manual ii_mantto motores 2014

MANTENIMIENTO Y PRUEBAS DE MOTORES

ELÉCTRICOS

Clave: CGE0006

TOMO II

Nombre del participante:

_________________ARIEL MARTINEZ NARANJOARIEL MARTINEZ NARANJO ___________________

Facilitadores: Ing. Juan Manuel Monroy Violante Ing. Miguel Ángel Salazar Moreno

Mantenimiento y Pruebas de Motores Eléctricos Página 1 de 162

Dirección de OperaciónCoordinación de los CENAC

Centro Nacional de Capacitación Celaya

Realizado del 10 al 14 de marzo del 2014

CONTENIDO

CAPITULO 5 PROTECCION ELÉCTRICA DE MOTORES

5.1 ELEMENTOS TÉRMICOS5.1.1 Descripción5.1.2 Aplicación 5.1.3 Construcción5.1.4 Selección o ajuste de los elementos térmicos5.1.5 Criterios para la selección de elementos térmicos ó relevadores de sobrecarga.5.2 RELEVADORES5.2.1 INTRODUCCIÓN5.2.2 PROPÓSITO5.2.3 DATOS DEL MOTOR5.2.4 PROTECCIONES DEL MOTOR5.2.4.1 Protección de sobrecorriente (50/51)5.2.4.2 Protección de sobrecarga (49)5.2.4.3 Protección de secuencia negativa (46)5.2.4.4 Protección por bajo voltaje (27 M)5.2.4.5 Protección de falla a Tierra (50 G/51 G)5.2.4.6 Protección diferencial (87 M)5.2.4.7 Otras Protecciones5.2.5 CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES 5.2.5.1 Protección de sobrecorriente (50/51)5.2.5.2 Protección de sobrecarga (49)5.2.5.3 Protección de falla a tierra (50 G/ 51 G)5.2.6 PROTECCIONES DIGITALES5.2.7 RECOMENDACIONES5.2.8 ANEXOS5.2.8.1 ANEXO 1.- Cálculo de ajuste de una protección eléctrica5.2.8.2 ANEXO 2.- Diagrama funcional de una protección de estado sólido5.2.8.3 ANEXO 3.- Tabla comparativa de las protecciones contenidas en un módulo de

protección de estado sólido.ANEXO 4

5.3 UNIDADES DE DISPARO DE ESTADO SÓLIDO DE INTERRUPTORES ELECTROMAGNÉTICOS Y TERMOMAGNÉTICOS.

5.3.1 Descripción General5.3.2 Unidad de disparo Amptector5.3.3 Protección por falla a tierra5.3.4 Preparación del relevo de corriente (discriminador)5.3.5 Servicio de la unidad de disparo Amptector5.3.6 Actuador5.3.7 Sensores5.3.8 Equipo de prueba de la Unidad de disparo AmptectorMantenimiento y Pruebas de Motores Eléctricos Página 2 de 162



5.3.8.1 Descripción general 5.3.8.2 Operación del equipo de prueba5.3.8.3 Prueba de corriente de Pick-up de la unidad de tiempo largo (L)5.3.8.4 Prueba de la unidad de tiempo de retardo largo (L)5.3.8.5 Prueba de la Unidad Instantánea (I)5.3.8.6 Prueba de corriente de Pick-up de la unidad de retardo corto (s)5.3.8.7 Prueba de Unidad de Tiempo de Retardo Corto (s)5.3.8.8 Prueba de Corriente Pick-up de la unidad de falla a tierra (G)5.3.8.9 Prueba de Tiempo de la Unidad de falla a tierra (G)5.3.8.10 Tabla de tolerancia del Amptector5.3.8.11 Formato E-007 (Tabla de resultados de pruebas)5.4 BIBLIOGRAFÍA

CAPITULO 6 TIPOS DE MANTENIMIENTO

6.1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO6.1.1. Conceptos Básicos del Mantenimiento Predictivo para la Operación de

Motores eléctricos.6.1.2. Parámetros No Rutinarios de Motores Eléctricos.

5.1.2.1 Mediciones de vibración5.1.2.2 Monitoreo de fluidos5.1.2.3 Medición de corrientes eléctricas5.1.2.4 Medición del estado o condiciones del lubricante

6.1.2.5 Mediciones con cámaras Termograficas (Termografías)6.1.2.6 Detección de ruidos6.1.3. Aplicación de la Metodología del Mantenimiento Predictivo.6.1.4. Análisis y Diagnóstico de Mantenimiento Predictivo.6.1.5. Resultados y Acciones Procedentes.6.1.6. Bibliografía.

6.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO6.2.1 Mantenimiento de motores de 149 kw (200 hp) y menores6.2.1.1 Mantenimiento rutinario6.2.1.2 Mantenimiento mayor6.2.2 Mantenimiento de motores mayores de 149 kw (200 hp)6.2.2.1 Mantenimiento rutinario6.2.2.2 Mantenimiento mayor

6.3 MANTENIMIENTO CORRECTIVO6.3.1 Especificaciones de reparación de motores eléctricos (CFE W6000-20)6.3.2 Procedimientos correctivos6.3.2.1 Reacuñado6.3.2.2 Reparación de laminaciones6.3.2.3 Reparación de jaula de ardilla6.3.3 Aspectos mecánicos a considerar6.3.3.1 Alineación6.3.3.2 Medición de huelgos, enmetalado de flechas y caja de cojinetes6.3.3.3 Acoplamiento




CAPÍTULO 7 PROCEDIMIENTOS DE PRUEBAS

7.1 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO7.1.1 Introducción7.1.2 Objetivo7.1.3 Aparatos Y Equipos7.1.4 Teoría General De La Resistencia De Aislamiento6.1.4.1 Corriente De Aislamiento 7.1.5 Tensiones De Prueba Para Aislamientos 7.1.6 Clases De Aislamiento7.1.7 Factores Que Afectan La Prueba De Resistencia De Aislamiento7.1.8 Efecto De La Condición De La Superficie Del Aislamiento 7.1.8.1 Efecto De La Humedad 7.1.8.2 Efecto De La Temperatura 7.1.8.3 Efecto Del Envejecimiento Y Curado7.1.9 Índice De Polarización 7.1.10 Curva De Absorción Dieléctrica7.1.11 Preparación Del Motor Para La Prueba 7.1.12 Circuito De Prueba 7.1.13 Aplicación De La Prueba De Resistencia De Aislamiento A Motores Eléctricos7.1.13.1 Procedimiento7.1.13.2 Limitaciones7.1.14 Interpretación De Lecturas Para La Evaluación De Los Aislamientos7.1.15 Criterio De Aceptación

7.2 PRUEBA DE RESISTENCIA ÓHMICA7.2.1 Objetivo7.2.2 Aparatos Y Equipos7.2.3 Preparativos7.2.4 Medición De La Resistencia7.2.5 Prueba De Resistencia Óhmica Al Devanado De Campo7.2.6 Criterio De Aceptación7.2.7 Diagrama De Conexión7.2.8 Formato De Pruebas

7.3 PRUEBA DE ALTO POTENCIAL DE C.A. Y C.C.6.3.1. Pruebas De Alto Potencial Aplicado En C.A.7.3.1.1 Objetivo7.3.1.2 Aparatos Y Equipos7.3.1.3 Tipos De Pruebas De Alto Potencial En C.A.7.3.1.4 Valores De Voltaje De C.A. Para Cada Tipo De Prueba7.3.1.5 Preparación De La Muestra7.3.1.6 Procedimiento De Prueba De Alto Potencial De C.A.7.3.1.7 Tensión Y Duración De La Prueba7.3.1.8 LimitacionesMantenimiento y Pruebas de Motores Eléctricos Página 4 de 162



7.3.1.9 Informe7.3.2 Prueba De Alto Potencial De C.C.7.3.2.1 Ventajas7.3.2.2 Descripción De La Prueba7.3.2.3 Procedimiento De Prueba De Alto Potencial Aplicado De C.C.7.3.2.4 Dibujo De Las Curvas Log-Log Y De Descarga7.3.2.5 Interpretación De Los Resultados7.3.3 Pruebas De Aislamiento Con Voltajes Intermedios De C.C.7.3.4 Utilidad De Las Pruebas

7.4 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA TOROIDE7.4.1 Prueba Toroide Método I7.4.1.1 Objetivo7.4.1.2 Laminación7.4.1.3 Aislamiento Entre Láminas7.4.1.4 Causa De Los Daños7.4.1.5 Propósito7.4.1.6 Método De Prueba I7.4.2 Método De Prueba Ii7.4.2.1 Introducción7.4.3 Procedimiento Para La Reparación Del Núcleo En El Laminado Del Estator

7.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS DE FACTOR DE POTENCIA7.5.1 Introducción7.5.2 Objetivo7.5.3 Principios De Prueba7.5.4 Equipo De Prueba7.5.5 Conexiones De Los Aparatos De Prueba7.5.6 Procedimiento De Prueba7.5.7 Comprobación Del Aparato7.5.8 Lectura De Los Resultados De Prueba7.5.9 Lectura Y Registro De La Capacitancia7.5.10 Cálculo Del Factor De Potencia En %7.5.11 Pruebas A Voltajes Inferiores A 10kv7.5.12 Interferencia Electrostática7.5.13 Inductor Resonador Tipo C7.5.14 Instrucciones Para El Uso7.5.15 Pruebas En Motores Eléctricos7.5.16 Valores De Referencia7.5.17 Formato Para Descarga De Resultados

7.6 DETECCIÓN DE BARRAS ABIERTAS7.6.1 Prueba Monofásica Rotacional7.6.2 Prueba Del Zumbador7.6.3 Prueba Del Milivoltmetro7.6.4 Prueba Del Ángulo De Fase7.6.5 Análisis De La Corriente De Carga7.6.6 Detección De Armónicos De Par




7.7 PRUEBA DE IMPULSO7.7.1 Introducción7.7.2 Principio De La Prueba De Impulso7.7.3 Procedimiento Para La Prueba De Impulso7.7.3.1 Diagrama Esquemático Del Probador De Impulso7.7.3.2 Distribución Del Voltaje En El Embobinado Durante La Aplicación Del Pulso7.7.4 Secuencia Recomendada De Pruebas7.7.4.1 Secuencia7.7.5 Condiciones Para La Prueba7.7.6 Niveles De Tensión Recomendados Para La Prueba7.7.6.1 Recomendaciones7.7.7 Procedimiento De Prueba A Motores7.7.7.1 Procedimiento De Prueba Para Motores Con Rotor Devanado7.7.7.2 Procedimiento De Prueba Para Motores Y/O Generadores Síncronos7.7.7.3 Procedimiento De Prueba Para Motores Y/O Generadores Sin Escobillas7.7.7.4 Procedimiento De Prueba Para Motores Y/O Generadores De Corriente Directa7.7.8 Criterios De Aceptación7.7.8.1 Distorsión De La Forma De Onda Por Barras Abiertas En La Jaula De Ardilla7.7.8.2 Comparación De Transitorios Para Fallas Típicas7.7.9 Bibliografía

CAPITULO 8 ANÁLISIS DE FALLAS

8.1 Descripción8.2 Fallas En Rotores De Jaula De Ardilla8.2.1 Causas Que Originan La Ruptura De Barras8.2.1.1. Diseño Del Rotor

a) Problemática Térmicab) Problemática Mecánica

8.2.1.2 Efecto Electromagnético8.2.1.3 Empuje Magnético Desbalanceado8.2.2 Efectos Originados Por La Presencia De Barras Rotas8.2.2.1 Manchas calientes y pérdidas excesivas8.2.2.2 Sobrecarga térmica8.2.2.3 Desbalance térmico8.2.2.4 Rotor centellante8.2.2.5 Incremento de la corriente en barras sanas8.3 Falla Por Incremento De Carga8.4 Falla Por Problemas En Baleros Y Chumaceras8.5 Falla Por Una Incorrecta Alimentación De Voltaje Al Motor8.6 Falla Por Lubricación8.7 Fallas En La Laminación




CAPITULO 5 PROTECCIONES ELÉCTRICAS DE MOTORES

5.1 ELEMENTOS TÉRMICOS

5.1.1 Descripción

Los elementos térmicos están diseñados para proteger motores de inducción contra sobrecorrientes

moderadas y sostenidas, las cuales producen elevaciones de temperatura que ponen en peligro los

devanados de los motores.

Los arrancadores de motores constan de tres polos que contienen elementos térmicos de tipo

bimetálico, los que experimentan deflexiones con el incremento de temperatura. Dicha deflexión de

los bimetálicos provoca el libramiento de un mecanismo que actúa para cambiar de posición dos

contactos (NA, NC) que están vinculados al circuito de control del motor que protegen.

El calentamiento de los bimetales procede de devanados conectados en serie con cada una de las

bobinas de fase del motor (ó con los secundarios de transformadores de corriente que producen las

corrientes de fase).

5.1.2 Aplicación

La sobrecarga de un motor puede ser de origen mecánico o eléctrico; por consiguiente, la protección

contra la sobrecarga debe satisfacer a ambas. La corriente que absorbe de la línea un motor es

proporcional a la carga aplicada al motor, así pues, si esta corriente se emplea para activar el

dispositivo de protección contra la sobrecarga, la máquina y el motor estarán protegidos.

Los elementos bimetálicos con elementos térmicos de retardo, sirven para protección contra

sobrecarga de motores. Se instalan en combinación con contactores; las fases del relevador

bimetálico se encuentran en el circuito principal. El contactor auxiliar opera en el circuito de la bobina

del contactor.

Los elementos bimetálicos son adecuados para la protección de motores de corriente trifásica con

tiempo de arranque normal. Los motores en este caso, pueden ponerse en servicio hasta 15 veces

en una hora (bajo regímenes determinados, pueden operar hasta 60 veces en una hora).




Los motores trifásicos están protegidos contra sobrecalentamiento, tanto en servicio continuo como

en caso de arranque defectuoso.

El elemento bimetálico evita además daños a los motores debido a fallas de una fase, por medio de

su dispositivo especial de protección contra falla de fases.

Los elementos bimetálicos de arranque pesado, son adecuados para la protección de motores

trifásicos con tiempo de arranque normal y también con tiempo de arranque especialmente largo

(hasta 35 segundos, corriente de arranque 6 veces la corriente nominal) y pesado

Los elementos bimetálicos “con autobloqueo” pueden desbloquearse mediante un botón.

Por medio del compensador de temperatura, la protección de sobrecarga permanece totalmente,

aunque varíe la temperatura ambiente (- 20 C hasta + 50 C).

Los elementos bimetálicos están ajustados para cargas trifásicas, pero también pueden instalarse en

aparatos monopolares o bipolares.

5.1.3 Construcción

Existen dos tipos básicos de elementos de sobrecarga empleados generalmente en los arrancadores

de conexión directa a la línea. El primero utiliza un metal con bajo punto de fusión que retiene una

rueda dentada, que al ser liberada produce la abertura de un juego de contactos intercalados en el

circuito de la bobina del arrancador. El segundo tipo utiliza una lámina bimetálica para el

desenganche del mecanismo de disparo y abrir los contactos de circuito de la bobina.

Independientemente del tipo de dispositivo que se utilice, siempre está activado por un elemento

calefactor conectado en serie con el circuito del motor. La intensidad de la corriente necesaria para

producir el funcionamiento está determinada por el tamaño del elemento calefactor utilizado. Cuando

éste es utilizado para la protección de pequeños motores que absorben poca corriente, como

elemento calefactor se utiliza una resistencia de hilo o de cinta de poca sección, mientas que en el

caso de motores de mayor potencia se emplean resistencias de mayor sección, de forma que se

produzca en el elemento bimetal la temperatura debida cuando circule una intensidad de valor

prefijado. Los elementos térmicos utilizados poseen, por sí mismos, un retardo en su acción que es




inversamente proporcional a la sobrecarga a que esté sometido. Cuando la sobrecarga es ligera, el

motor sigue funcionando durante algún tiempo sin que este actúe, pero sí la sobrecarga es grande,

actuará casi inmediatamente, desconectando el motor de su fuente de alimentación y evitando que

se deteriore.

Los elementos térmicos actúan sólo por efecto del calor, influyendo por lo tanto la temperatura del

aire que los rodea, por lo que en los lugares donde se ha de prever altas temperaturas, las

resistencias de caldeo empleadas en el elemento deben estar sobredimensionadas. También

existen dispositivos bimetálicos destinados a compensar el efecto de los cambios de temperatura

ambiente en su funcionamiento. Los elementos provistos de estos dispositivos reciben el nombre de

elementos de sobrecarga compensados.

Hay un tercer dispositivo de protección contra sobrecargas, el cual es propiamente un relevador de

sobrecarga electromagnético. Su elemento básico es una bobina conectada de modo que sea

sensible a la corriente del motor mediante el uso de transformadores de corriente o por conexión

directa. Cuando la corriente excede el valor nominal del motor, la bobina del relevador produce el

desplazamiento del núcleo móvil situado en su interior y abre los contactos del circuito de control. Los

relevadores electromagnéticos de sobrecarga se encuentran generalmente en arrancadores de

motores grandes.

5.1.4 Selección o ajuste de los elementos térmicos

La selección de los elementos o ajuste de los relevadores de sobrecarga obviamente dependerá de

la capacidad del motor a proteger, sin embargo hay que considerar que las curvas de temperatura

son difíciles de obtener y varían considerablemente de acuerdo al tamaño y diseño de los motores,

las curvas de temperatura de los motores o curvas de daño son un promedio de una zona térmica

imprecisa, donde el grado de daño o la reducción de la vida útil de los aislamientos puede variar.

Esta condición obliga a ser mas cuidadoso en la selección del elemento térmico o ajuste del

relevador de sobrecarga, ya que se puede sobre proteger al motor al quedar muy por debajo de la

curva térmica del motor, la curva característica de los elementos térmicos o por el contrario

seleccionar un dispositivo que quede por encima de la curva térmica del motor, para una mejor

referencia en la figura 1 se muestra la curva térmica.




5.1.5 Criterios para la selección de elementos térmicos o relevadores de sobrecarga

Los criterios que a continuación se describen son una extracción del Nacional Electric Code (NEC), y

son criterios aplicables a todos los motores con voltajes de hasta 600 Volts.

Para motores arriba de 600 volts, el artículo 430 NEC parte J, establece que cada motor debe ser

protegido contra sobrecargas peligrosas y fallas en el arranque del motor por medio de un dispositivo

térmico sensible a la corriente. Para protección contra corrientes de falla, se usan interruptores o

fusibles de capacidad adecuada.

Para motores hasta 600 volts inclusive, el artículo 430 NEC, en sus partes C y D, indica que se

requieren protección contra sobrecarga y sobrecorriente, siendo más específico como se indica

enseguida.

Protección contra sobrecarga.




a) Motores de trabajo continúo mayores de 1 HP.

b) Motores con factor de servicio no menor a 1.15 y elevaciones de temperatura no mayor a

40°C, se aplica un factor no mayor al 125% de la corriente a plena carga.

c) Para todos los demás motores se aplica un factor no mayor al 115% de la corriente de plena

carga.

d) Si los valores indicados anteriormente, no son suficientes para arrancar un motor o conducir

su corriente de carga, se permite tomar los valores inmediatos superiores, sin exceder de los

siguientes límites:

e) 140% de la corriente a plena carga para motores con factor servicio no menor a 1.15 y

elevaciones de temperatura no mayor a 40°C.

f) 130% para todos los demás motores.

g) Motores para servicio intermitente.

Estos motores se consideran protegidos contra, sobrecarga, si los dispositivos que utilicen para

protección contra cortocircuito, no rebasan los valores dados en la tabla 430-152 del NEC.

TABLA NEC 430-152Valores máximos de aplicación de los dispositivos de protección en circuitos derivados de

motores.

TIPO DE MOTOR

Por ciento de la corriente a plena carga

Fusible sin

retardo

Fusible con

retardo

Int. con dispositivo

Instantáneo

Int. de tiempo inverso

Monofásicos, todos los tipos sin letra de código 300 175 700 250Todos los de C. A., monofásicos, polifásicos, jaula de ardilla y síncronos con arranque a tensión plena, resistencia o reactorSin letra de código 300 175 700 250Letra de código F a V 300 175 700 250Letra de código B a E 250 175 700 200Letra de código A 150 175 700 150Todos los de C. A., monofásicos, polifásicos, jaula de ardilla y síncronos con arranque por autotransformadorNo mas de 30 AmperesSin letra de código 250 175 700 200Mas de 30 AmperesSin letra de código 200 175 700 200Letra de código F a V 250 175 700 200Letra de código B a E 200 175 700 200




Letra de código A 150 175 700 150Jaula de ardilla con alta reactanciaNo mas de 30 AmperesSin letra de código 250 175 700 200Mas de 30 AmperesSin letra de código 200 175 700 200Rotor devanadoSin letra de código 150 150 700 150Corriente directa (tensión constante)No mas de 50 HPSin letra de código 150 150 250 150Mas de 50 HPSin letra de código 150 150 175 150

Bibliografía: El Arte y La Ciencia de La Protección Por RelevadoresG. Russell Mason.Editorial C.E.C.S.A.

