la fase con la falla

Corriente desbalanceada; Corriente baja en la fase con la falla

Baja Resistencia a Tierra

IP Inestable; valor bajo de RTG

Picos instantáneos en la potencia cuando se presentan arcos de corriente a tierra; posible alta corriente de secuencia cero; bajo voltaje de línea-a-neutro en la fase afectada

Picos de corriente instantáneos cuando el arco va a tierra; transitorios de corriente perceptibles en la terminal de tierra durante acontecimientos de la ruptura del aislamiento

La tabla 5.15 muestra la correlación de las zonas de falla del circuito del motor y las pruebas del MCE y del EMAX.




113

Tabla 5.15: Pruebas del MCE y del EMAX vs. zonas de falla

Zona de Falla Descripción PQ* MCS** MCE***

Calidad de la Energía

Condición de la calidad entrante o saliente de la energía (señales de voltaje y de corrientes)

THD Voltaje THD Corriente HVF Voltaje & Corriente Formas de onda

Formas de onda de las corrientes

Circuito de fuerza Conexión del circuito localizada aguas arriba o aguas abajo

Desbalance De Corriente Desbalance De Voltaje

Desbalance de Corriente

Desbalance Inductivo, Desbalance Resistivo, Resistencia de Fase-a-Fase

Aislamiento Aislamiento de los cables del circuito de fuerza, y el motor.

Voltaje de línea-a-neutro. Corriente de secuencia cero

RTG CTG IP / DA

Estator Bobinas de fase dentro del motor

Desbalance de Corriente Desbalance de la Impedancia

Corriente / tiempo de arranque

Desbalance Inductivo Inductancia Fase-a-Fase Desbalance Resistivo Resistencia Fase-a-Fase

Rotor Rotor entero, incluyendo barras, anillos de corto circuito, y laminaciones

Bandas laterales de la frecuencia del Paso de Polo en la 1ª y 5ª armónica

Desbalance Inductivo Inductancia Fase-a-Fase Desbalance Resistivo Resistencia Fase-a-Fase RIC

Entrehierro Condición del entrehierro entre el estator y el rotor

Prueba de excentricidad

Desbalance Inductivo RIC

* Calidad de la Potencia (programa del análisis de potencia del EMAX) **Análisis de la firma de corriente del motor (programa del análisis de corriente del EMAX) ***Evaluación del circuito del Motor (MCE) La tabla 5.16 muestra la correlación entre los resultados de la prueba del EMAX con otras tecnologías.




114

Tabla 5.16: Pruebas de EMAX contra otras tecnologías

Tecnología

Zona de Falla

MCSA* PA** Vibración Prueba de comparación

de pulsos

Infrarrojo

Calidad de

la Potencia

X

Circuito de

Fuerza

X X X

Aislamiento

X X

Rotor

X X

Estator

X X X X

Entrehierro

X X

* Análisis de la firma de corriente del motor (programa del análisis de corriente del EMAX) ** Calidad de la energía (programa del análisis de potencia del EMAX)

manual teoria final pdma

Documents