Power System RelayingStanley H. Horowits; Arun G. PhadkeEditorial. Research Studies Press LTD.

Control De Motores EléctricosR. L. Mc IntyreEditorial. Publicaciones Marcombo, S. A.

Nacional Electric Code (NEC)Edición 1981




5.2 RELEVADORES

5.2.1 DESCRIPCIÓN

Durante la operación de la central generadora se pueden presentar condiciones anormales de operación en los diferentes equipos eléctricos, las cuales pueden conducir a fallas, que son las consecuentes alteraciones del régimen normal de operación de la central generadora, acompañadas de interrupciones en el proceso de generación, reduciendo de esta manera la calidad de la energía o provocando daños al equipo.

El relevador es un dispositivo de protección que esta diseñado para interpretar las condiciones de entrada de una manera previamente establecida y después de detectar ciertas condiciones especificadas, responde provocando un cambio brusco en el circuito eléctrico asociado. Más específicamente, un relevador de protección es un dispositivo cuya función es detectar una condición anormal de operación o falla del equipo eléctrico e iniciar una acción de control inmediata para prevenir que se afecten mas equipos, así como evitar en lo posible el daño grave del motor.

5.2.2 PROPÓSITO

El propósito del tema es comentar de una manera general los diversos tipos de relevadores utilizados para la protección de los motores eléctricos en las centrales generadoras ante fallas propias o externas, así como los conceptos básicos de operación, funcionamiento y aplicación de los mismos.

5.2.3 DATOS DEL MOTOR

Para llevar a cabo la selección del relevador y poder efectuar el ajuste, es importante conocer los datos principales del motor, tales como: Potencia, Voltaje, Corriente nominal, Corriente de arranque, Factor de servicio, Factor de potencia, Tipo de carga acoplada, Equipos asociados, etc.

Con el objeto de tener los valores para efectuar un ajuste más real y apropiado para la protección del motor, especialmente las de sobrecorriente instantánea y la de sobrecarga, se recomienda que durante los primeros arranques del motor se registren los valores de corriente de arranque y los tiempos de aceleración, la corriente a plena carga y su valor de corriente en vacío.

5.2.4 PROTECCIONES DEL MOTOR

La protección de los motores varía considerablemente y por lo general esta menos estandarizada que la protección de otros dispositivos del sistema de potencia. Esto resulta de la gran variedad de tamaños, tipos y aplicaciones que pueden tener los motores. De aquí que el nivel de protección vaya de acuerdo con la importancia del motor la cual esta estrechamente relacionada con su tamaño.

Cada tipo de protección tiene sus características, pero el objetivo básico y fundamental debe ser el permitirle operar al motor, sin excederse, hasta sus límites térmicos y mecánicos durante condiciones de sobrecarga y condiciones anormales de operación y, a su vez, proporcionarle sensibilidad máxima ante fallas.

5.2.4.1 Protección de Sobrecorriente (50 / 51)

El relevador de sobrecorriente, como su nombre lo indica, opera cuando su corriente excede a un valor predeterminado. Es la protección más importante en los motores eléctricos. La mayoría de los esquemas de protecciones por sobrecorriente están diseñadas para proteger los motores contra:

Cortocircuitos.Sobrecargas incipientes.Condiciones térmicas excesivas.

El tiempo de operación de un relevador de sobrecorriente puede ser instantáneo o con retardo de tiempo, el cual puede ser de tiempo definido (constante) o de tiempo inverso, es decir, entre más alta sea la corriente menor será el tiempo de operación y viceversa.

Muchas compañías combinan la protección contra cortocircuitos y sobrecargas incipientes en un solo relevador de sobrecorriente con un arreglo de elemento instantáneo en cada dos fases. Otra alternativa de arreglo es instalar relevadores instantáneos separados en dos fases y un relevador de sobrecarga en la tercera. Este último arreglo presupone una carga evidentemente balanceada.




Figura 1. Relevadores de sobrecorriente instantánea y de tiempo (50 y 51)

MOTOR CARGA

INTERRUPTOR

52

BUS

3 T

C´s

50 51

Estos dispositivos de sobrecorriente responden estrictamente para las magnitudes de corriente aplicadas en el tap sin considerar las componentes de las secuencias o cualquier otra consideración térmica en otros aparatos. Estos relevadores generalmente son de un rango alto (4 -12 amps.) y tiempos largos en el disco de inducción, así como con disparo instantáneo.

En la Figura 1 se muestra un diagrama simplificado de la conexión de un relevador de sobrecorriente instantánea y del relevador con retardo de tiempo.

En la protección de sobrecorriente instantánea, el rango puede variar de acuerdo a su aplicación en un número múltiplo de la corriente a plena carga o partiendo ligeramente arriba del valor de corriente a rotor bloqueado mayor de 600%.

5.2.4.2 Protección de Sobrecarga (49)

Esta protección es la más generalizada para la protección de las diferentes capacidades de los motores, ya que necesariamente una sobrecarga implica una elevación de temperatura en los devanados del motor. Para proteger al motor contra sobrecargas se han diseñado básicamente tres tipos de relevadores térmicos:

a) El primero opera con dos detectores de temperatura embebidos en el estator bajo el principio del puente de Wheatstone. Cuando la temperatura en los detectores se eleva, el incremento en resistencia desbalancea el puente. La fuente para el puente se toma del secundario de los transformadores de corriente del lado de carga del motor. Pero para que esta operación ocurra, debe existir la condición simultánea de temperatura y sobrecorriente del estator. Este relevador opera con un valor de temperatura pre-establecido que generalmente es de 85°C.

El segundo tipo de relevador también trabaja con el principio del puente con un detector de temperatura formando una rama o pierna del puente. Este tipo utiliza una fuente de corriente directa y puede operar únicamente por sobre temperatura en el estator.El tercer tipo de relevador térmico es un tipo “réplica” o imagen térmica, el cual tiene un elemento calentador bimetálico con una característica aproximada del aparato protegido. Cuando la corriente fijada en el tap de acuerdo al equipo protegido se excede de un valor predeterminado y de acuerdo al lapso de tiempo requerido cierra sus contactos. Los relevadores térmicos de sobrecarga convencionales usados en motores caen dentro de esta categoría.

En la Figura 2 se muestra un diagrama simplificado de la protección contra sobrecargas y la protección contra temperatura en chumaceras del motor.

Es importante tomar en consideración que la vida del motor se reduce si se permite que las

temperaturas en el devanado excedan el nivel de la clase de aislamiento durante un tiempo




MOTOR CARGA

INTERRUPTOR

BUS

3 T

C´s

50 51

ENTRADAS DE RTD´s

49 38

CHUMACERAS

DEV. ESTATOR

52

BUS

RT

D´s

Figura 2. Relevadores de sobrecarga (49) y alta temperatura en chumaceras del motor (38).

significativo. Se considera que para cada 10°C que se exceda por encima del límite de la

temperatura de diseño, la vida del motor se reduce en un factor de 2.

Los relevadores de sobrecarga normalmente son calibrados para disparar al 125% de la corriente de plena carga. Los relevadores térmicos se ajustan con base a las recomendaciones del fabricante y al tipo de cojinete. Normalmente es de 85°C

5.2.4.3 Protección de Secuencia Negativa (46)

En una central generadora, los motores se encuentran a distancias relativamente cortas de las fuentes de alimentación, por lo que no es frecuente encontrar relevadores exclusivos para secuencia negativa. Aunque en algunos casos existen integrados a los relevadores de protección de motores.

Esta protección se utiliza para el caso de pérdida o desbalance de una fase que ocurra en la fuente, incluyendo los cables de alimentación. El desbalance extremo ocurre cuando se pierde una de las fases. Bajo estas circunstancias se produce en el motor un flujo rotatorio que circula en dirección opuesta a la rotación del motor. Este flujo contrario producido por el desbalance produce en el rotor, corrientes con frecuencia de 120 cps en los motores síncronos y cercanos a este valor en motores de inducción.

En el primer caso, estas corrientes altas aparecen en las barras amortiguadoras y en el devanado de campo de los motores síncronos y para los motores de inducción esta corriente se sobrepone a la corriente normal que fluye en la jaula.

La alta frecuencia de la corriente que fluye debido al desbalance, causa concentración de corrientes en las superficies del rotor y una resistencia más alta que la normal se experimenta en el rotor. Este incremento producirá condiciones extremas de calentamiento que podrían tener como consecuencia daños en el rotor antes de detectar condiciones de temperatura en el estator.

En la Figura 3 se muestra un diagrama simplificado de la protección de secuencia negativa (46).

Para el caso de motores de inducción, la impedancia de secuencia negativa influencia la magnitud de la corriente de secuencia positiva durante la operación monofásica, así que en el instante de la falla, la corriente de secuencia positiva disminuye y esto da lugar a bajos pares y potencia de salida. El deslizamiento aumenta ligeramente.

Es importante comentar que, además de los problemas que ocasiona la corriente de secuencia negativa, las condiciones de operación por la falla de una de las fases de la fuente de alimentación traen como consecuencia manifestaciones mecánicas o eléctricas en el motor.




Figura 3.- Protección de Secuencia Negativa (46)

MOTOR CARGA

INTERRUPTOR

52

BUS

3 T

C´s

50 51 46

52

5.2.4.4 Protección por Bajo Voltaje ( 27M )

En los buses de servicios auxiliares existen por lo general dos relevadores de bajo voltaje, uno sirve para la transferencia de auxiliares y se le conoce como 27B y otro sirve para el disparo de motores y se le conoce como 27M.

Sus principios de operación y de diseño son muy diferentes, ya que mientras que el primero es instantáneo y tiene un filtro para dejar pasar voltajes de 60 cps, el segundo está temporizado y deja pasar voltajes de diferentes frecuencias.

Los valores con que se deben ajustar estos relevadores es un aspecto no muy bien definido y se pueden encontrar diversos valores de ajuste en cuanto a valor de “tap” y “palanca”.

Por un lado, algunas compañías de Ingeniería como la “Kennedy and Donkin” de Inglaterra, recomienda el disparo de los motores 3 segundos después de la pérdida de voltaje en el bus y las otras compañías como “Mitsubishi”, combinan los valores de ajuste del 27B y 27M con valores de tiempo, aprovechando las características de operación de los relevadores de voltaje. Por ejemplo, el 27B lo ajustan al 40% del voltaje nominal secundario de los TP´s (48 volts) y el 27M lo ajustan a un valor del 60% (72 volts) pero con una palanca grande (4.0).

En la Figura 4 se muestra el esquema simplificado de la protección por bajo voltaje 27M.Con base a los estudios hechos con gráficas de las transferencias de auxiliares, un buen ajuste sería un valor de tap de 50 a 60 volts secundarios y palanca 2 para que la transferencia ocurra antes del disparo de motores.

5.2.4.5 Protección de Falla a Tierra ( 50G / 51G )Cuando se utiliza una resistencia en serie para aterrizar el neutro del transformador de auxiliares, se limita la corriente ante una falla a tierra. La corriente limitada debe ser suficiente para un adecuado arreglo de los relevadores. Por lo tanto, el ajuste del relevador de corriente de tierra es bajo. Con relevadores instantáneos esto puede llevar a disparos erróneos debido a la falsa corriente residual durante el arranque de motores grandes.

Westinghouse realizó pruebas en motores grandes con arreglo de tres relevadores de sobrecorriente con unidad instantánea, dos de ellos en fase y el otro en el común del circuito de corriente. La resistencia en el neutro del transformador estaba calculada para disipar 1200 amperes y el ajuste de la protección instantánea del motor estaba ajustada a 640 amperes primarios.

Durante el arranque se presentó una corriente primaria del orden de 800 amperes provocando el disparo por el relevador instantáneo del neutro. Estos parámetros, incluyendo los de las fases, fueron graficados y se comprobó que la corriente era falsa. La solución propuesta fue cambiar la unidad instantánea por una protección con retardo para dar tiempo a que desapareciera el transitorio.

Esta solución es buena aunque concientes del sacrificio en un tiempo despreciable (3.6 ciclos) en caso de presentarse una falla real. El pequeño tiempo de retardo del relevador de inducción y el hecho de que la componente de corriente directa produce un par de no-contacto, prevé generalmente en este relevador un falso disparo durante el arranque del motor.

Un método sencillo para detectar fallas a tierra del estator, es la utilización de un TC sensor para fallas a tierra. Las terminales de fase del motor se pasan a través de la apertura de un TC tipo toroidal, alimentando así a un relevador de sobrecorriente instantánea 50G. Su función es eliminar el error resultante de la diferencia de la carga de las fases, así como de las características de los transformadores de corriente de fases.




Figura 4. Protección contra bajo voltaje (27M)

MOTOR CARGA

INTERRUPTOR

52

BUS

3 T

C´s

52

27M

3 TP´S DE BUS

27B

Figura 5. Protección de falla a tierra (50G/51G)

MOTOR CARGA

INTERRUPTOR

52

BUS

3 T

C´s

52

3 TP´S DE BUS

51G 50G

Esta configuración deja únicamente las corrientes de falla de secuencia cero en el TC. La aplicación típica requiere un TC con relación 50:5 sin importar el tamaño del motor.

En la Figura 5 se muestra el diagrama simplificado de la protección de falla a tierra 50G/51G con un TC tipo ventana o toroidal.

En motores grandes, donde no es posible pasar los cables a través del TC toroidal, se utiliza la conexión residual a tierra, tal como se muestra en la Figura 6. Cuando la sensibilidad del relevador de falla a tierra es limitada por la relación de fase del TC. Debido a variaciones en el comportamiento del TC, se utiliza un relevador de sobrercorriente de tiempo inverso (51N) para evitar disparos en falso debido a falsas corrientes residuales.

El relevador 51N debe ser coordinado con el sistema de protección del relevador 51G. En aplicaciones donde se tienen sistemas aterrizados solidamente, las corrientes de falla a tierra son altas y si la calidad de TC es buena, entonces, se puede agregar un relevador instantáneo (50N) para acelerar el disparo.




INTERRUPTOR

52

BUS

52

MOTOR CARGA

51G 50G

51N 50N

Figura 6.- Diagrama simplificado de la protección de falla a tierra por corriente residual (51N)

5.2.4.6 Protección Diferencial (87M)Con el aumento en las capacidades de los turbogeneradores se ha requerido de la utilización de motores de gran capacidad que generalmente son de importación y cuyos costos de adquisición son muy elevados. Es por esto que dentro de los esquemas de protección para motores arriba de 2500 HP se les ha instalado la protección diferencial con el objeto de detectar oportunamente y/o minimizar las fallas en los devanados para que sean reparables a un costo mínimo.

La protección diferencial es usada en motores donde la corriente de corto circuito es cercana al valor

de la corriente de rotor bloqueado. La protección diferencial con restricción utiliza un relevador

diferencial de 2 devanados donde corrientes iguales flluyen a través de los devanados de restricción

para cargas normales, arranques o fallas externas. Para fallas internas entre fases o fallas a tierra,

toda la corriente fluirá a través de los devanados de operación. El esquema también protegerá contra

fallas de cables entre el motor y el interruptor.




Figura 7. Esquema simplificado de la protección diferencial (87M)

MOTOR CARGA

INTERRUPTOR

52

BUS

3 T

C´s

52

87RELE DIFERENCIAL3

TC

´s

Su operación es bien sencilla así como su conexión, generalmente utilizan TC´s tipo dona en el interior de los motores así como relevadores de sobrecorriente, haciendo las veces de protección diferencial, pero sin ninguna clase de restricción.

En la Figura 7 se muestra el diagrama simplificado de la protección diferencial 87M.

5.2.4.7 Otras ProteccionesAdemás de las protecciones mencionadas en los puntos anteriores, existen otros dispositivos más selectivos, cuya utilización será de acuerdo al tipo de problema que se tenga, como por ejemplo:

Relevador de desbalance de voltaje (60)Relevador de tiempo excesivo en el arranque (48/51)Relevador de voltaje de secuencia de fase (47)Relevador de sobrevoltaje de secuencia cero (59N)Relevador de pérdida de carga (37)Relevador de pérdida de sincronismo para motores síncronos (55)

Con todo lo anterior, se tiene un panorama general sobre las protecciones más comunes en los motores eléctricos, las cuales pueden, en un momento dado, ser susceptibles de modificación o cambio.

5.2.5 CRITERIOS DE AJUSTE DE PROTECCIONES

Los motores de corriente alterna incluyen motores síncronos, condensadores síncronos y motores de inducción. Es posible encontrarlo estacionario, en operación monofásica, bajos valores de frecuencia y voltaje, etc., la primera dificultad será el sobrecalentamiento del motor y las variadas formas de protección. Dentro de esta gama de problemas, la protección contra operación monofásica es importante, debido a las diferencias entre las reactancias de secuencia positiva y negativa de un motor. Un pequeño desbalance de voltaje causará muy alta corriente de desbalance que resultará en un sobrecalentamiento de los devanados. .

5.2.5.1 Protección de Sobrecorriente ( 50 / 51 )

En los relevadores de sobrecorriente, la Compañía “BECHTEL”, ajusta el elemento de sobrecarga entre 110 y 120% de la corriente nominal a plena carga con un ajuste de tiempo que equivale a dividir el valor de la corriente de arranque a rotor bloqueado en amperes secundarios entre el tap escogido del relevador. El ajuste de la unidad de sobrecorriente instantánea se ajusta entre 130% y 150% del valor de la corriente de arranque.

Según la compañía de “Public Service Company of Oklahoma” los ajustes de las protecciones de los motores deberán hacerse según las siguientes recomendaciones:

El “Pick Up” del relevador de sobrecorriente de fases será de 2 veces la corriente de plena carga para motor esencial y para el no esencial del 115 al 130%. El ajuste del relevador instantáneo será de 1.8 a 2 veces la corriente a rotor bloqueado para ambos casos.

El retraso de tiempo para la corriente de arranque será de 1.5 veces al tiempo de arranque. El mismo ajuste para motor esencial y no esencial.

5.2.5.2 Protección de Sobrecarga ( 49 )

La Compañía Kennedy & Donkin parte de que el dispositivo térmico con características de tiempo para protección de sobrecarga en el motor deberá ser 1.10 veces la corriente de plena carga del motor.

La compañía Hitachi recomienda que el ajuste por sobrecarga de los motores se fije entre el 100 y 105% de la corriente nominal del motor y un valor seguro de protecciones contra falla sin que se dispare por corriente de arranque es de 5 a 7.5 veces el valor de la corriente nominal.

El Comité de Motores del IEEE recomienda que el tap del relevador de sobrecarga se fije en 125% del valor nominal de placa del motor, excepto para ciertos motores esenciales. Dentro de éstos se encuentran los ventiladores de tiro inducido, los ventiladores de tiro forzado y las bombas de agua de alimentación, por tener la ventaja que este tipo de motores tiene un factor de servicio del 115% y su valor de sobrecarga se debe fijar en 143% de la corriente nominal a plena carga.

Otro criterio de ajuste es el que publica la Compañía “Public Service Company of Oklahoma”, la cual recomienda los siguientes ajustes de los relevadores de sobrecarga:




“Pick Up” de sobrecorriente térmico tipo TMC entre 108 y 131% del valor de plena carga, según el rango disponible.

“Pick Up” de sobrecorriente térmico tipo BL entre 115 y 130% del valor de plena carga y alarma en 12 o 16 minutos a 200% de carga.

Alarma al 120% del valor de plena carga y disparo al 200% de carga.

Elemento instantáneo de sobrecarga entre 1.8 y 2 la corriente en rotor bloqueado en ambos casos.

5.2.5.3 Protección de Falla a Tierra ( 50G / 51G )

Como norma general del relevador 50G en sistemas aterrizados a través de resistencia, el ajuste se realiza a un valor de 0.5 amperes.

Para los relevadores conectados en el circuito residual o neutro se sugieren los siguientes valores:

“Pick Up” de sobrecorriente 0.667 de plena carga para motores esenciales y no esenciales.Elemento instantáneo de 1.5 a 2 veces la IRB en ambos casos.Retraso de tiempo de la IRB de 0.2 a 0.3 segundos además del tiempo de aceleración.Para relevadores conectados a transformadores de corriente tipo dona o sensor de tierra, se recomienda lo siguiente:“Pick Up” de sobrecorriente 10 amperes para ambos casos (amperes primarios).Elemento instantáneo 40 a 80 amperes para ambos casos (amperes primarios).Tiempo máximo de retraso 0.1 a 0.3 segundos para ambos casos.

5.2.6 PROTECCIONES DIGITALES

Para la protección de los motores, actualmente se están usando dispositivos modernos de protección de estado sólido. Los modelos térmicos de gran exactitud, tanto para el rotor como para el estator permiten al motor operar dentro de sus límites térmicos y aún así obtener de éste la máxima eficiencia. Se han incorporado otras características al relevador para la protección total del motor, sus sistemas mecánicos asociados y para la seguridad del personal operativo de todo tipo de fallas y/o sobrecargas.

El relevador ideal es aquel que además de proteger al motor contra condiciones anormales en los parámetros eléctricos, debe monitorear la temperatura de los devanados del rotor y del estator y disparar el motor cuando se alcancen los límites térmicos.

El relevador debe tomar en consideración el efecto de calentamiento debido a la corriente de secuencia negativa en el rotor. Es conveniente que los relevadores para la protección de motores grandes y medianos incorporen la medición de las variables eléctricas del motor (voltaje, corriente, potencia, etc,). El relevador debe poder ser programado en campo usando un teclado y una pantalla alfa-numérica, así como en forma remota usando una salida serial (Puerto RS485, puerto RS232 o con Fibra Optica). Corrientes de fase y corrientes a tierra son monitoreadas a través de transformadores de corriente, a fin de que los motores conectados a cualquier alimentación puedan ser protegidos.

La protección digital debe incorporar curvas de operación seleccionables, más una curva que el usuario puede formar a su gusto, para la aplicación bajo consideración. El relevador debe calcular las corrientes de secuencia negativa y positiva y combinado con la lectura de los sensores de temperatura, utilizar algoritmos del modelo térmico para permitir al motor dar su máxima salida y a la vez, tenerlo protegido adecuadamente.

Algunos relevadores deben proporcionar un registro estadístico completo del motor en donde se incluye el total de horas de trabajo, el número total de disparos desde la última entrada en servicio, número de cortocircuitos, de sobre temperaturas, fallas a tierra, desbalances en la alimentación eléctrica, sobrecargas, arranques, disparos rápidos, etc. Estos valores, junto con sus ajustes son almacenados en memoria no volátil dentro del relevador, así cuando el voltaje de alimentación falte, los registros estadísticos y los puntos de ajuste permanecen intactos.

Por último, se menciona que, debido a los continuos avances en las técnicas de computación y control, es recomendable que los relevadores puedan actualizarse vía software sin necesidad de enviarlos a fábrica para su actualización.

En el ANEXO 2 se presenta diagrama funcional en bloques de una protección digital y en el ANEXO 3 se presenta una tabla con algunas de las protecciones, mediciones y registros que están incluidas en un solo dispositivo de protección.

5.2.7 RECOMENDACIONES

Una de las recomendaciones más importantes es contar con los valores de los parámetros de

comportamiento de los motores con datos reales tomados en el campo, como son el tiempo de

aceleración acoplado y desacoplado y la corriente en vacío de los motores. Con estos datos se tiene

la seguridad de certificar que los valores de ajustes de protección serán los más apropiados.




El ejemplo del ANEXO 1, el cálculo de ajuste de la protección fue hecho con datos reales de campo por lo que asegura que los ajustes plasmados en las protecciones son cien por ciento confiables y seguros.

Este trabajo podrá servir de guía para los futuros ajustes de las protecciones eléctricas de los diferentes motores de las centrales generadoras, cuyo voltaje de operación varía entre 2400 a 6600 volts.

5.2.8 ANEXOS

5.2.8.1 ANEXO 1.- Cálculo de ajuste de una protección eléctrica

En este anexo se analiza un ejemplo para el cálculo de ajuste de una protección de motores con relevadores “English Electric.

Motor de ventilador de tiro forzado.

Potencia nominal 1070 HP.Voltaje nominal 4160 VoltsCorriente nominal 150 Amps.Corriente de arranque 1030 Amps.Tiempo de aceleración 17 Seg.Relación de transformadores de corriente 200/5 y dona de 50/5.Tipo de relevador CMM31 de English ElectricAjuste recomendado por fabricante, Por ser motor de factor se servicio de 115%. 125%

Como no existe en el rango de ajuste un tap con este valor, se escoge el más próximo ya sea de arriba o abajo, en este caso es el de 4.5 amperes y por consiguiente el relevador “verá” un 5% más de sobrecarga.

El tiempo de disparo vendrá dado por la siguiente expresión.

A este valor de K en la curva del relevador, le corresponden 160 segundos.

La relación de corriente instantánea en el relevador estará dada por la división de la corriente de

arranque entre la corriente de plena carga en valores secundarios.




Ajustar el valor del instantáneo en tap 7.

Calibración de la unidad de secuencia negativa: la recomendada es la equivalente a 1/3 de la

corriente de arranque.

Y el ajuste final será de 200% al valor anterior.

Este valor se recomienda para los demás motores. Para el relevador de falla a tierra se recomienda

tap 0.5 amps. y solo opera una señal luminosa, no manda disparo.




5.2.8.2 ANEXO 2 .- Diagrama funcional de una protección de estado sólido.

5.2.8.3 ANEXO 3.- Tabla comparativa de las protecciones contenidas en un módulo de protección de estado sólido.



14

DIAGRAMA FUNCIONAL DE BLOQUESDE UNA PROTECCION DIGITAL

MOTOR CARGA

CONTACTOS DEL INTERRUPTOR

14

87

52

27 47 59

55MEDICION: V,W, VA,VAR,FP,HZ

74

86

50 51 37 66 46

51G 50G

12 ENTRADAS DE RTD´s OPCIONALES

49 38

MODULO REMOTO DE RTD´s

ESTATOR COJINETESAMBIENTE

RE232RS485RS485

50 50G

87

14

OPCION B DETECTOR DE GIRO

MEDIC. AMP. Y ° CELSIUS

MEDICION OPCIONAL

SALIDAS ANALOGICAS

COJINETES

ESTATOR

AMBIENTE

DISPOSITIVO DE VELOCIDAD

TEMP. AMBIENTE

369 GE MOTOR MANAGEMENT RELAY

RTD´s

RELE AUXILIAR

DISPARO

52 b

CONTROL

ALARMA

START

BUS

V V

3 TC´s

SERVICIO

RELE DIFERENCIAL

Diagrama funcional en bloques de una protección de estado sólido Mca. G.E. (Digital)

RS485

TIPO DE FUNCIÓN ANSIALSTOM SEL

701

G.

ELECTRIC

P225 P241 369 469

Sobrecarga térmica 49 x x x x x

Sobrecorriente de fase o tiempo definido 51 x x x

Sobrecorriente de fase, instantánea y de

tiempo definido 50/51 x x x x x

Condición de asimetría en el suministro de

voltaje o fase(s) abierta(s)46 x x x x x

Protección de perdida de carga / baja corriente 37 x x x

Supervisión de la temperatura mediante RTDs

o termistores38/49 x x x x

Pérdida de CA en la fuente de alimentación

del relevador27 x

x x

Tiempo excesivo en el arranque 48/51 x x

Rotor bloqueado estando el motor en servicio

o durante el arranque50S/51LR x x

Sobrecorriente de tierra, instantánea y de

tiempo definido 50N/51N x x

Sobrecorriente direccional / no-direccional de

tierra50N/51N/67N x x x x

Limitación del numero de arranques / tiempo

entre arranques66 x x x x

Autorización para reacelerar 14/27LV x x

Protección de bajo / sobrevoltaje 27/59 x x x x x

Verificación del voltaje antes del arranque x

Protección de sobrevoltaje de secuencia cero 59N x x

Verificación de la secuencia de fase del voltaje

de entrada47 x x

Protección wattmétrica sensitiva direccional de

tierra32N/64N x

Protección de falla del interruptor 50BF x x

Protección contra inversión de potencia (para 32 x



motores síncronos)

Protección contra pérdida de sincronismo

(para motores síncronos)55 x x

Protección de baja frecuencia 81 x x x

Protección contra inversión en el sentido de

rotaciónx

Rearranque de emergencia x x

Supervisión del circuito de disparo x x x

Monitoreo del número de arranques

autorizadosx

Monitoreo del tiempo entre arranques

autorizadosx

Duración del último arranque x x

Autodiagnóstico permanente x x x

Registro de fallas x x x x x

Reporte de eventos x x x x x

Mediciones x x x

Potencia activa y reactiva x x

Puerto frontal de comunicaciones RS232 x x x x

Puerto trasero de comunicaciones RS485 x x x x

5.2.9 BIBLIOGRAFIA

Revistas y Papers de:

Brown Bovery

Conferencias de Texas A y M

Revistas Siemens

Papers del IEEE

Papers de Westinghouse

Catálogos de productos de :

General Electric

Alstom

SEL



Instructivos y Test Report de:

Toshiba

Mitsubishi

Westinghouse

Hitashi

Motores US

Protective Relaying for Power Sistem

Revista POWER

Protección de Motores Trifásicos de Inducción, IEEE, RVP, Acapulco, Gro. México 2003. Ing. David

Sebastian Baltazar

Reporte con datos reales tomados durante la puesta en servicio y análisis de transferencias de

auxiliares en las Centrales Carlos Rodríguez Rivero y José Aceves Pozos de la Subgerencia Regional

de Generación Termoeléctrica Nor-Pacífico.



CAPÍTULO 6 MANTENIMIENTO

6.1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO

6.1.1.Conceptos Básicos del Mantenimiento Predictivo para la Operación de Motores Eléctricos.

Definición y misión del mantenimiento predictivo desde el punto de vista práctico.

Definición:El mantenimiento predictivo es un método sistemático de verificación y observación de parámetros técnicos de funcionamiento en línea y fuera de línea, de las tendencias y condiciones físicas de los equipos rotatorios y estacionarios para determinar el estado o condición actual de los mismos, debido a que están sujetos al deterioro.

Misión:Proporcionar un aviso temprano de un efecto o falla de los equipos, en línea o fuera de línea, mediante la identificación y análisis de las tendencias de los parámetros técnicos, dictaminar un diagnostico asertivo que disminuya prácticamente la necesidad de un mantenimiento correctivo o paro y desarmado para inspección previa o periódica por algo inesperado que les sucediera a los equipos.

La importancia y dimensión de lo que se puede decir del mantenimiento predictivo ha evolucionado rápidamente en los últimos 15 años. Por esto, es importante observar las técnicas y tecnologías que se aplican hasta hoy con una profundidad y conocimiento de lo que nos dicen proveedores y comercializadores de los equipos o herramientas que son útiles para medir y capturar información, debido a que los cambios de tecnología son tan rápidos que no dan margen a establecer sistemas o métodos consistentes y razonables para quedarse como tales.Lo importante de la aplicación de un mantenimiento predictivo es saber que condiciones operativas tiene e inmediatamente, tomar las acciones que eviten fallas de la maquinaria, tener identificado lo que hay que hacer y cuando hacerlo, con el equipamiento o herramienta que optimice y apoye los resultados para programar.

Si lo anterior se pudiera lograr con precisión obtendríamos las siguientes ventajas: Aumento de la producción debido a la reducción de paros por aplicación de mantenimiento

correctivo. Reducción de costos por detección de fallas en gestación. Reducción de costos por pago de sueldos y salarios extraordinarios. Reducción de costos innecesarios por inventarios de pánico en almacén.

Independientemente de los beneficios que pudieran obtener por concepto de detección oportuna, el mantenimiento predictivo por definición se basa en la investigación de la condición real de operación de la maquinaria, mientras este funcionando y sin detenerla, para clarificar su condición física del " estado actual".

En este momento lo que se busca conocer es: Si el equipo requiere o no alguna intervención Que tipo de intervención, que área técnica debe intervenir Que tiempo puede continuar el equipo en línea sin riesgo al deterioro. Cuales son los límites de operación confiable de acuerdo al parámetro seleccionado.

Para obtener un cierto grado de certidumbre en cuanto al comportamiento físico de la maquinaria, deberemos investigar que nos dicen los equipos atreves de la emisión de ondas al medio ambiente



que pueden ser: Acústicas, calor, temperatura, corrientes eléctricas, vibraciones, eficiencia, fenómenos de erosión, corrosión, depósitos y otros factores o fuerzas que afectan directa o indirectamente ese comportamiento y que de alguna manera nos conducen a obtener un aviso que requiere atención del exterior.

Para enfrentar, prevenir y aliviar estos factores que pueden accionar problemas, la herramienta aplicable de investigación es la especialización y estudio de parámetros no rutinarios, que en conjunto con una metodología de aplicación darán un panorama real de "condición actual". El seguimiento, la observación y análisis del entorno a lo que pudiera ser el problema nos ubicaran a plantear y ver con detalle una solución práctica y asertiva.

El mantenimiento predictivo implica ORDEN, CONOCIMIENTO y EFICACIA además de ser capaz para manejar, información, herramientas estadísticas de calidad, equipos de alta tecnología y una responsabilidad con experiencia que este mas allá de lo ordinario; es decir, no esperar a que el daño se produzca sino que hay que tomar las acciones para evitarla.

La identificación de los parámetros no rutinarios y su aplicación a los equipos críticos se describe a continuación del esquema siguiente.

6.1.2. Parámetros No Rutinarios de Motores Eléctricos.

Se pretende que las aplicaciones del mantenimiento predictivo se controlen con el sistema informático R3 - PREDICTIVO, donde todas las áreas involucradas por sus parámetros de vigilancia de los equipos críticos seleccionados, contribuyan a dar un informe de las condiciones del " estado actual".Un programa de seguimiento dará a conocer sistemáticamente, la fecha de aplicación Predictiva de los eventos, cuyo objetivo es determinar las condiciones de operación de ese equipo critico seleccionado, las áreas definirán acciones encaminadas a prevenir un mantenimiento correctivo, una salida forzada y en el mejor de los casos seguir en operación, sobre la base de criterios definidos por el resultado y análisis de los parámetros de vigilancia, cuya decisión debe contener ante todo, programación de acciones.El objetivo al aplicar el programa de seguimiento es, conocer el comportamiento de los equipos antes y después de la aplicación de un mantenimiento preventivo, bajo los puntos de vista de las diferentes áreas involucradas en el proceso. (Operación, termodinámica, mecánica, eléctrica, instrumentación y control, química.)El beneficio por la aplicación de un programa eficiente es, detectar oportunamente las desviaciones que pudieran tener los parámetros de vigilancia, ante un problema en gestación.La vigilancia y comportamiento de los equipos por medio de los parámetros no rutinarios tienen por objetivo y beneficio entre otros los siguientes, para:

6.1.2.1 Mediciones de vibración.

El objetivo, al realizar estas pruebas es supervisar el nivel de comportamiento dinámico, determinar el nivel de riesgo mecánico a que esta sujeto el equipo, sobre la base de curvas de severidad de operación de los equipos, para determinar y programar acciones que prevengan una falla que se encuentre en gestación con riesgo de pasar los limites de gravedad (ver capitulo 6.7 ANALISIS DINAMICO).El beneficio esperado es evitar los daños que pudieran ser catastróficos, prolongar confiabilidad en la operación y vida útil de los equipos rotatorios.



6.1.2.2 Monitoreo de fluidos:

Su objetivo es verificar y corregir la cantidad del fluido a flujos nominales, para cálculos y seguimiento de eficiencia de algunos equipos, que dependen de la cantidad de fluido en las tuberías del proceso.

El beneficio esperado es determinar las condiciones de eficiencia de los sistemas, equipos y tuberías, que intervienen en el cálculo que define una posible degradación o desviación de esa eficiencia.

6.1.2.3 Medición de corrientes eléctricas:

El objetivo es verificar que los equipos trabajen dentro de los rangos nominales, que detecten desviaciones y de ser posible corregir en línea, o programar acciones con equipo debidamente librado por seguridad.

Su beneficio se obtiene al detectar desviaciones que pueden originar falla catastrófica en los equipos, ahorros importantes en el consumo de corrientes sobre la base de conservación de la vida útil de los aislamientos eléctricos.

6.1.2.4 Medición del estado o condiciones del lubricante:

El objetivo es determinar las condiciones físicas y ferromagnéticas contenidas en los lubricantes, sus condiciones químicas de densidad, viscosidad, contenido de agua y elementos que degradan la pureza del lubricante.

El beneficio es evitar los daños mayores a los equipos rotatorios, paros no programados y deterioro de la película lubricante.

6.1.2.5 Mediciones con cámaras termografícas (Termografías):

Objetivo: Detectar puntos de falla a distancia, por transmisibilidad, reflexión o absorción en la cámara y con precauciones de seguridad en los equipos sistemas eléctricos y materiales que pudieran tener calentamiento, transferencia de calor y conducción como en los aislamientos, eléctricos y térmicos, condiciones del estado operativo de: motores eléctricos, válvulas, piñas de interruptores, conexiones eléctricas en subestaciones, acoplamientos mecánicos.

Beneficio: Reducción y prevención de fallas por sobrecalentamiento en partes clave de los motores, ahorro de energía.

6.1.2.6 Detección de ruidos:

Objetivo: Determinar con equipos de ultrasonido, desviaciones de ruido que pudieran emitir los equipos por rozamiento, aire, otros sonidos por vacío, efecto corona y demás en el entorno a los equipos.

Beneficio: Prevenir y detectar condiciones de riesgo al personal y seguridad de la central, ahorros potenciales en consumo de aire, gastos por mantenimiento y conservación de la energía.

6.1.3. Aplicación de la Metodología de Mantenimiento Predictivo.



Del diagrama anterior se desprenden los conceptos fundamentales de las prácticas de mantenimiento predictivo, ORDEN, CONOCIMIENTO y EFICACIA para tomar las acciones correspondientes en el proceso.

1. Conocimiento de la central, este se deriva por los años de experiencia que se tienen activos en la central, participando en el proceso de operación para cada una de las unidades, considerando 1 año por unidad, además haber participado en la aplicación de mantenimiento preventivo a las unidades y equipos auxiliares, por lo menos una vez haber aplicado mantenimiento mayor a turbina y generador de vapor.2. Selección de las Máquinas. Dependiendo del área que participa en la aplicación de mantenimiento preventivo, los equipos que se distinguen en este renglón serán aquellos que mayor indisponibilidad ofrecen en el periodo, con el mayor número de fallas y los más críticos en cuanto complejidad de operativa.3. Selección de Técnicas Óptimas para la Verificación. Como el equipo puede contener diversos parámetros para distinguir factores y fuerzas que afectan la gestación de fallas, cada área en particular participa con sus especialistas para proponer alternativas de pruebas o toma de valores de sus parámetros para seguimiento.4. Implantación de un Sistema o Programa de Mantenimiento Predictivo. Cada una de las áreas será responsable de proponer para sus equipos los periodos de revisión y verificación en el periodo, y dependiendo de la operación, aplicaciones globales deberán practicarse sistemáticamente en el periodo, con el objeto de definir su condición de estado actual.5. Fijación y Revisión de Datos Límite de Condición Aceptable. Estos parámetros los define cada área en particular, dependen de datos del fabricante, datos de la experiencia de operación y datos de comportamiento y puesta en servicio. Su inscripción en el programa a valores limite superior, valores



METODOLOGIA DEL MANTENIMIENTOPREDICTIVO

CONOCIMIENTO DE LA CENTRAL

SELECCIÓN DE LASMAQUINAS

SELECCIÓN DE TECNICASOPTIMAS PARA VERIFICACION

MEDICION DE LA CONDICION

IMPLANTACION DEL SISTEMA DE

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

ANALISIS DE TENDENCIA DE LA FALLA DETECTADA

RECOPILACION DE DATOS

FIJACION Y REVISION DEDATOS LIMITE DE

CONDICION ACEPTABLE

CORRECCION DE LA FALLA

ANALISIS DE LA CONDICION

MEDICIONES DEREFERENCIA Y FIRMA

DE LAS MAQUINAS

REGISTRO DE DATOS

FALLA LOCALIZADA

NINGUNA FALLALOCALIZADA

DENTRO DE LIMITES

FUERA DELIMITES

1

2

3

4

5

6

7 8

9

10

11

12

Inaceptable

Acceptable

límite en alarma preventiva y valor límite de condición aceptable, obedece para aplicar niveles y criterios de protección de los equipos.6. Mediciones de Referencia de las Maquinas. Son los registros o firma inicial de los equipos que en su momento al poner en servicio se capturan para estudio de condición aceptable o inaceptable para operación. 7. 8. 9. Puntos de monitoreo y vigilancia, recopilación y registro de datos o parámetros con los que quedaran inscritos los equipos para su análisis posterior. 10. Análisis de tendencia y detección de fallas. Cada área, estudiara su parámetro para determinar una decisión que por lo menos tendrá la base y certidumbre en cuanto al comportamiento del equipo en los próximos 2 ó 3 meses. La decisión se comparara con los limites de condición, segura o insegura, dependiendo de alguna desviación del parámetro seleccionado y / o falla detectada.11. Análisis de Condición. Dependiendo de los datos que se obtengan, derivados de la condición; inaceptable, fuera de limites o detección de una falla, se determina las acciones preventivas o correctivas a que haya lugar, sobre la base de datos en estudio. Por otro lado si el equipo no da señales de falla o desviación de sus parámetros de vigilancia, pasaran a ser comparables con los datos de inicio en condición aceptable o la medición de referencia que en su momento fue tomada en ese periodo.12. Corrección de Fallas. Son las acciones que se toman para corrección del parámetro o indicador de alguna falla en el proceso que puede ser en operación o fuera de línea, derivadas del análisis de condición del equipo.

6.1.4. Análisis y Diagnóstico del Mantenimiento Predictivo.

Dentro del marco tecnológico cabe mencionar que como filosofía general de un análisis y diagnostico para mantenimiento predictivo éste deberá inducir acciones para realizar un mantenimiento solamente cuando se requiera, sin sacrificar la confiabilidad de la maquinaria o equipo.Un análisis y diagnostico de mantenimiento predictivo no predice el momento exacto en el que un equipo va a fallar. Aun si esto fuera posible, con la información de los parámetros antes descritos muy probablemente se tomaría una decisión. Sin embargo, otros criterios deberán tomarse en cuenta antes de parar, entre ellos contar con equipo dúplex, valores limite del comportamiento, calidad de los materiales etc.El análisis y diagnostico predictivo lo que intenta es evaluar las condiciones de operación actuales del equipo o sus componentes, antes y después de un paro, determinar los requerimientos y acciones específicos de prevención. Este análisis determinara si el equipo operara confiablemente hasta el próximo paro programado o si requiere una intervención anticipada a su falla. Las condiciones de operación se derivan del comportamiento reflejado por medio de los parámetros más significativos que en su conjunto serán datos para evaluación, donde estos serán el corazón del análisis para un diagnostico, cuyo resultado y descripción es el reflejo de lo que esta sucediendo.Existen varias técnicas utilizadas como herramientas para efectuar los análisis, esas herramientas son las Estadísticas Básicas de Calidad, donde su aplicación difiere para cada tipo de datos, número de datos y calidad de los datos. En otras palabras, son los análisis cualitativos y cuantitativos que se deben hacer para tomar una decisión como base para definir un diagnostico.Toda herramienta esta diseñada para hacer más fácil una tarea y permitir que se trabaje con más eficacia, nos ayudan a evitar acciones y aplicar soluciones que nos conducen a ver los problemas por ensayo y error. A cambio del ensayo y error nos darán la certeza de tomar una decisión adecuada, fundamentada en datos específicos para mejorar y conocer el proceso, gestación y comportamiento de lo que sucede.Un diagnostico es el arte de interpretar los datos para evaluar la causa - origen de los problemas, degradación y falla. El diagnostico efectivo conduce a refinar técnicas de monitoreo, aumentar confiabilidad y disponibilidad. Además de corregir fallas que pudieran ser catastróficas en la vida útil de



los equipos.

Aplicación de herramientas estadísticas de calidad.

Las herramientas estadísticas de calidad nos proporcionan objetividad y precisión en las observaciones y nos dan la seguridad de trabajar con exactitud. Se utilizan porque son la forma más conveniente y exacta para expresar, con datos numéricos, las experiencias obtenidas del comportamiento de los procesos.Las herramientas básicas de calidad son 24, solo se mencionaran para estudio y especialización posterior, ya que requieren de todo un proceso de aprendizaje para su aplicación efectiva.

a) Tormenta de ideasb) Hoja de chequeo o verificaciónc) Diagrama de Paretod) Estratificacióne) Histogramasf) Diagrama de causa - efectog) Diagrama de dispersiónh) Gráficas, cartas de controli) Diagrama de procesoj) Diagrama de afinidadk) Diagráficos de interrelacionesl) Diagramas sistemáticosm) Diagramas Matricesn) Análisis de datos, matrices, mapas de percepción y glifoso) Análisis de cuadro de programa de decisión en el procesop) Diagrama de flechasq) Diseño de experimentosr) Correlación y regresións) Análisis de regresión y series de tiempot) Construcción de modelos y simulaciónu) Árbol de fallasv) Muestreo - Análisisw) Superficie de respuestasx) Optimización estadística de procesos

6.1.5. Resultados y Acciones Procedentes.

El registro de eventos relevantes de cada uno de los parámetros que provoca salidas de unidad o equipos fuera de servicio se registran en el paquete informático SIMO. Dentro de los eventos de operación, corrección de alguna desviación referente al comportamiento de eficiencia y control de régimen térmico en el proceso, se registran en el paquete informático SCORT.La ayuda de los equipos de alta tecnología como las computadoras personales nos respaldan para realizar tareas y funciones con mas eficacia, celeridad y exactitud, en el momento de tomar una decisión, por lo que su concentración y manejo global de los tres paquetes informáticos hasta hoy independientes como módulos separados, hacen necesario su integridad y unificación, por lo que se tiene en desarrollo el proyecto denominado "Sistema Integral de Información para el Diagnóstico de Mantenimiento Predictivo (SIIDMP) en Centrales Eléctricas".El análisis de comportamiento de un parámetro con respecto al tiempo se deriva de los datos histórico y actual, útiles para tomar una decisión, que puede ser: De cambio, sigue en operación confiable y



programar para un evento posterior.El análisis de condición actual - Diagnostico, toma en cuenta el criterio de resultados obtenidos de las pruebas efectuadas a los equipos, su actuación en el periodo, las condiciones de disponibilidad, existencia de inventarios y la política de gasto y presupuesto existente en la central. Así mismo la toma de decisión correspondiente.La toma de decisión está sobre la base de dejar definido las condiciones en las cuales quedara la maquina, equipo o sistema dentro de la operación normal de una central, que bien pudiera ser cualquiera de las siguientes alternativas:Sigue en operación, como condición normal.Programar salida, para prevenir con acciones proactivas y preventivas.Salida por mantenimiento correctivo, para prevenir falla latente que pudiera ser de consecuencias lamentables y de alto costo.Sigue en operación condicionada, esta decisión toma en cuenta que se tendrán acciones paralelas de vigilancia y cuidados especiales para la maquinaria, equipos o sistemas.Para tomar una decisión efectiva se debe considerar haber realizado un análisis de tendencia, que consiste básicamente en el estudio de datos, graficados en un intervalo de tiempo, que pudieran identificar cambios o desviaciones en la operación y comportamiento de los equipos.Este análisis de tendencia considera todo incluido ya que muchas variables son las que intervienen en el comportamiento, bien pudiera tratarse de vibración, temperatura, fluido de enfriamiento, datos calculados de eficiencia, presiones diferenciales, etc. la tendencia nos permitirá identificar la velocidad de degradación o efecto del deterioro, con lo que se podrá establecer una fecha de programación.Lo anterior es posible cuando se tiene el conocimiento especializado de los valores limite, rangos de operación establecidos y las consecuencias de lo que esta sucediendo y lo que sucederá en el corto plazo. De aquí la utilidad de valores de referencia y el establecimiento de valores normalizados en los parámetros.Los elementos de análisis de tendencia requieren del conocimiento profundo y de especialización de cada una de las variables en juego y que afectan el comportamiento, estos pueden ser los que están bajo un control (monitoreo y vigilancia) controlables, otros no controlables como los parámetros del medio ambiente (temperatura, presión). Para completar un buen análisis habrá que eliminar variables que no afecten la condición, desviación de comportamiento y aquellos parámetros no controlables, que nos brinden una condición estable, que determine condiciones bien definidas para comparación.Estas condiciones pueden ser repetitivas, normalizadas y con límite de comportamiento.Para que una condición repetitiva sea validada, deberá existir un factor común donde intervienen todas las variables que afectan la condición. Ese factor puede ser la carga de unidad. Las condiciones normalizadas, son aquellas que no pueden ser afectadas o alteradas por intervención humana, tales como presión atmosférica, temperatura ambiente del agua y aire. Estas condiciones afectan el comportamiento a determinados componentes como: bombas, ventiladores e intercambiadores de calor.Conforme se presentan los cambios atmosféricos mencionados, la masa por unidad de volumen sufre también cambios, así como su energía interna y flujo masivo, por esto, las condiciones de comportamiento deberán ser corregidos a condiciones normalizadas de diseño o puesta en servicio, obtenidos por el fabricante del equipo.Debido a lo anterior toma relevancia hacer una evaluación para los equipos cuando se comparan bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, ya que sus parámetros que distinguen el comportamiento, reflejan cambios reales.

Las condiciones con límite de comportamiento deberán ser establecidas y definidas para distinguir los análisis de tendencia bajo condiciones seguras de comportamiento y al menos dos límites o puntos deben quedar claros en el criterio de trabajo, estos son; valor inicial o límite de referencia y limite de degradación.



El limite de referencia es el punto de operación y valor del parámetro medido cuando el equipo es nuevo o el obtenido después de un mantenimiento. Mayor o menor, idealmente de condiciones satisfactorias para la operación. El valor inicial regularmente es el punto a donde el equipo regresa, para ser tomado como referencia en ocasiones posteriores.El limite de degradación es el punto de operación en el cual el componente ya no realiza, actúa, o toma el reflejo considerado como funcionamiento normal y dentro de los limites asignados tanto por el diseño como por la primera experiencia positiva de su comportamiento. Algunos ejemplos pueden ser la eficiencia de las bombas, vibraciones, temperatura.Los valores de degradación son el resultado de la operación por largos periodos y envejecimiento normal, los cuales cambian gradualmente para ser tomados como referencia, debido a que su condición interna cambia como la micro estructura del acero, la condición del concreto en la cimentación, los niveles de asentamiento y el alineamiento propio de un motor eléctrico. Un valor de vibración no será el mismo, después de un largo periodo de operación y después de un mantenimiento mayor, sin embargo si debemos conocer los valores limite aceptables para operación, que por la experiencia e información nos deberá dar confiabilidad.La diferencia entre los límites de referencia y de degradación establece una región operativa confiable, de aquí se puede sacar por extrapolación, el punto donde puede llegar el equipo, la fecha probable para prevenir una falla y la anticipación suficiente para preservar fallas funcionales. Es recomendable en este punto intermedio definir una condición de alarma, que sirva de amortiguamiento en una zona que no ha rebasado los limites y se activen condiciones de monitoreo y vigilancia, recomendable para llamar la atención e iniciar una planificación efectiva.

Una vez que se ha entrado en la región de alerta, la planeación de los trabajos deberá iniciarse, la reparación o mantenimiento pueden ser programados y las partes de repuesto son solicitadas así como iniciar el procesamiento de una orden de trabajo.

Cuando se establece un límite sin tener un historial de operación o mantenimiento en los cuales se apoye una decisión, no habrá manera de saber si el equipo puede continuar en operación hasta ese límite. En este caso, la experiencia del personal de la planta involucrado con el equipo puede ser útil, por ejemplo la experiencia puede mostrar que la capacidad de una bomba se degradara hasta cierto punto, y que la bomba puede seguir en operación sin sufrir deterioro adicional.En el programa de aplicación para análisis de vibración habrá datos numéricos y gráficas, como los diagramas de espectros que se pueden adquirir de acuerdo a la frecuencia programada y analizarse cuando el valor global de vibración alcance limites de alerta.Algunos equipos de la planta deberán monitorease de manera continua, sobre todo aquellos que se consideraron como críticos. Es recomendable hacerlo sistemáticamente para aquellos que presentan un historial de fallas recurrentes. Estos equipos también son candidatos para analizar y capturar sus datos con los equipos herramientas portátiles proporcionados para la vigilancia y monitoreo programado.Un análisis eficiente de tendencia deberá estar soportado por una computadora con la cual se tendrán ahorros sustanciales de tiempo, ya que de llevarlo en forma manual y por el volumen de datos que se manejan, existe la posibilidad de errores y falta de información.Los colectores portátiles para los datos de vibración, aceites, termografías y otros, requieren de cierto cuidado para asegurar la medición con datos consistentes. Los instrumentos deben calibrarse frecuentemente y deben utilizarlos de acuerdo a las técnicas y especificaciones sugeridas por parte del fabricante, es deseable que para fines prácticos sea la misma persona la que tome lecturas y mediciones, en los mismos puntos; por lo que se requiere que estos puntos estén marcados y definido para cada equipo. Como regla general un ejemplo de esto lo tenemos en las lecturas de vibración, las cuales se toman en todas las chumaceras y en los 3 ejes como mínimo.



6.1.6. Bibliografía.

Es deseable para el estudio e investigación especializada de cada uno de los parámetros de medición, se consulte a los fabricantes de los equipos. Además consultar la siguiente bibliografía.

Howard B. Christensen"Estadísticas paso a paso".Editorial Trillas

Hitoshi Kume"Herramientas Estadísticas Básicas para el Mejoramiento de la Calidad"Editorial Norma

Caballero Rodríguez Melchor"Aplicaciones en Ingeniería de Métodos Modernos de Planeación, Programación y Control de Procesos Productivos".Editorial Limusa

Placek, R.J., and A. Morson, "Design of Long Steam Turbine Buckets for high Efficiency and Reliability", General Electric Company, Large Steam Turbine Seminar, 83T3, 1983.

Puri, Arun and Lam Tony: "Cumberland Last Satage Blade Failure Investigation", Joint Power Generation Conference, Vol. 3, ASME 1995.

Manuales de Operación y Mantenimiento para los equipos principales de Hitachi, LTD,., Mitsubishi Corporation, Westinghouse, General Electric, Babcock and Wilcox, Combustion Engineering, Steam.





6.2 Mantenimiento Preventivo

Conceptos básicos del mantenimiento preventivo.

Un estudio de los programas de mantenimiento en varias industrias, ha indicado que en la mayoría de los casos los equipos que fallaron fueron descuidados como consecuencia de los problemas que involucran a sistemas y procedimientos, y no debido a problemas técnicos.

Debido a esto estamos tratando de mejorar la eficacia del mantenimiento preventivo, a través de este manual para homologar los criterios dentro de Comisión Federal de Electricidad, con la intención de salvar los obstáculos que causan el fracaso del mantenimiento que se le aplica a los motores eléctricos.

El mantenimiento de motores mayores de 149 kW abarca la planificación y movimiento necesarios para identificar y rectificar las condiciones de los motores antes de que avancen a la etapa donde el mantenimiento preventivo no soluciona el problema y por supuesto la única alternativa es la aplicación del mantenimiento correctivo o de reparación.

La lógica y experiencia indican que el mantenimiento preventivo, aplicado apropiadamente, reduce costos de reparación e incrementa la producción como consecuencia de la reducción del tiempo improductivo.

Se define el concepto del mantenimiento preventivo como la ejecución de una serie de actividades programadas y destinadas a mantener en las mejores condiciones operativas a los motores eléctricos. Este mantenimiento se programa y aplica en tres formas las cuales se describen a continuación:

Mantenimiento rutinario. Mantenimiento mayor..Antes de definir a detalle los diferentes tipos de mantenimiento es importante sentar las bases en las cuales se deberán de apoyar las especificaciones técnicas y procedimientos que se apliquen en los motores eléctricos. Por tal motivo a continuación se describen los siguientes conceptos:

I. Responsabilidad y autoridad. Antes de cualquier planificación es importante recalcar que la responsabilidad y autoridad que la dirección debe atribuir a los responsables del mantenimiento así como la de proporcionar el presupuesto necesario.

II. Planificación. Un sistema eficaz es aquel que mantiene el equipo en operación confiable, la supervisión puede sopesar todas las probabilidades y tomar la decisión antes de que los hechos y metas sean alcanzables.

El mantenimiento preventivo debe ser capaz de reducir el tiempo improductivo de los motores e incrementar la producción.

Con respecto al personal, los técnicos encargados del mantenimiento preventivo requieren los conocimientos, la destreza y el entrenamiento adecuados para la ejecución de las actividades.

Otro aspecto importante en los programas de mantenimiento es el concepto de seguridad industrial, por lo que se debe de considerar el hecho de manera consciente para involucrar este aspecto.



III. Registros. El sistema de mantenimiento preventivo debe contar con los registros y mediciones de cada uno de los motores involucrados en el programa con el fin de tener el historial que permita ver la tendencia del comportamiento de cada equipo.

IV. Refacciones. Las refacciones de los motores son los repuestos que requieren su sustitución y tienen una vida útil inferior con respecto a los devanados, que determinan la vida de la máquina.

La cantidad y tipo de refacciones es de acuerdo a:

a) Relación de Falla. Los motores son más propensos a falla durante los primeros meses. Este hecho es debido a los defectos en la fabricación, la mala operación o el daño durante el envío o instalación. Después de que este período crítico, la probabilidad de falla cae bruscamente y normaliza a su promedio de vida útil de diseño. El promedio de vida útil de los motores varía de acuerdo a ciertas condiciones operativas, en motores de velocidad baja, bajo voltaje, carga con bajo par de arranque, temperaturas ambientales bajas, poco o nada de sobrecarga, bajo porcentaje de humedad; aumentan o mantienen la vida útil promedio. Condiciones contrarias reducen la vida de la máquina.

b) La importancia de máquina. Los motores que por su indisponibilidad pueden provocar decrementos o salidas forzadas de la unidad generadora.

c) La obsolescencia de máquinas. Algunos fabricantes consideran el suministro de refacciones durante varios años; sin embargo hay otros que no garantizan este suministro. Esta situación crea problemas graves, sobre todo si el motor tiene un diseño mecánico o eléctrico especial donde un motor usual no sería adecuado.

d) Partes sujetas a desgaste. Las partes que están sujetas a desgaste tales como rodamientos, sellos de lubricación, conmutadores y anillos, carbones o escobillas.

V. Clases de Aislamiento. Los motores están conformados por tipos diferentes tipos de aislamiento diseñados y seleccionados para las siguientes condiciones: la tensión mecánica y eléctrica, la compresión, la tensión, la erosión, la vibración, las temperaturas extremas, la humedad o la alta humedad, la suciedad por grasa, aceites así como ácidos o alcalinos. Para complicar esta selección, durante los procesos de fabricación, algunos aislamientos se les da la forma, pero otros deben mantener su forma. Algunos aislamientos tienen una combinación de propiedades eléctricas y mecánicas, pero en general la mayoría de los aislamientos cuentan con puntos débiles.

La selección de la protección adecuada le permite a los motores trabajar en condiciones normales de operación con voltaje nominal y un sistema de enfriamiento eficiente que mantenga una temperatura promedio baja.

En la tabla 1 se muestra la clasificación de acuerdo a la clase de asilamiento dieléctrico con que cuentan los motores de acuerdo a su diseño.

Tabla 1 Clasificaciones de temperatura para motores

CLASE DE AISLAMIENTO A B F HPunto caliente máximo °C 105 130 155 180Margen del punto caliente °C 15 20 25 30Limite de temperatura °C 90 110 130 150Temperatura ambiente °C 40 40 40 40



Limite de elevación sobre la ambiente °C 50 70 90 110Elevación normal °C 40 60 75 90

Algunas consideraciones para la temperatura de operación de los motores se describen a continuación:

a) Puntos Calientes. Los sistemas de protección deben censar la zona o punto mas caliente del motor y no permitir que la temperatura exceda el valor permitido de acuerdo a la Clase de Asilamiento.

b) Margen del Punto más Caliente. Debido a que este punto caliente se encuentra en el centro de los devanados y no puede ser medido (a excepción de los motores que cuentan con los instrumentos embebidos en los devanados), el margen ha sido calculado para cada Clase de Aislamiento; este margen es la diferencia teórica entre la temperatura en el punto más caliente y la temperatura medida con un termómetro en la superficie del devanado o la temperatura calculada por una prueba de resistencia.

c) Temperatura ambiente. Los devanados de un motor absorben al temperatura ambiente antes de arrancar el equipo, se tiene normalizada esta temperatura con el valor máximo de 40 °C.

d) Limite de Elevación Sobre la Ambiente. Es la resta de la temperatura ambiente del margen del punto mas caliente; este cambio de temperatura es el aumento con el que el fabricante puede evaluar el motor. Si un fabricante usa esta temperatura a plena carga, no habrá margen para sobrecargas temporales o sostenidas y la máquina tendrá un factor del servicio de 1.0 (la carga 100 % solamente).

e) Elevación Normal. Sobre esta base se diseñan todos los motores, sin embargo se tiene una variable que no se puede controlar, esta variable es la temperatura ambiente de las diferentes estaciones del año y de la zona geográfica, este punto es importante sobre todo al momento de adquirir lo motores, para definir la Clase de Aislamiento.

VI. Conmutadores y Anillos Rozantes. Es importante considerar dentro del programa de mantenimiento, los conmutadores y anillos rozantes, a continuación se describen los problemas más comunes:

a) Saturación de aceite. Debido a la presencia de vapores de aceite, el aislamiento entre delgas del conmutador se degrada provocando arqueos, este efecto produce carbón, agravado el problema hasta que se ponen en corto dos o mas delgas del conmutador este efecto es escalonado hasta provocar la falla del conmutador, otro efecto es con la presencia del aceite en la superficie del conmutador o anillo rozante se pierde la patina provocando calentamiento entre la parte rotatoria y la escobilla, este problema de igual manera es cíclico, ya que el calentamiento provoca dureza en las escobillas este efecto a su vez provoca mas temperatura, el resultado es el daño de los anillos.

b) Vibración. La vibración excesiva puede provocar aflojamiento en el conmutador, este aflojamiento provoca falla en los asilamientos entre delgas, el proceso se repite al provocar arqueos y la falla del conmutador.

c) Voltaje en el conmutador. Un voltaje excesivo provoca alta temperatura con los efectos descritos anteriormente, un voltaje insuficiente permite que las escobillas brinquen debido posiblemente a asperezas del conmutador, vibraciones o cargas súbitas; los voltajes desiguales causan una resistencia de contacto dispareja y por ende la distribución de corrientes por las escobillas es desigual.

d) Presión de Contacto de las Escobillas. Las presiones de contacto varían de acuerdo al tipo de carbón de la escobilla y aplicación, así como a la especificación de los fabricantes, una referencia para esta presión es 2.1092 a 2.8123 kg/m2 (3 a 4 lb / in2).



e) Polaridad de Anillos Rozantes. Algunos fabricantes recomiendan que el cambio de polaridad de

los anillos rozantes para compensar el efecto de enchapado de la polaridad constante.f) Excentricidad. Los valores máximos permitidos para la excentricidad de anillos rozantes y

conmutadores depende de su velocidad de operación, para velocidades altas el valor máximo permitido es de 0.0254 mm (0.001 in); para velocidades medias de 0.0254 a 0.0508 mm (0.001 a 0.002 in) y para velocidades bajas el rango es de 0.072 a 0.1016 mm (0.003 a 0.004 in).

VII. Embobinados de Estatores. Los devanados de los estatores de los motores máquinas no son sometidos a la fuerza centrifuga; por lo tanto son generalmente menos problemáticos que los que trabajan en los rotores. Sin embargo, están sujetos a otras influencias que los deterioran, por lo que el mantenimiento preventivo debe cubrir estas posibilidades.

a) En los devanados de los motores de corriente continua los campos operan con la corriente nominal del motor por lo que se deben de revisar todas las conexiones, ya que estas están expuestas a la temperatura propia del motor, así como las vibraciones, todos los devanados de campo deben estar mecánicamente ajustados para evitar que la vibración erosione los materiales aislantes.

b) en los devanados de los motores de corriente alterna, el problema mas fuerte es la corriente de arranque ya que el efecto magnético provoca una deformación en los devanados, esta fuerza es proporcional al cuadrado de la corriente, si consideramos que las corrientes de arranque superan en seis veces la nominal entonces la fuerza que provoca la deformación se encuentran en el orden de 36 veces la corriente nominal, este efecto tiene una fuerza de atracción para los devanados del mismo grupo y de repulsión para los devanados de grupos diferentes.

c) Por esta razón devanados y cabezal deben estar bien sujetos mecánicamente, de igual manera las cuñas, separadores y amarres en general deben tener una condición mecánica excelente, la presencia de polvo y/o agrietamiento en el barniz es indicativo de problemas en la sujeción mecánica de los devanados.

VIII. Rotores. Los rotores están sujetos a la fuerza centrifuga sin embargo para el caso de los rotores jaula de ardilla, la falla mas probable es la de circuito abierto en las barra o anillo, un efecto de esta falla es el incremento del ruido y vibración, cuando una barra o mas se abren el par del motor se reduce, una causa que provoca la apertura de las barras es el arranque del motor, sobre todo si estos son muy grandes.

IX. Cuidados de los Rodamientos. Los rodamientos o baleros de bolas, rodillos y chumaceras, presentan problemas comunes, a continuación se describen algunos:

a) Temperatura. La temperatura máxima de operación es limitada por la lubricación. Sin embargo, se tiene que considerar la Clase de Aislamiento, por ejemplo para un devanado con aislamiento Clase H, que soporta una temperatura de 180 °C, no se puede usar en los rodamientos un aceite o grasa que tenga una clasificación de 115 °C, de la misma manera un rodamiento con una grasa que soporta una temperatura de 175 °C no puede operar en un motor con aislamiento Clase A.

b) Enfriamiento. Los rodamientos y chumaceras en motores grandes, utilizan sistema de enfriamiento forzado, los mas comunes son los intercambiadores de calor refrigerados por agua, serpentines con agua inmersos en el aceite de la chumacera o rodamiento.

c) Tipos de Aceite o Grasa. Muchos aceites o grasas sobre todo si son de diferente fabricante no son compatibles entre si y su mezcla puede provocar lodos, que impactan en la lubricación de los rodamientos o chumaceras, por lo cual se recomienda no hacer mezclas, así mismo es importante considerar en climas extremosos y de acuerdo al fabricante si es necesario el



cambio de lubricante por condiciones del cambio del clima.

d) Corrientes en Rodamientos. Cuando en los rodamientos o chumaceras hay circulación de corriente, esta provoca daños en las bolas o rodillos de los rodamientos o en el caso de las chumaceras sobre la superficie del metal Babbitt.

e) Una de las razones que pueden provocar esta corriente es debido al voltaje inducido en la flecha, esto debido a flujos magnéticos.

f) Es importante considerar este punto y una forma de evitar la circulación de corriente sobre rodamientos y chumaceras, es que durante las pruebas de aislamiento en rotores devanados se tenga la precaución de revisar el circuito de prueba.

X. Rodamientos. Actualmente los fabricantes de baleros, producen rodamientos normalizados en tamaños y características, proporcionan toda la información necesaria para la mejor selección y/o sustitución, los aspectos mas importantes que hay que considerar se describen a continuación:

a) Exactitud. El comportamiento de los baleros es de acuerdo a la exactitud, los fabricantes han normalizado esta clasificación para los motores eléctricos, por lo que se recomienda consultar la información de cada fabricante, la importancia de esta selección, impacta en las vibraciones del motor ya que es posible cambiar las características de vibración de un motor sustituyendo un rodamiento de precisión. Una precisión más grande provoca que el comportamiento del motor opera en forma más silenciosa.

b) Holgura. La holgura de los rodamientos es la separación interna que existe entre las bolas o rodillos y las pistas, esta holgura permite la expansión del balero producida por la temperatura, la cual va ligada con las características de diseño del motor, un balero mal seleccionado en su holgura provoca una reducción en la vida útil del balero induciendo una falla mecánica y eléctrica al motor.

c) Clasificación del Rodamiento por Carga. Es importante considerar en la sustitución de los rodamientos el criterio del fabricante del motor, ya que Este selecciono el tipo de balero de acuerdo a la carga, velocidad, esfuerzos axiales y radiales a los que estará sujeto el rodamiento.

d) Grasa. En todos los programas de mantenimiento se considera la actividad de revisión y reposición de grasa en rodamientos, aparte de considerar en este programa la frecuencia del engrasado, revisión de las graseras tipo de grasa a aplicar, un problema muy común en que se incurre es el de saturar de grasa los rodamientos, esto provoca un incremento de temperatura que aparte de reducir la vida útil del rodamiento el excedente de grasa llega a los devanados del motor, degradando el aislamiento.

e) Chumaceras. Las consideraciones dentro del mantenimiento preventivo a las chumaceras es el huelgo Interno. Debido al huelgo que debe existir entre el muñón y la chumacera se produce un desgaste normal, cuando este desgaste es excesivo se producen los siguientes efectos:

La pérdida de presión de aceite de lubricación, especialmente cuando se tiene un sistema de lubricación forzado.

Vibración excesiva, debido a que la flecha golpea la pared de la chumacera. El entrehierro entre el rotor y estator se reduce, se puede flexionar la flecha y provocar

vibración.

A continuación se muestra en al tabla 2 una guía para los huelgos entre la chumacera y flecha.

TABLA 2 DESGASTE MÁXIMO EN CHUMACERAS

DIÁMETRO DE LA HUELGO APROX. DE FÁBRICA EN PULG. MÁXIMO DESGASTE



FLECHA EN PULGADAS

EN PULG.Mínimo Máximo

¾ - 1 0.0050 0.0025 0.0035 – 0.00401 – 1 ¼ 0.0030 0.0040 0.0050 – 0.00601 ¼ - 2 0.0035 0.0050 0.0070 – 0.00802 – 2 ½ 0.0040 0.0060 0.0080 – 0-00902 ½ - 3 0.0050 0.0070 0.0090 – 0.01053 – 4 0.0060 0.0080 0.0100 – 0.01154 – 5 0.0070 0.0090 0.0110 – 0.01255 - 6 0.0080 0.0100 0.0120 – 0.0140

XI. Procedimiento de Cambio de Rodamientos

CLASIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO.

La clasificación del mantenimiento preventivo es por origen en base a su naturaleza, en la que a través de ciertas actividades, previenen al equipo de un mantenimiento correctivo, este mantenimiento se puede clasificar en dos conceptos:

A. Por su situación operativa. Con unidad parada o fuera de servicio. Con unidad operando o en servicio.

B. Por su alcance. Rutinario. Mayor.

Independientemente de su clasificación el MANTENIMIENTO PREVENTIVO es el conjunto de actividades encaminado a garantizar la máxima disponibilidad de los motores eléctricos, conservándolos en óptimas condiciones de operación. Este Mantenimiento esta constituido por un conjunto de trabajos a realizarse en un equipo, con base a un estricto programa en donde se especifica su frecuencia y cantidad; el cual se encuentra consignado en el ejercicio presupuestal correspondiente.

A continuación se describen en forma más detallada el mantenimiento rutinario y mayor de los motores eléctricos menores de 149 kW (200 HP) y mayores así mismo los ejemplos de cada tipo de mantenimiento son enunciativos más no limitativos, por lo que son susceptibles de ser mejorados y/o particularizados para cada motor con que cuentan las Centrales Generadoras.

A. Mantenimiento Rutinario. El mantenimiento rutinario o de corto periodo es el mantenimiento que tiene una frecuencia mensual (720 horas de operación) para motores bajo condiciones ambientales y de operación normales. Para casos particulares la frecuencia puede ser menor a un mes (1s = una semana, 2s = dos semanas, 3s = tres semanas y 4s = cuatro semanas), la situación operativa de los motores es en servicio y la unidad generadora sincronizada; este mantenimiento tiene como finalidad prevenir daños a los equipos al aplicar instrucciones de mantenimiento que incluyan acciones tales como: inspección visual, lubricación, limpieza, toma de lecturas de parámetros eléctricos y vibraciones, etc., con el fin de detectar condiciones anormales de comportamiento.

B. El mantenimiento mayor o de largo periodo es el mantenimiento que tiene una frecuencia mayor a doce meses (8760 horas de operación), la situación operativa de los motores es fuera de servicio.



Este mantenimiento tiene como finalidad prevenir daños a los equipos al aplicar instrucciones de mantenimiento que incluyan acciones tales como: revisión y cambio de rodamientos, revisión de chumaceras, inspección visual interna y externa, cambio de grasa y aceite, limpieza, pruebas de resistencia de aislamiento a devanados (Índice de Polarización, Tangente Delta, Resistencia Ohmica), pruebas de líquidos penetrantes y ultrasonido a chumaceras y muñones; estas actividades tienen el propósito de detectar y prevenir condiciones anormales de comportamiento.

6.2.1. Mantenimiento de Motores de 149 kW (200 HP) y Menores.

6.2.1.1. Mantenimiento Rutinario.

A continuación se describen una Instrucción General de Mantenimiento Preventivo típicas:

Mantenimiento rutinario (semanal a mensual)1. Sacar Libranza con el Jefe de Turno e informar de los trabajos a realizar en los motores 2. Revisión general exterior del motor (visual).3. Temperatura de estator y alojamiento de cojinetes con termografía 4. Vibraciones y ruidos.5. Espectro de frecuencias de corriente de operación6. Verificación y/o reposición de lubricante en rodamientos.7. Verificar que la carcaza del motor este firmemente aterrizada.8. Inspección visual de condición de motor9. Limpieza exterior del motor.10. Retirar libranza.

MANTENIMIENTO RUTINARIO MOTORES DE C.D.

1. Inspección y mantenimiento de anillos colectores2. Los puntos que deben estar sujetos a inspección y mantenimiento son: Presión de escobillas, la presencia de escobillas vibrando, chisporroteo, sobrecalentamiento en la colilla del carbón, revisar si no hay abrasión en el carbón, la apariencia del carbón y porta escobilla, condición de la superficie de anillos rozantes medición de resistencia de aislamiento, y medición del claro entre el porta escobilla y anillos rozantes.3. Puntos de inspección diaria.a. Presión de la escobilla.b. Vibración de la escobilla.-Se puede detectar una vibración anormal cuando se presenta golpeteo en la escobilla.c. Chisporroteo.-. La escobilla al desgastarse desprende polvo de carbón, después de un largo período de uso, el polvo se adhiere entre el porta escobilla y escobilla, dificultando su libre desplazamiento lo que da por resultado la emisión de chispas.d. Sobrecalentamiento en la colilla. La colilla se caliente cuando tiene un contacto pobre, entre carbón y anillos o la conexión carbón colilla; en el primer caso aumente la presión de contacto y en el segundo reemplácela.

4. INSPECCIONES SEMANALES

a. Revisión de abrasión en la escobillab. Apariencia de la escobilla y el porta escobillas.c. El desprendimiento de polvo en operación en estas condiciones, será la causa



principal de chisporroteo y la corriente fluirá entre la escobilla y el porta escobilla, y los lados de la escobilla y el interior del porta escobilla se corroen eléctricamente.

5. INSPECCIÓN SEMESTRAL O EN PARO DE UNIDAD.

a. Condición de la superficie de los anillos.b. Medición de resistencia de aislamiento. Mida la resistencia de aislamiento antes y después de la limpieza y regístrelas para futuras referencias.c. Limpieza de los anillos colectoresd. Limpie el polvo del carbón y el polvo entre las escobillas y el porta escobillas y sobre los anillos colectores con un trapo limpio, seco, libre de aceite, grasa u otro solvente.e. Medición del claro entre el porta escobillas y el anillo colector. El claro es ajustado aproximadamente 3 mm. Deberá ajustarse a este valor cuando el espacio ha aumentado debido a la abrasión del anillo colector durante la operación.

6.2.1.2. Mantenimiento Mayor.

A continuación se describen una Instrucción General de Mantenimiento Preventivo típicas::

1. Sacar Libranza con el Jefe de Turno e informar de los trabajos a realizar en los motores 2. Revisión general exterior del motor (visual).3. Una vez solicitada la libranza, verificar que el interruptor del equipo esté en posición (fuera) para iniciar la desconexión de los cables de fuerza y de la alimentación de las resistencias calefactoras.4. Desacoplamiento del motor. Desconexión de cables de fuerza, resistencias calefactoras y RTD'S5. Medición de resistencia de aislamiento6. Desensamble del motor7. Limpieza de devanado de estator y componentes del motor (ventilador del rotor, caja del enfriador de aire, estator, terminales y caja de conexiones, carcasa del motor )8. utilizar un solvente dieléctrico adecuado si es necesario y llevar proceso de secado calentar el devanado del estator a una temperatura de 50 °C y una humedad relativa menor al 70% para iniciar la aplicación del barniz aislante al devanado del estator, rotor y partes internas del motor.9. Inspección del apriete de cuñas y condición de devanado de estator10. Inspección de componentes del rotor, como son muñones, jaula de ardilla y flexión de la flecha.11. Medir los huelgos de la caja de los baleros lado libre y lado cople.12. Cambio de rodamientos.13. Medición de resistencia óhmica entre fases del devanado de estator14. Medición de resistencia de aislamiento (secado del devanado del estator si es necesario)15. Ensamblar motor (utilizar torquimetro) y aplicación de pintura de acuerdo a la especificación de CFE. 16. Limpieza del área de trabajo17. Conectar y probar motor en vacío.18. Operabilidad de resistencias calefactores 19. Alinear y acoplar el motor y probar con carga.20. Retirar libranza.



6.2.2. Mantenimiento de Motores Mayores de 149 kW (200 HP).

6.2.2.1. Mantenimiento Rutinario.


Mantenimiento Preventivo Rutinario o de Corto Período Sacar Libranza con el Jefe de Turno e informar de los trabajos a realizar en los motores Revisión general exterior del motor (visual).Limpieza exterior de todos los motores que estén fuera de servicio en el momento del mantenimiento.Tomar lectura de temperatura en las tapas donde están montados los baleros (se recomienda utilizar cámara de rayos infrarrojos).Limpieza de los filtros del cada motor, desmontándolos y transportándolos a un área adecuada para su lavado (utilizar agua a presión).Tomar lecturas de vibraciones, tener cuidado con el roce del ventilador al estar utilizando el equipo de medición.En los motores con lubricación de aceite verticales, verificar el nivel de aceite de lubricación, y en el caso de los motores horizontales verificar que el anillo de lubricación este libre(Reponer si es necesario).Tomar lecturas de vibraciones en cada motor, tanto axiales, horizontales y verticales, como lo indica el formato.Tomar la lectura de temperatura de las chumaceras y devanados, pueden ser los que se registran en el sistema de adquisición de datos.Tomar la lectura de corriente en amperímetros, pueden ser los que se registran en el sistema de adquisición de datos o una toma directa a través de amperímetros de gancho (para el caso de motores de media tensión deben tomar del circuito secundario de los transformadores de corriente, pedir autorización al operador).Tomar la lectura de carga de la unidad.Montar los filtros en el motor y fijarlos.Revisar el estado de hermeticidad de las cajas de conexiones, para evitar la introducción de humedad en el motor.Revisar la conexión a tierra del motor (visual).Lubricación de baleros, en este punto, solo se lubricarán los motores que en su placa de datos tengan que sus baleros sean abiertos. Después se tomará en cuenta que estén en servicio para poder ser lubricados, la cantidad en gramos a aplicar dependerá del tipo y tamaño del motor.Limpieza del área de trabajo.Llenar el registro.Retirar libranza con el Jefe de Turno

6.2.2.2. Mantenimiento Mayor.


Mantenimiento Mayor Largo Periodo (verticales y horizontales)



Solicitar al Jefe de Turno, libranza por el equipo al cuál se le dará mantenimiento.Una vez solicitada la libranza, verificar que el interruptor del equipo esté en posición (fuera) para iniciar la desconexión de los cables de fuerza y de la alimentación de las resistencias calefactoras.Desacoplamiento del motor. Desconexión de cables de fuerza, resistencias calefactoras y RTD'sDesmontaje del motor para su traslado al área de mantenimiento. Se bajará el motor y colocara en el área de trabajo utilizando polines cuando se requiera, para iniciar su mantenimiento.Se realizará la prueba de resistencia de aislamiento de acuerdo al procedimiento, anotando los resultados- Se procederá a desensamblar el motor hasta dejar libres los componentes principales tales como rotor, tapas, estator, ventilador, en este proceso se deberá tener los siguientes cuidados:a. Marcado de posición de tapas, contratapas y ventilador.b. Medición de huelgos (chumaceras) y ajustes mecánicos c. Verificación del tipo de rodamiento.

Efectuar limpieza a partes mecánicas, rotor y estator.Inspección de bobinas y sus amarres, verificación de cuñas y laminación del núcleo.Verificación del rotor (barras abiertas). Verificación de los muñones y flexión de la flecha.Verificación de tapas (huelgos) para el caso de motores con rodamientos, verificación de sellos y chumaceras (líquidos penetrantes, ultrasonido, partículas magnéticas, huelgos) Una vez terminada la limpieza del estator, se inicia el proceso de secado calentar el devanado del estator a una temperatura de 50 °C y una humedad relativa menor al 70% para iniciar la aplicación del barniz aislante al devanado del estator, rotor y partes internas del motor. Secado, al terminar de secarse se le aplicara una prueba de resistencia de aislamiento.Iniciar el armado del motor utilizando el torquimetro durante el apriete, verificando que no se dejen materiales, objetos extraños y/o herramientas durante el proceso. Una vez que el motor este totalmente armado, se efectuaran todas las pruebas eléctricas de diagnostico del aislamiento.Se transportara del taller al sitio y se colocará en su base, conectar la instrumentación y resistencia calefactoras, haciéndole una prueba en vacío para verificar rotación, centro magnético (motores con chumaceras) y vibraciones, alinear y acoplar el motor.Limpieza del área de trabajo.Se tomarán los parámetros al poner en servicio el equipo, tomando datos de vibraciones, temperaturas y de corriente para dejar disponible el equipo.Aplicación de pintura de acuerdo a la especificación de CFE Retirar la libranza del equipo.Llenar el formato correctamente.

6.3 MANTENIMIENTO CORRECTIVO

6.3.1 Especificación de reparación de Motores Eléctricos (CFE W6000-20)

6.3.2 PROCEDIMIENTOS CORRECTIVOS



6.3.2.1. REACUÑADO.

1.- Criterio general

Si al realizar la inspección de las cuñas resulta que el 30% o más están flojas es recomendable la sustitución total de las cuñas del estator.

En ocasiones es necesario remover únicamente las cuñas del extremo de ranuras, lo cual sucede cuando las cuñas en la primera, segunda o tercera posición del extremo de la ranura se detectan ligeramente flojas o flojas, o si la primera cuña se detecta con un sonido hueco.

Así mismo cuando exista un 30% de cuñas flojas en una ranura se deberá realizar la sustitución total de las mismas.

Cuando se cuenta con los materiales, herramientas y tiempo necesario, es deseable que todas las cuñas que se encuentren flojas sean reemplazadas aun sin llegar al porcentaje mencionado. En caso de no contar con el tiempo para el reacuñado o la adquisición del material requerido como mínimo se recomienda aplicar resina epoxica para fijar las cuñas, siempre y cuando solo exista aflojamiento en las primeras cuñas de los extremos de las ranuras.

2. MATERIALES Y HERRAMIENTAS.

a).-MATERIALES: Cuñas Cinta de teflón Rellenos Pintura semiconductora Resina epoxica Barniz rojo aislante Solvente para barniz rojo Cinta masking-tape Trapo limpio Alcohol industrial Guantes de hule Brochas de 1”

b).-HERRAMIENTAS:

Gato hidráulico Aspiradora industrial Navajas Mazo de plástico Cincel separador Block de micarta (dimensiones especiales). Lainometro. Pistola Aspersora.

3. PREPARATIVOS PARA DESACUÑAR



a) Realizar una inspección general inmediatamente después de extraer el rotor.b) Efectuar una limpieza general del estator (no utilice zapato común, use tenis y mantenga las

bolsas vacías de la camisola y pantalón mientras permanezca dentro del estator del motor.c) Identificar las ranuras en ambos extremos del estator del motor.d) Realizar el mapeo del estado real de apriete de las cuñas, utilizando el formato correspondiente

para el registro de (cuñas flojas, huecas, apretadas).

Una vez realizado lo anterior se procederá con la extracción de las cuñas ranura por ranura, teniendo el cuidado de no dejar descubierta la superficie de las bobinas del resto de las ranuras que ya hayan sido desacuñadas.

4. DESACUÑADO

Antes de iniciar con el desacuñado se deberán forrar con cinta masking-tape las herramientas metálicas para no dañar el laminado en caso de que estas se suelten involuntariamente.

Algunos fabricantes recomiendan calentar uniformemente el estator hasta su temperatura permisible de operación con el objeto de facilitar la extracción de cuñas, evitando posibles daños al aislamiento de las bobinas del estator.

Se coloca el cincel separador en la unión de las dos ultimas cuñas del extremo de la ranura y con el mazo de plástico se golpea hasta separar ambas cuñas, cuando esto se dificulte puede ser necesario destruir cuidadosamente las cuñas candado.

Con el block de micarta y el mazo de plástico se continúa golpeando en el extremo interior de la cuña hasta sacarla totalmente de la ranura y así sucesivamente se continuara realizando la extracción de las demás cuñas de la ranura.

5. PREPARATIVOS PARA EL REACUÑADO.

a) Realizar limpieza general al núcleo y superficie de bobinas, quitando los residuos de resina y/o barniz que exista sobre la superficie y en el interior de las ranuras, verificando que la cuña se deslice libremente a través de la ranura.

b) Efectuar una inspección minuciosa haciendo uso de una lupa para detectar posibles golpes en las laminaciones del estator, en caso de encontrar algún desperfecto se procederá a su reparación de acuerdo al capitulo 5.3.2.2 de este manual.

c) Aplicar la pintura semiconductora sobre la superficie de la bobina, procurando no pintar sobre la laminación, en caso de aplicarse pintura semiconductora al laminado se deberá limpiar inmediatamente con alcohol y trapo limpio.

d) Después de que la pintura semiconductora ha secado (6 horas) aplicar la cinta de teflon sobre la superficie de la bobina de cada ranura.

e) Presentar en una ranura las cuñas para verificar el centro del estator del motor, manteniendo un milímetro entre cuña y cuña.

f) Marcar con masking-tape la posición de las cuñas para tener la referencia durante la inserción de las cuñas.

g) Colocar el relleno base ranura por ranura tomando en cuenta la referencia que se tiene de la longitud del estator, con la navaja se cortaran las partes sobrantes del extremo del estator

6. REACUÑADO



a) Coloque el gato hidráulico a una longitud de una cuña con respecto al centro del estator de tal manera que un extremo se apoye sobre la superficie del laminado y el otro sobre la superficie de la bobina, para presionar ésta mientras se mete la cuña.

b) La presión ejercida sobre la bobina dependerá de las características particulares de cada motor con base a los criterios del fabricante.

c) Se coloca el relleno de ajuste aplicando resina epoxica entre el relleno base y el relleno de ajuste, utilizando una brocha y guantes de hule, teniendo el cuidado de no aplicar resina epoxica sobre la bobina, en caso de presentarse lo anterior proceder a limpiar inmediatamente con alcohol y trapo limpio.

d) Inserte la primera cuña en la primer ranura con la ayuda del block de micarta y el mazo de plástico

e) Presionar con un block de madera el relleno de ajuste para que no se doble al momento de meter la cuña.

f) Al golpear con el mazo de plástico al block de micarta y verificando la presión que hace el relleno de ajuste hacia el block de madera, el acuñador se dará cuenta del grado de apriete que va adquiriendo la cuña para determinar si se aumenta o disminuye el espesor del relleno de ajuste.

g) Continuar metiendo las cuñas del centro de las demás ranuras siguiendo los pasos de los incisos “a” al “e”, hasta completar el acuñado del anillo central del estator.

h) Se recomienda que en cada cuña se registre el espesor del relleno de ajuste parai) tomarlo como referencia en la inserción de la siguiente cuña.j) Al insertar las cuñas se deberá dejar una separación entre ellas de un milímetro, haciendo

uso de un lainometro, continuando con la inserción de las cuñas por ambos extremos del estator para que él apriete del acuñado sea uniforme, hasta concluir con el reacuñado general del estator. Así mismo se deberá aplicar resina epoxica a las dos ultimas cuñas de los extremos del estator para asegurar la fijación del acuñado.

Nota: Previo a la inserción de las cuñas del estator se deberá hacer uso de la aspiradora industrial para evitar que existan obstrucciones.

7. APLICACIÓN DE BARNIZ ROJO

a) Efectuar limpieza general al estator utilizando aspiradora y aire de instrumentos a presión para retirar todo residuo del interior del estator.

b) Aplicar barniz rojo aislante con pistola aspersora en toda la superficie del estator y de cabezales de bobinas.

8. PRUEBAS DIELÉCTRICAS

Una vez concluido el reacuñado y el secado del barniz aislante se recomienda realizar las siguientes pruebas:

a) Prueba de resistencia de aislamiento.b) Prueba de potencial aplicado con voltaje nominal.c) Prueba de Factor de potencia.d) Prueba del Cid o Toroide.

6.3.2.2. REPARACIÓN DE LAMINACIONES



Este trabajo tiene como propósito presentar un método de reparación del núcleo de los motores que han sufrido daño en el laminado y se requieren rebobinar.

1.- FALLAS

Las fallas más comunes en el núcleo son ocasionadas por las siguientes causas:

Falla a tierra de las bobinas contra el laminado. Falla entre fases de bobinas con quemaduras del núcleo. Rozamiento entre rotor y estator. Esto se puede presentar cuando hay desbalance del rotor por

problemas mecánicos que pueden ser por barrido de las chumaceras o cascado de los rodamientos, aflojamiento de las tapas, problemas en el cople o de cimentación.

Daños por rozamiento durante maniobras de retirar o insertar el rotor en los mantenimientos. Objetos metálicos que se pueden desprender del rotor o dejados entre las ranuras durante los

mantenimientos.

2.- PREPARATIVOS PARA LA REPARACIÓN.Herramientas.

Esmeril eléctrico o neumático. Puntas montadas de carburo de tungsteno (fresas). Cuchilla. Aspiradora. Lupa. Batería de 12 V. C.D. automotriz. Tijeras. Pistola para aplicar barniz aislante. Manguera tramada de 1/2 “de diámetro.

Materiales. Trapo limpio. Cable calibre 10. Manta de cielo. Brocha de 1” de ancho. Papel nomex o pescado. Cinta masking tape. Barniz aislante. ácido ortofosfórico

Previo a iniciar la rehabilitación se recomienda hacer una prueba de toroide o del CID. Para tomar datos y compararlos después de la reparación, se marca la parte o partes dañadas del laminado, se coloca papel nomex o pescado pegándolo con cinta masking tape, dejando descubierto únicamente el área dañada para evitar que la rebaba de laminación se meta entre las bobinas y facilitar su recolección con la aspiradora.

3.- REPARACIÓN.

De acuerdo a la inspección y pruebas eléctricas se determinan los trabajos a realizar. El objetivo principal de esta reparación es retirar el material de la misma laminación que se dañó por quemadura, rozamiento o golpes recibidos. Para hacer esto lo más usual consiste en desbastar el material fundido o



en corto circuito con esmeril de alta velocidad, neumático o eléctrico con fresa metálica con el cual se desbasta la superficie en dirección transversal al paquete de láminas hasta que se elimine el material en corto entre láminas, durante está actividad constantemente se checa con lupa el desbaste de la laminación para verificar la efectividad y no rebajar de más. Posteriormente para separar totalmente las laminas se utiliza un proceso electroquímico, utilizando una batería de 12 volts tipo automotriz conectándola el negativo a la carcaza del motor y el positivo al laminado mediante un electrodo de cobre forrado con felpa impregnada de ácido ortofosfórico el cual se aplica en el lugar del daño para que reaccione y se oxide rápidamente y así las láminas se separen completamente.

En los daños en donde sólo existan láminas separadas o dobladas, con la cuchilla se separan las laminaciones y se mete material aislante (capton) impregnado con resina epóxica.Cuando el daño es por quemadura severa del laminado y queden las ranuras deformadas estas se pueden rellenar con resina epóxica y darle la forma original para montar las bobinas.Cuando se termina de hacer los trabajos de desbastar el material fundido y se eliminan las pequeñas rebabas, se hace una limpieza para no dejar polvo ferroso del esmeril y se aplica una capa de barniz a presión para que penetre entre el laminado y así aislar correctamente la laminación.

4.- PRUEBAS DEL NÚCLEO.

Para concluir el trabajo y estar seguros de haberlo hecho bien se repiten las pruebas del núcleo por el método de “Toroide” que tiene por objeto detectar las fallas del aislamiento entre las laminaciones del núcleo del estator, que pueden ser la causa de un calentamiento local excesivo que es incapaz de ser disipado por el enfriamiento propio del motor, causando así más daños interlaminares que en casos extremos pueden romper el aislamiento y fundir el laminando forzando así el reemplazo del laminado dañado y al rebobinado del motor.

El otro método para probar el núcleo del estator es el del “CID”, detector de imperfecciones electromagnéticas. Este método sólo utiliza una fracción del flujo nominal (4%) para regenerar las corrientes de fuga dentro del cuerpo del núcleo, las cuales son medidas a través de una bobina explotadora (chattock). Se recomienda calcular el voltaje inducido de 5 V/m de longitud del estator para excitar el núcleo al 4% del flujo nominal.

5.- CRITERIOS DE ACEPTACIÓN.

Los criterios de aceptación por este método de acuerdo al manual de pruebas del “CID”, así como la experiencia obtenida nos permite un valor máximo de lectura de corrientes de fuga de 100 mA con una excitación no mayor del 4% del flujo nominal del núcleo del estator, porcentaje que está calibrado con el equipo para operar en forma satisfactoria y confiable. Experimentalmente se considera que valores por encima de 100 mA provocan un incremento de temperatura de 5°C arriba de la temperatura general del laminado con el 80% del flujo nominal de carga en motores y generadores.

6.3.2.3. Reparación de rotores de jaula de ardilla

1.- Cuando las barras se encuentran rotasDespués de encontrar las rupturas de las barras, puedes escoger el método de reparación. El método elegido depende del futuro uso del motor.

a) Cuando una ruptura esta en el final de la barra, soldándose puede repararse. Soldando obtenemos un bajo costo, se debe considerar como una solución temporal para continuar la



operación, mientras consideras otras soluciones. Este método es delicado, se aplica para pocas barras rotas. Se debe considerar que las otras están fatigadas y fallarán en un tiempo corto.

b) Reemplace las barras de cobre regular por cobre libre de oxígeno o plata-cobre. Este material tiene gran ductilidad y puede incrementar la vida de las barras. Con el cambio de las barras de diferente material no se tendrán las mismas dimensiones que las barras viejas, de esta manera las barras nuevas permitirá movimientos libres para la expansión térmica por un período de tiempo. En este método, reemplazar el anillo de corto circuito con un material igual o similar a las barras nuevas es opcional. Si el anillo de cortocircuito no es cambiado, puede haber una diferencia en la conductividad entre los dos materiales. Estas diferencias pueden obligarnos a cambiar las dimensiones de las barras, o bien nuevas laminaciones como tercera opción.

c) Reemplazar las barras de cobre por barras de mejores aleaciones, nuevas laminaciones, y hacer las barras nuevas en forma de T invertida. Las barras pueden resistir fuerzas centrífugas mejor que una de forma trapezoidal por la forma plana de la sección de la T. La barra en forma de T se mantiene en su lugar y ayuda a distribuir la fuerza centrífuga. Las barras en forma trapezoidal pueden moverse hacia arriba o hacia abajo en las ranuras.

Eléctricamente este diseño te da las mismas características como una barra trapezoidal o semitrapezoidal, te da una construcción de un diente fuerte y una barra libre de movimientos.El primer método de reparación es probablemente suficiente si el motor esta en la etapa terminal de funcionamiento. Si el motor está en una etapa donde el número de arranques va a incrementarse, o el tiempo de funcionamiento es de muchos años más, entonces el segundo y tercer método puede ser el más económico. Soldaduras frecuentes en las barras, sumados al tiempo de indisponibilidad del motor pueden hacer del segundo y tercer método la mejor opción.Después de que el motor ha sido reparado, es ensamblado, y cuidadosamente alineado. Un cambio en el entrehierro (gap) del rotor jaula de ardilla puede afectar la eficiencia del motor. Un entrehierro muy pequeño incrementará la resistencia del rotor. Un entrehierro grande producirá un decremento de la potencia del motor.

2.- Cuando las barras del rotor no son el problemaAlgunas veces las barras rotas del rotor no son tomadas en cuenta por problemas causados por otras fallas. Por ejemplo, un motor de dos polos que presenta severas vibraciones puede indicar más problemas.

El motor es puesto fuera de servicio, se procede a remover el rotor para una revisión, no se encuentran barras rotas, por lo tanto el rotor es balanceado en banco a su velocidad nominal, esto parece resolver el problema de la vibración. Sin embargo, en operación bajo carga, si la vibración se presenta el problema no es solamente mecánico.

Se utilizan otros métodos para verificar el rotor, incluyendo pruebas de ultrasonido. Estos métodos nos indican el probable problema de las barras rotas. El rotor es nuevamente inspeccionado en busca de las fracturas de las barras, no obstante, se confirma que todas las barras están intactas y todas las conexiones al laminado como posible causa del problema.

Se inspeccionan las condiciones de las laminaciones y la flecha; se encuentra que existe un huelgo entre ellos. Este huelgo es el causante de la vibración. Es difícil determinar si esto fue un defecto de fabricación o es el resultado de las condiciones de operación, aun encontrándose corrosión en la superficie de la barra.En conclusión este problema elevó la temperatura del motor. El calor penetró las laminaciones, las laminaciones expandieron el núcleo. La expansión combinada con la fuerza centrífuga, causa que las



laminaciones pierdan su centro con la flecha.

Nuevas laminaciones deben ser fabricadas, ensambladas en un mandril y calentadas. Las laminaciones son deslizadas alrededor de la flecha, enfriadas y contraídas formando un paquete compacto. Este procedimiento es similar al usado en la construcción de grandes motores, donde el núcleo es maquinado para eliminar aristas, calentado y finalmente montado en su flecha.

Bibliografía.

(1) Beant Nindra. National Electric Coil by Power Transmission Design

VISTA DEL DAÑO DE BARRAS EN EL ROTOR. LAS RUPTURAS O GRIETAS EN LA PARTE RECTA DE LAS BARRAS SON DIFÍCILES DE LOCALIZAR. EN ALGUNOS CASOS DONDE SE TIENEN ANTECEDENTES DE ARQUEO, LA DECOLORACIÓN DE LA LAMINACIÓN INDICA LA ZONA DE LA BARRA DAÑADA.



LA MAYORÍA DE LAS FALLAS ES EL RESULTADO DE BARRAS ROTAS. ESTO OCURRE EN TRES LUGARES: DENTRO DE LA LAMINACIÓN EN LA PARTE RECTA DE LA BARRA, EN EL ANILLO DONDE SE JUNTAN LAS BARRAS, Y DONDE LA BARRA PENETRA EN LA LAMINACIÓN. ESTA FOTO MUESTRA UN ROTOR CON EL ANILLO DE CORTO CIRCUITO REMOVIDO.SE PUEDE VER EN ALGUNAS PARTES DE LAS BARRAS DEL ROTOR EL MATERIAL PERDIDO, EN CONJUNTO POR LA DECOLORACIÓN POR ARQUEO.



6.3.3 ASPECTOS MECÁNICOS A CONSIDERAR

6.3.3.1 Alineación

1.- Alineamiento de máquinas.

Alinear dos máquinas que trabajan con sus flechas acopladas, es hacer colineales los ejes de rotación de las flechas en el plano del acoplamiento. Es decir no se alinean coples, se alinean flechas. Los coples para efectos de alineamiento son simplemente las piezas de apoyo de los instrumentos de medición.

El desalineamiento puede ser de tres clases:

RadialAxial o angularCombinado

Desalineamiento Radial.El desalineamiento radial se entiende por la diferencia entre los ejes paralelos de dos flechas, medido radialmente.

Desalineamiento Axial o Angular.Es aquel que forman los ejes de dos máquinas convergiendo en el plano del acoplamiento y que se mida en la dirección axial entre las caras de los coples.

Desalineamiento combinadoEs la mezcla de los dos anteriores y son los que comúnmente se encuentran en las máquinas.



La corrección del desalineamiento se divide en dos partesCuantificar el desalineamiento radial y axial en milésimas de pulgada o en centésimas de milímetro.

Calcular los movimientos necesarios en las máquinas y los cambios de calzas bajo sus bases o pedestales para corregir el desalineamiento encontrado.

2. Determinación del Desalineamiento.

Preliminares.

Hacer marca coincidente en ambos coples, para indicar el punto de partida. Normalmente junto o en la marca se grava un cero y se denomina el cero del acoplamiento.

Las lecturas se hacen para las posiciones diametralmente opuestas verticales y horizontales del cero del acoplamiento y en giros de las flechas de 90° en 90°

Las lecturas se tomaran después de girar las dos flechas y de haber hecho coincidir las marcas de los coples.

El giro de las flechas debe hacerse en la misma dirección de la rotación de la unidad.

Las lecturas radiales (instrumentos) pueden tomarse con un calibrador de lainas y una regleta.



Con un calibrador de lainas y un tacón fijo en uno de los coples y proyectado en el otro.

O con un micrómetro indicador, fijo en uno de los coples y el botón detector apoyado en el otro.

En la mayoría de los micrómetros indicadores cuando el botón detector se acerca al indicador, la lectura en la carátula es positiva y negativa cuando se aleja. La carátula es ajustable y puede ponerse la manecilla en cero para cualquier posición del botón.



Las lecturas radiales (nomenclatura)

Se requieren cuatro lecturas como se indica en la siguiente figura:

“A” Lectura radial con el cero del acoplamiento arriba.

“a” Lectura radial con el cero del acoplamiento abajo.

“1” Lectura radial con el cero del acoplamiento a la izquierda

“D” Lectura radial con el cero del acoplamiento a la derecha.

Lecturas axiales o angulares

El desalineamiento puede determinarse midiendo el ángulo o la dimensión “E”, La primera es difícil de medir y es inexacto.

La dimensión “E” es fácil de medir utilizando los mismos instrumentos que se requieren para tomar las lecturas radiales.

Se mide en la dirección axial, como se indica en la figura:

Desde luego el desalineamiento axial puede ser vertical, horizontal y combinado como es lo más común.



Las lecturas se toman también en las cuatro direcciones principales:

Arriba, abajo, a la izquierda y a la derecha del acoplamiento.

Se requieren solamente lecturas en dos posiciones del acoplamiento, con el 0° arriba y a 180°

Si las flechas de ambas máquinas durante el giro a 180° permanecieran en la misma posición axial, los coples describirían planos perpendiculares a las flechas y el desalineamiento sería la diferencia entre las lecturas opuestas:

Desalineamiento “A” 0° - “a” 180° = “A” 180° - “a” 0°

Pero en máquinas grandes hay movimientos axiales aún cuando las flechas tengan tejuelos.

Suponiendo que Z sea este movimiento axial, tendremos:

Desalineamiento E = “A” 0° - ( “a” 180° - “Z” ) ó E = ( “A” 180° - “Z” ) – a”a” 0°



Sumando 2E = “A” 0° - “a” 180° + “A” 180° - “a” 0°

E = “A” 0° + “A” 180° - “a” 0° + “a” 180° 2 2

Se ve que el desalineamiento axial es igual a la diferencia entre la semi - suma de las lecturas de arriba y la semi – suma de las lecturas de abajo.

Lo expuesto para el desalineamiento vertical es igual para desalineamientos horizontales y combinados

Se ve también que los coples no son nada mas que herramientas o piezas auxiliares que sirven de ayuda para medir el desalineamiento de las flechas.

Ejemplo número 1:

Con desalineamiento radial y axial, con un indicador fijo en el cople de la bomba.

Radialmente: “A” + “a” = “I” + “D” por lo tanto 0 + 14 = 17 – 3 = 14

Cople del motor bajo 0 - 14 = -7 = 0.007”

Cople del motor a la izquierda 17 – ( - 3 ) = 20 = 0.010” 2 2

Axialmente:

“A” “a” “I” “D”

Suma 15 -19 24 -20

12 -17 14 -26 27 -36 38 -46

Resta 27 38



- 9 - 8

Desalineamiento:

-9/2 = -4/12 = -0.0045”; -8/2 = - 4 = - 0.004”

Acoplamiento abierto abajo 0.0045”

Acoplamiento abierto en la derecha 0.004”

3.- DETERMINACIÓN DEL DESALINEAMIENTO AXIAL.

En algunas máquinas es inaccesible la parte inferior del acoplamiento e impide tomar a mano las lecturas abajo “a” y a 180° con el lainometro.

Para estos casos se utilizan dos micrómetros indicadores que con un espejo pueden leerse las lecturas.

El procedimiento de cálculo para determinar el deslizamiento es el mismo expresado anteriormente y solamente se requieren dos lecturas más, que con ayuda de las figuras representativas de desalineamiento en total son:

Aplicando la expresión (1) tenemos:

Desalineamiento axial vertical “A” 0° + “A” 180° - “a” 0° + “a” 180° 2 2

ó también: “a” 0° + “a” 180° - “A” 0° + “A” 180° 2 2

Dependiendo de cual termino es mayor.



Desalineamiento axial horizontal

“I” 90° + “I” 270° - “D” 90° + “D” 270° 2 2 ó

“D” 90° + “D” 270° - “I” 90° + “I” 270° 2 2

Dependiendo de cual termino es mayor.

A continuación se muestra una forma de reporte de alineamiento.

4.- CORRECCIÓN DEL DESALINEAMIENTO.

Hacer un croquis indicando las distancias longitudinales desde el acoplamiento, hasta las partes de apoyo de las bases de la máquina que se va a mover.Considerando como eje de giro, la parte inferior del acoplamiento, calcular las calzas necesarias bajo las bases para cerrar una milésima de pulgada o un centésimo de milímetro al acoplamiento.Con los valores del desalineamiento encontrado, calcular primero las calzas necesarias para corregir el desalineamiento axial vertical y segundo, las calzas necesarias para corregir el desalineamiento radial vertical. La suma o resta de ellas (según lo indique el desalineamiento) será el total.Para corregir el desalineamiento horizontal seguir los mismos pasos que en el vertical anterior, con los valores horizontales

Tenemos el ejemplo N° 1RadialmenteCople del motor bajo 0.007”Cople del motor a la izquierda 0.010”

AxialmenteAcoplamiento abierto abajo -0.0045”Acoplamiento abierto a la derecha -0.004”Resumen: Agregar 0.00025” en el plano I y retirar 0.020” en el plano II, mover el motor 0.016” a la derecha en el plano I y 0.034” en el plano II.



5.- TOLERANCIAS EN EL ALINEAMIENTO.

La Tolerancia general en el alineamiento es de ½ a 1 milésima de pulgada.En acoplamientos flexibles, a mayor exactitud en el alineamiento, es menor el desgaste de las partes de fricción de los acoplamientos.En acoplamientos directos o rígidos, es mas importante un buen alineamiento para evitar principalmente vibraciones, segundo, esfuerzos innecesarios en las flechas y en los coples, y tercero, repartir uniformemente las cargas de la máquina sobre sus propias chumaceras.

La tendencia general es de efectuar los alineamientos al máximo de exactitud. En cualquier alineamiento puede llegarse a estimar lecturas con error máximo de medio milésimo de pulgada (0.0005”) respecto a las lecturas del fabricante. En turbinas muy grandes y máquinas de alta velocidad, la tolerancia llega a reducirse hasta un cuarto e milésimo (0.00025”). En máquinas de baja velocidad y potencias bajas un milésimo de tolerancia es aceptable (0.001”).

Cuando las máquinas sufren cambios fuertes de temperatura, como sucede en las turbinas de vapor donde los pedestales porta – chumaceras se calientan por estar inmediatos a los cilindros, es necesario conocer o calcular, cuanto es el cambio de altura en operación para que al hacer el alineamiento en frío, se deje un alineamiento tal, que al calentarse quede correcto.

Cuando una máquina tiene la flecha de gran diámetro y acoplada a otra de diámetro reducido, como sucede con los generadores grandes y sus excitadores, en altas velocidades la película de aceite en la flecha de mayor diámetro es de mayor espesor que la flecha de menor diámetro y la primera se eleva



algunos milésimos más que la segunda, esta diferencia en alturas puede ser de 0.004” a 0.010”

Algunas turbinas tienen unja chumacera soportada en la base del cilindro de baja presión, que hace que cambio de altura con el vació.

Es de primordial importancia saber cuanto deberá dejarse el alineamiento fuera de línea en frío o en reposo para que en operación, ya caliente, a plena velocidad y con carga, la unidad quede perfectamente alineada entre la tolerancia de ½ 0 1 milésima de pulgada de ajuste, de tal manera, que con bajas cargas quede alineada dentro de los limites.

BIBLIOGRAFÍA:

CURSO“ALINEAMIENTO DE MAQUINARIA”IMPARTIDO POR: ING. J. ARMANDO NIÑO B.

TECNOLOGÍA AVANZADA PARA MANTENIMIENTO S.A. DE C.V.



6.3.3.2. Medición de huelgos, Enmetalado de flechas y cajas de cojinetes

El personal que utiliza rodamientos debe estar enterado de las propiedades del polvo y la suciedad como agentes contaminantes y también de las características propias de los rodamientos.En el ambiente comúnmente se tiene polvo y suciedad del cual de un 10% al 50% esta constituido de arena y la mayoría de las veces esta arena es cuarzo, la cual es mas dura que el acero templado; si estas partículas penetran en el balero causan un excesivo debilitamiento, ruidos anormales y muy probablemente se acorta la vida del balero.

1.- Propiedades de los Rodamientos

Los Rodamientos tienen las siguientes propiedades especiales:a) Alto Grado de precisión. Los rodamientos se construyen con una muy alta precisión.b) El material es extremadamente duro. Los rodamientos se construyen para soportar una presión

de contacto muy grande la cual puede ser aplicada durante el montaje. No obstante existe el riesgo de romperse si se aplica una fuerza de impacto violenta. También la vida de los rodamientos se acorta cuando su temperatura se excede de 120° C.

c) Las pistas interiores y exteriores son delgadas. Debido a que las pistas interior y exterior se fa-brican extremadamente delgadas y los rodamientos son lo más compacto posible, cualquier distor-sión o deformación de la flecha o caja repercutirá sobre las pistas.

d) Susceptible a corrosión. Los rodamientos son susceptibles a la corrosión y esta misma es fácil de extenderse al interior del mismo, por esto, se debe tener especial cuidado para maniobrar y alma-cenar los rodamientos.

e) Se dañan fácilmente por vibración. Cuando una máquina con rodamientos de bolas o rodillos es-tando fuera de servicio, está expuesta a vibración externa de otra máquina; bajo esta condición, se produce una acción de resbalamiento entre la superficie de rodado de las bolas o rodillos. Algunas veces se marcan en la superficie de rodado las huellas del deslizamiento, la cual puede ser causa de ruidos anormales y vibración cuando este operando.

2. Reemplazo de Cojinetes o RodamientosAntes de montar los rodamientos en un motor eléctrico el ensamble se debe hacer en un recinto libre de polvo y humedad. También es recomendable instalar los rodamientos adecuados, si hay que usar uno de otra marca, debe de consultarse de acuerdo al catalogo del fabricante, de modo que se utilice un rodamiento con las mismas especificaciones a las de diseño del motor. Cuando se reemplacen es necesario efectuar las siguientes dimensiones:

a) medir el diámetro de la flecha, medir el diámetro interior de la caja del balerob) medir en algunos casos las dimensiones generales de los rodamientosc) la deflexión máxima por deformación de la flecha del rotor y como máximo esta deflexión esta

en 0.005 mm. Si es mayor que este valor se hace necesario el maquinado de partes para corregir estas deformaciones.

d) Cuando no se cumplen los huelgos máximos especificados tal como se indican en las tablas 1 Y 2 es necesaria la reparación las cuales se consideran:

e) El muñón de la flecha del rotor contra la pista interior del rodamiento. f) la caja interior de la tapa del estator donde el rodamiento se asienta contra la pista exterior del

mismo. Tolerancias para ajustes de los rodamientos de bolas y rodillos de máquinas rotatorias.

TABLA (1) Tolerancias de ajustes entre las flechas y la pista interior.

Rango delTolerancia para dimensiones Tolerancia para dimensiones de

De la flecha. La pista interior del balero.Diámetro Clase de Límite Límite Clase Clase de Alta Precisión



Ajuste Superior inferiorOrdinariaDe la

flechaLímite

SuperiorLímite Inferior

Límite Superior

Límite Inferior

6 a 10K5

+ 7 + 1 +3 -11 O - 8

10 a 18 + 9 + 1 +3 -11 O - 8

18 a 30

m5

+17 + 8 +3 -13 O -10

30 a 40 +20 + 9 +3 -15 O -12

40 a 50 +20 + 9 +3 -15 O -12

50 a 65 +24 +11 +4 -19 O -15

65 a 80 +24 +11 +4 -19 O -15

---80 a 100 +:?R +13 +5 -25 O -20

100 a 120

m6

+,S +40 +5 -25 O -20

120 a 140 +40 +15 +6 -31 O -25

140 a 160 +4() +15 +6 -31 O -25

1 ¡::;n a 180

n6

+s') +')7 +h -31 O -25

180 a 200 +60 +31 +8 -38 O -30

200 a 225 +60 +31 +8 -38 O -30

TABLA (2) Tolerancia de ajustes entre caja de balero y la pista exterior del balero.

Rango deldiámetro interior

De la caja del balero

H6Tolerancia para las dimensiones de Los diámetros de la pista ExternaClase Ordinaria Clase de Alta prec.

LímiteSuperior

LímiteInferior

LímiteSuperior

LímiteInferior

LímiteSuperior

LímiteInferior

18 A 30 +13 O + 2 -11 O -930 a 50 +16 O + 3 -14 O -1150 a 80 +19 O + 4 -17 O -13

80 a 120 +22 O + 5 -20 O -15

120 a 150 +25 O + 6 -24 O -18

150 a 180 +25 O + 7 -32 O - 25

180 a 250 +29 O + 8 -38 O -30

250 a 315 +32 O + 9 -44 O -35

315 a 400 +36 O +10 -50 O -40

400 a 500 +40 O +12 -57 O -45

Nota: La tabla anterior se aplica a cajas de baleros de acero colado. En el caso de cajas de baleros hechos de metales ligeros o paredes delgadas (como el aluminio) el ajuste seleccionado es el más apretado para su uso.

Cuando se tienen chumaceras como rodamientos se especifica que puede tener un Huelgo diametral entre chumacera y flecha es de 0.0015” +/_ 0.0005” por cada pulgada del diámetro de la flecha.



3.- Precauciones en el Montaje de los Rodamientos

Una vez obtenido el rodamiento de reemplazo, hay que observar las siguientes precauciones:a) Verifique las tolerancias del eje y la carcasa.b) Asegúrese que las tolerancias están dentro del intervalo recomendado por el proveedor del

cojinete y de acuerdo a las tablas anteriores.c) Limpie el área de instalación y las partes en contacto.d) No retire la envoltura del rodamiento hasta que se le necesite para la instalación.e) No exponga el rodamiento al polvo o suciedad.f) No lave un rodamiento nuevo, porque eliminaría la película protectora.g) En ningún caso se deberá montar el rodamiento ejerciendo fuerza sobre o a través de los

elementos rodantes.h) Asegure el anillo de fijación y monte cuidadosamente la tapa en su lugar. A continuación

tome exactamente la cantidad especificada de grasa lubricante y aplíquela al balero.

4.- Proceso de Enmetalado de Flechas y Cajas Se consideran para los casos de realizar los trabajos necesarios para recuperar las dimensiones originales de un motor eléctrico, para este proceso de reconstrucción hay procedimientos que facilitan el posterior maquinado del depósito y con esto asegurar los trabajos de acabado uniforme de los mismos. Este proceso considera lo siguiente:

a) Superficie libre de residuos. Para este proceso es necesario limpiar adecuadamente la su-perficie y que no tenga residuos de aceite, grasa, polvo o materiales extraños adheridos. Es recomendable efectuar un lavado previo con: solventes, alcohol, gasolina o thiner para la re-moción completa.

b) Uniformidad en la superficie debido al daño. Cuando se presenten depósitos y deforma-ciones debido a la falla, el maquinado se hace necesario siempre y cuando se tenga la posi-bilidad de maquinar la superficie en unas cuantas milésimas para poder asegurar la adheren-cia uniforme. Se debe procurar eliminar las impurezas necesarias y las deformaciones para permitir la adherencia del material a recuperar. Este proceso se lleva a cabo previamente con herramientas especiales y/o manualmente tratando de vigilar la forma con que se debe de aplicar el material y lograr una adherencia efectiva.Por lo tanto, es mejor dedicar todo el tiempo necesario durante la etapa de reconstrucción creando depósitos suaves y parejos. Trate de que la reconstrucción sea tan suave que permita “limpiar” la soldadura o los compuestos químicos aplicados, de esta forma durante el maquinado no se interrumpe el trabajo y el impacto en tiempo será por lo tanto menor.

c) Proceso de Recuperación del área de contacto. Para la recuperación uniforme de la su-perficie de contacto se consideran: Aplicación de productos químicos tal como: belzona, soldadura en frío, pegamento loctite

(solo en algunos casos). Colocación de anillo/buje de: bronce o fierro y fijación con soldadura. Aplicación de soldadura en caliente, en etapas y siempre y cuando se evite la deformación

de la tapa o flecha del motor. Aplicación de la soldadura de plasma en frió el cual asegura la consistencia del material

usado en la construcción de la tapa y flecha del motor eléctrico.



d) Maquinado y reconstrucción con herramientas especiales. Para tornear el metal agre-

gado es necesario el contar con las herramientas adecuadas que permitan utilizar velocida-des de corte más altas, necesarias para obtener un buen acabado en la superficie y hacer el trabajo en menos tiempo. Además de que las herramientas de acero de alta velocidad no tienen la resistencia necesaria para realizar cortes a alta velocidad la mayor parte de las ve-ces perderán su filo y les impedirán hacer el trabajo con precisión. En acero suave, para profundidades de corte de 1,3 mm (0,050 pulgadas) y velocidades de alimentación de 0,25 (0,010 pulgadas), la velocidad debe ser 150 a 250 RPM. Para cortes leves de acabado, es más adecuada una velocidad de 300 a 400 RPM.

5.- Recomendaciones y cuidados durante el proceso de Enmetalado

a) Presencia de escoria o cristales. Cuando se aplica la recuperación de los materiales a tra-vés de la soldadura en caliente la escoria producida por la soldadura se compone general-mente de cristales que se forman sobre la superficie de la soldadura. La escoria tiende a acumularse en depósitos solidificados. Por otro lado este tipo de imperfección puede o no te-ner consecuencias negativas para la pieza terminada pero afecta ciertamente el maquinado final y también este puede ser quebradizo. La adherencia se vera afectada por cualquier efecto de vibración que se tenga en el motor eléctrico y se corre el riesgo de que se puede desprender y fallar por consecuencia.

b) Dureza de la soldadura. Cuando se deposita un cordón de soldadura que no sea adecua-do se genera también un agregado o compuesto de aleación del metal base, posibilitando de esta forma cierto grado de endurecimiento del depósito cuando la aplicación de la solda-dura en caliente es intermitente. Por lo que se debe de vigilar las etapas de aplicación y re-cuperación de las superficies.

c) Variaciones de temperatura. Para que el proceso sea más efectivo es necesario conocer las afectaciones debido a la temperatura como se menciona a continuación: El efecto de enfriamiento durante el proceso debe ser mínimo evitando con esto diferen-

cias de temperatura significativas. El calentamiento previo de la pieza antes de la soldadura ayuda enormemente. Un pre-

calentamiento de 54,4 °C o 65,5°C (130°F o 150°F) reduce notablemente el enfriamiento. Para ablandar un cordón endurecido, se puede volver a calentar el cordón para templar-

lo. Use una corriente baja para la soldadura y un voltaje bajo para obtener un arco menos

violento y menores agregados de aleaciones. Esto no disminuirá la dureza del material base y sólo disminuirá la dureza de la soldadura.

Un paso de aplicación uniforme de la soldadura permite que el arco incida más sobre el cordón depositado anteriormente que en el material base con aleación. Esto genera un índice menor de agregados de aleaciones.

Si las dimensiones a reconstruir son grandes el proceso de soldadura genera un alto contenido de carbón y aleaciones por lo que la soldadura tiende a endurecerse.

d) Velocidades de corte. La velocidad de corte debe ser suficientemente alta para produ-cir cortes suaves. Esta velocidad cambia de acuerdo con la dureza del depósito, la pro-fundidad del corte y la velocidad de alimentación. Existe una velocidad crítica a la cual los fragmentos comienzan a deslizarse o desprenderse lustrando el lado interior de los mismos.. Los materiales de mayor dureza requieren velocidades inferiores para evitar el sobrecalentamiento y la destrucción del borde de corte. Sin embargo, se debe mantener la velocidad suficientemente alta para evitar los desgarramientos abrasivos y grisáceos propios de bajas velocidades superficiales.



Bibliografía Estándar lEC 60034-1Electrical Rotating Machines Procedimiento de la C.T. Pdte. Adolfo López Mateos, DE-028Mantenimiento a Motores, Horizontales de Inducción de "'6.9 kV con Chumaceras



6.3.3.3 Acoplamiento

Acoplamiento -: Dispositivo mecánico por medio del cual quedan unidas la máquina motriz y la máquina impulsada para la transmisión de trabajo mecánico.

1.- Tipos de acoplamiento

a).- Acoplamiento Rígido – Se utilizan en donde las flechas deben estar perfectamente alineadas generalmente son:

Acoplamiento de Turbina de Baja Presión. y Generador Eléctrico es de tipo rígido con pernos y apriete controlado.

Acoplamiento de Bombas de Condensado.- Es del tipo rígido vertical, en éste acoplamiento se da el ajuste del levantamiento de los impulsores con respecto a los tazones fijos, este ajuste lo determina el fabricante de la bomba, por ejemplo en la C.T. Río Escondido éste ajuste es de 0.71 mm. Y en el C.T. Pdte. Adolfo López Mateos es de 0.79 mm.

Más claro aún: Antes de acoplar se deja descansar el elemento rotativo de la bomba en sus tazones y




se ajusta la distancia entre coples al valor especificado, por medio de la tuerca

b).- Acoplamiento Flexible – Están Diseñados para tolerar pequeños desalineamientos ya sean angular o paralelo o ambos, absorben impactos debido a variaciones en el par motriz o en la velocidad de rotación, pueden ser de varios tipos, según la potencia y la velocidad en RPM que deban transmitir. Circular del lado del motor.




Acoplamiento flexible de engranes en Bomba de Agua de Alimentación a la Caldera entre el Motor Eléctrico y la Flecha de entrada al Turbovariador y la salida del Turbovariador y la Bomba, éste cople es del tipo Waldron.

Acoplamiento flexible de lainas de lámina galvanizada en bombas de enfriamiento, absorbe desalineamientos, amortigua vibración de un coplea otro.

Acoplamiento flexible de garras o dentado.




c).- Acoplamiento Hidráulico – Es un sistema para transmitir trabajo e rotación sin que exista entre las flechas ningún enlace mecánico. Puede ser de velocidad constante o de velocidad variable. Consta básicamente de un impulsor de aceite motriz y un elemento impulsado.

d).- Acoplamiento de Par Controlado – Es un acoplamiento flexible de rejilla, pero con aditamentos a base de resortes y balatas de tal manera que al llegar la transmisión a un par motor de cierto valor, el cople desliza en las balatas, protegiendo a la máquina de atorones, tiene usos específicos y su selección debe ser cuidadosa, en plantas de carbón se utilizan en los alimentadores gravimétricos.




CUBO - Parte De un acoplamiento, ya sea de elemento motriz o impulsado que entra en la flecha acuñando.CUÑA – Dispositivo que evita el deslizamiento del cubo sobre la flecha.

CUÑERO - Alojamiento maquinado en la flecha para la cuña ver figura anterior.CUBIERTAS – Es la envolvente del acoplamiento, sirve de contenedor del lubricante.

2.- Selección de coples utilizados en máquinas

Cuando se adquiere maquinaria no se presta atención adecuada a la selección de coples.

Hay que considerar principalmente:




a) Capacidad para absorber desalineamiento.b) Rigidez torcional.c) Sensibilidad a cargas axiales.d) Capacidad para amortiguar vibracióne) Requerimientos de lubricación.

Hay tendencia de toda la industria a estandarizar la utilización de componentes y se trata desde luego, de aplicarla a los coples. La experiencia muestra que realmente, el uso de los coples depende del servicio específico de cada máquina. Un factor limitante es la capacidad de torque y velocidad en cada diseño de copes, pues varía de acuerdo con el trabajo operativo de la maquinaria.Debe buscarse siempre que el cople cumpla con los requerimientos de operación de las máquinas; es decir, que no ocasione problemas sino que solucione los defectos potenciales.




CAPÍTULO 7 PROCEDIMIENTOS DE PRUEBAS

7.1 RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

7.1.1. DESCRIPCIÓNLa vida útil de un aislamiento termina cuando este se ha vuelto quebradizo, tostado, o cuando al oprimirlo se nota flojo, y al aparecer grietas ocasionadas por esfuerzos mecánicos.

El endurecimiento del aislamiento es ocasionado al operar a elevadas temperaturas por tiempos prolongados. Los esfuerzos mecánicos son causados por cortos circuitos o por dilataciones y contracciones debidas a los cambios de temperatura y vibraciones.

La resistencia dieléctrica del aislamiento, no se reduce notablemente por el endurecimiento; pero cuando se presentan las grietas ocasionan falla eléctrica, razón por la que se debe inspeccionar periódicamente.

Desafortunadamente no se puede medir el endurecimiento de los aislamientos por pruebas no destructivas, ya que ni la prueba de resistencia de aislamiento ni la de factor de potencia nos dan indicación del endurecimiento de el. Probablemente sea factible determinar el estado de aislamiento tomando el tiempo y las condiciones de temperaturas con que se ha trabajado.

El probador de resistencia de aislamiento es esencialmente un medidor de resistencia de alto rango con un generador de corriente directa integrado. Este medidor es de construcción especial, con bobinas de corriente y bobinas de voltaje que permiten que los ohms se puedan leer directamente, independientemente del voltaje aplicado. Las lecturas de resistencia de aislamiento deben considerarse como relativas. Pueden ser bastante diferentes para un motor o una máquina probada durante 3 días, y aún eso no significa mal aislamiento. Lo que realmente importa es la tendencia de las lecturas en un período de tiempo, en el que aparece menor resistencia y advertencia de problemas posteriores. Las pruebas periódicas son, por tanto, la mejor aproximación para el mantenimiento preventivo del equipo eléctrico, utilizando tarjetas de registro.

7.1.2 OBJETIVO.

Debe verificarse que la resistencia de aislamiento del devanado cumpla con lo establecido en este capitulo.

7.1.3 APARATOS Y EQUIPOS

a) Equipo medidor de resistencia de aislamiento con tensión de salida de 500 V. o mayorb) Accesorios preventivos de seguridad; ejemplo: lámparas intermitentes, sirenas, barreras, etc.

7.1.4 TEORIA GENERAL DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

La resistencia de aislamiento se define como la resistencia en Megohms que ofrece un aislamiento a un voltaje aplicado de corriente directa durante un tiempo determinado, medido a partir de la aplicación




del mismo, como referencia se usan los valores en tiempo de 1 a 10 minutos.

7.1.4.1 CORRIENTE DE AISLAMIENTO

Es la corriente resultante de la aplicación del voltaje de corriente directa a un aislamiento y consiste de 2 componentes principales:

1.- La corriente que fluye dentro del volumen del aislamiento y esta compuesta de:

a) Corriente capacitiva: Cuando se aplica al aislamiento un voltaje de corriente directa, ya sea con el equipo de resistencia de aislamiento o con un probador de corriente directa, la corriente comienza con un valor elevado, disminuyendo con el tiempo hasta estabilizarse. El bajo valor de resistencia de aislamiento inicial es originado en parte por la alta corriente capacitiva, la cual disminuye rápidamente con el tiempo, teniendo un valor despreciable aproximadamente a los 15 segundos.

b) Corriente de absorción dieléctrica: La corriente de absorción dieléctrica es causa también del bajo valor de resistencia de aislamiento, esta corriente también disminuye con el tiempo, requiriendo de 10 minutos a varias horas para alcanzar un valor despreciable; sin embargo, para las pruebas de resistencia de aislamiento el cambio en la corriente de absorción dieléctrica después de 10 minutos se puede despreciar.

c) Corriente de conducción irreversible: Esta corriente fluye a través del aislamiento y es prácticamente constante y predomina después que la corriente de absorción dieléctrica se hace insignificante

2.- La corriente que fluye sobre la superficie del aislamiento y recibe el nombre de:

Corriente de fuga: Es la corriente que fluye sobre la superficie del aislamiento. Esta corriente al igual que la corriente de conducción irreversible, no varían con el tiempo para un valor de voltaje aplicado y son el factor principal con el cual podemos juzgar la condición del aislamiento.

La resistencia de aislamiento varía directamente con el espesor del aislamiento e inversamente con el área de aislamiento bajo prueba. La curva de corriente de aislamiento contra tiempo se conoce como la curva de "absorción dieléctrica" y su pendiente indica el grado relativo de secado o suciedad del aislamiento. Si el aislamiento esta húmedo o sucio se alcanzara un valor estable en 1 o 2 minutos después de haber iniciado la prueba y se tendrá una curva con baja pendiente.

7.1.5 TENSIONES DE PRUEBA PARA AISLAMIENTOS

Los potenciales de prueba más común-mente utilizados son tensiones de corriente directa de 500 a 5,000 V.

a) Motores de baja tension menores de 600 VCA: 500 VCD,b) Motores de Media y Alta tension de 2400,4160,6900 VCA : 2500 o 5000 VCD

7.1.6 CLASES DE AISLAMIENTO

Las clases reconocidas de materiales aislantes y las temperaturas máximas de operación que se les han asignado, son de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana NOM-J-153 como se especifica en la tabla siguiente.




Clase de aislamiento Identificación Temperatura90

105120130155180

Más de 180

YAEBFHC

90°C105°C120°C130°C155°C180°C

Sobre 180°C

FIGURA 1




FIGURA 2 Temperatura para las distintas clases de aislamiento

7.1.7 FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.

A menos que las mediciones de resistencia y absorción dieléctrica se lleven a cabo con un alto grado de habilidad, se presentaran fluctuaciones importantes provocadas por factores que se discuten en los párrafos siguientes. Cada uno de estos factores puede ser causa de grandes errores en la medición de la resistencia de aislamiento, los cuales no deben considerarse como problemas del aparato de medición.

7.1.8 EFECTO DE LA CONDICIÓN DE LA SUPERFICIE DEL AISLAMIENTO

Los depósitos tales como carbón, polvo o aceite depositados en las superficies aislantes, pueden bajar la resistencia del aislamiento. Este factor es particularmente importante cuando se tienen superficies aislantes relativamente grandes expuestas al ambiente.

El polvo depositado sobre las superficies aislantes, ordinariamente no es conductor cuando esta seco, pero cuando se expone a humedad se vuelve parcialmente conductor, y baja la resistencia de aislamiento, por lo que se deberá eliminar toda materia extraña que esté depositada sobre el mismo antes de efectuar la prueba.

7.1.8.1 EFECTO DE LA HUMEDAD

Una gran parte de los materiales utilizados en los sistemas de aislamiento como son el aceite, el papel, el carbón y algunas cintas, son higroscópicos y, por lo tanto, capaces de absorber humedad ocasionando una reducción en la resistencia de aislamiento.

Actualmente se construyen algunos motores eléctricos con aislamientos que no absorben humedad, pero si la temperatura del devanado alcanza un valor igual o inferior a la de punto de rocío, se puede formar una película de humedad sobre la superficie del aislamiento, reduciendo su resistencia. El mismo fenómeno se presenta en las porcelanas de las boquillas de los transformadores e interruptores cuando se tiene alta humedad en el ambiente siendo más grave si la superficie está contaminada.

Es importante, sobre todo en el caso de los motores eléctricos, efectuar las pruebas cuando los devanados tengan una temperatura superior a la de punto de rocío; esto es necesario especialmente en el caso de equipo critico y para ello se efectúan mediciones de temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco para determinar el punto de rocío y la humedad absoluta o relativa.

Debido a que las características de temperatura de los materiales varían con el tipo de combinación de los materiales, cada equipo tiene sus propios factores de corrección por temperatura, los cuales se pueden obtener efectuando dos pruebas sucesivas de absorción a dos temperaturas diferentes. La primera prueba se puede efectuar poco después de poner el equipo fuera de servicio y la segunda después que el equipo se ha enfriado a una temperatura considerablemente menor.


TEMPERATURA PARA LAS DISTINTAS CLASES DE AISLAMIENTO

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

TEMPERATURA AMBIENTE DE 40 °C

TE

MP

ER

AT

UR

A E

N °

C

Elevacion permisible de temp.40 °C

40 4040 4040

90

105

130

180

155



Utilizando una gráfica con escala logarítmica para la resistencia de aislamiento y escala lineal para la temperatura, se anotan los dos valores obtenidos a los 10 minutos en las pruebas mencionadas y se unen mediante una línea recta. Figura 4.




FIGURA 3




FIGURA 4




7.1.8.2 EFECTO DE LA TEMPERATURA

La resistencia de aislamiento varía inversamente con la temperatura para la mayor parte de los materiales aislantes. Para comparar apropiadamente las mediciones periódicas de resistencia de aislamiento, es necesario efectuar las mediciones a la misma temperatura, o convertir cada medición a la misma base.

Esta conversión se efectúa con la siguiente ecuación:

Rc = Kt x Rt

Rc = Resistencia de aislamiento (en megohms) corregida a la temperatura base.Rt = Resistencia de aislamiento a la temperatura que se efectuó la prueba.Kt = Coeficiente de corrección por temperatura.

Las bases de temperatura recomendadas por los Comités de Normas son de 40°C para las máquinas rotatorias, 20°C para los transformadores y 15.6°C para los cables.

Para los demás equipos, como interruptores, apartarrayos, boquillas pasa-muros, etc., no existe temperatura base ya que la variación de la resistencia de aislamiento con respecto a la temperatura no es notable.

La intersección de esta línea con la temperatura base es el valor de Rc de la ecuación (1), con este valor y otro valor de resistencia a cualquier otra temperatura, se puede obtener el factor de corrección Kt para esa temperatura utilizando la misma ecuación (1). Con el valor obtenido de Kt y tomando en cuenta que el valor de Kt es 1 para la temperatura base, se definen dos puntos de la grafica, los que al unirlos por una línea recta nos proporcionan la curva de corrección por temperatura para el equipo en cuestión.

Una vez que se establece esta curva de corrección para un equipo dado, se podrá usar durante toda su vida, a menos que se efectúen reparaciones mayores en el mismo que impliquen cambios en el sistema de aislamiento.En el caso de que no se cuente con la curva de corrección particular para el equipo, se pueden utilizar los factores de corrección aproximados que se indican en la Figura 5.




FIGURA 5




FIGURA 6 VIDA PROMEDIO APROXIMADA DE LOS DEVANADOS DE UN MOTOR EN FUNCIÓN DE LA CLASE DE AISLAMIENTO Y LA TEMPERATURA DE OPERACIÓN


Clase105

Clase130

Clase155

Clase180



Al realizar pruebas de resistencia de aislamiento, es muy importante la medición de la temperatura; en el caso de motores eléctricos con detectores de temperatura por resistencia, deberá utilizarse el promedio de las lecturas de todos ellos; cuando no existen detectores se deberá tomar el promedio de lectura de varios termómetros localizados estratégicamente. El tiempo que transcurre mientras se baja carga, desconexión del equipo asociado y preparación para la prueba, ayudará a disminuir el gradiente de temperatura entre el aislamiento y el dispositivo de medición de la temperatura, pero el tiempo transcurrido no deberá ser mayor de una hora para los generadores. Para los transformadores se recomienda un retraso de una hora después de ponerlos fuera de servicio para reducir el gradiente de temperatura. En todos los casos deberá ponerse fuera de servicio cualquier tipo de ventilación forzada al mismo tiempo que se elimina la carga.

En el caso de motores eléctricos el efecto por temperatura en el índice de polarización generalmente es pequeño, si la temperatura del motor eléctrico no cambia apreciablemente durante el tiempo que se efectúan las lecturas. Pero, cuando la temperatura es alta, y por las características del sistema aislante, con cualquier variación de temperatura se puede obtener un índice de polarización bajo, en cuyo caso se recomienda una prueba abajo de los 40°C como una comprobación de la condición real del aislamiento.

7.1.8.3 EFECTO DEL ENVEJECIMIENTO Y CURADO

El aislamiento con cubierta semisólida como la mica asfáltica pasa por un proceso de curado, con el tiempo, este proceso aumenta la corriente de absorción dieléctrica que toma el aislamiento, así que las mediciones hechas con el equipo de medición de resistencia de aislamiento a alta tensión de corriente directa, nos muestran un valor menor de resistencia de aislamiento con la edad. El factor más notable del envejecimiento es detectado por la corriente de fuga debida a la presencia de rajaduras y contaminación.

7.1.9 ÍNDICE DE POLARIZACIÓN

La pendiente de la corriente de absorción dieléctrica tomada a una temperatura dada, indica el grado de secado del aislamiento. Esta pendiente puede ser expresada como el índice de polarización y es obtenido de:

I.P. = =

A tensión constanteI.P. = Índice de polarización. I1 = Corriente de fuga en el aislamiento a 1 min.I10 = Corriente de fuga en el aislamiento a 10 min.R.A = Resistencia de aislamiento

A la relación de 60 segundos a 30 segundos se le conoce como ÍNDICE DE ABSORCIÓN y a la relación de 10 minutos a 1 minuto como ÍNDICE DE POLARIZACIÓN. El índice de polarización es muy útil para la evaluación del estado del aislamiento de devanados de motores, generadores y transformadores, y es indispensable que se obtenga justamente antes de efectuar una prueba de alta tensión en máquinas rotatorias.




El estándar del IEEE No. 43 dice: Si el índice de polarización de un devanado de armadura de clase A de un motor de corriente alterna es de 1.5 o más, y el de un aislamiento de clase B es de 2.5 o más, el devanado está seco y limpio.

7.1.10 CURVA DE ABSORCIÓN DIELECTRICA

La resistencia de aislamiento no es una medida de la tensión que puede soportar un aislamiento; si se interpreta correctamente solo sirve para determinar si el devanado puede continuar en servicio.

Se recordará que aún para máquinas iguales y bajo condiciones similares de la resistencia de aislamiento puede variar considerablemente. "Los cambios que ocurren en la resistencia de aislamiento son más significativos que los valores absolutos". La pendiente de la curva de megohms-tiempo "curva de absorción dieléctrica" nos muestra lo anterior; el voltaje de prueba se aplica 10 minutos tomando lecturas cada minuto; cualquier curva que alcance un valor constante o menor que el normal en 3 minutos, nos indica alta corriente de fuga. El devanado debe investigarse, limpiarse y volverse a probar. En caso de un aislamiento muy húmedo, la curva de absorción dieléctrica puede empezar hacia arriba y bajar del valor inicial.

7.1.11. PREPARACIÓN DEL MOTOR PARA LA PRUEBA

a) Cuando se requiere información de la condición interna del aislamiento sin que el valor se vea afectado por la condición superficial, deberá limpiarse y secarse el aislamiento. En ambientes húmedos es de gran importancia la limpieza de la superficie del aislamiento antes de efectuar la prueba.

b) La temperatura del devanado debe estar por encima del punto de rocío para evitar condensación de la humedad en la superficie del aislamiento.

c) Descargar completamente toda carga residual antes de efectuar la prueba, conectando los devanados a tierra cuando menos 10 minutos antes de su indicación.

d) Es conveniente que la medición de la resistencia de aislamiento abarque exclusivamente los devanados del motor eléctrico, para lo cual es necesario desconectar todos los accesorios.

e) En los motores eléctricos con devanados enfriados por agua se recomienda expulsar el agua y secar completamente el circuito interno. A excepción de la prueba "tal como esta”, con los devanados enfriados con agua desmineralizada a un valor de conductividad conforme a las recomendaciones del fabricante.

7.1.12. CIRCUITO DE PRUEBA

Para prueba de motores trifásicos de C.A. se recomienda el circuito de la figura 7 cuando el neutro sea inaccesible.




FIGURA 7 PRUEBA EN MOTOR O GENERADOR DE INDUCCIÓN

Así mismo, siempre que sea posible, sepárense las Fases y pruébense separadas, ya que con esto, se puede establecer una comparación entre las mismas para una evaluación.

Por otro lado, la prueba de todas las fases a la vez, tiene el inconveniente de que únicamente se prueba el aislamiento de todo el devanado contra la tierra.

7.1.13. APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO A MOTORES ELÉCTRICOS

La medición de la resistencia de aislamiento ha sido recomendada y utilizada durante más de medio siglo en la evaluación de las condiciones del aislamiento de los motores eléctricos. Esta prueba es de gran ayuda para la determinación de la presencia de humedad, aceite, polvo, corrosión, daños o deterioro del aislamiento. Se aplica también para el control del proceso de secado de los motores eléctricos.

7.1.13.1 PROCEDIMIENTO

a) Se unen entre sí todas las terminales del motor, y se conectan al borne positivo del equipo de medición de resistencia de aislamiento.

b) Se conecta el borne negativo al cuerpo del motor, asegurándose que exista una buena conexión a tierra.

c) Activar accesorios preventivos de seguridad.d) Se aplica el potencial del equipo de medición de resistencia de aislamiento al devanado y se

toman las lecturas de resistencia.

NOTA.- Al finalizar la prueba, deben descargarse a tierra los devanados.

7.1.13.2 LIMITACIONES

Sin dejar de reconocer las ventajas de la prueba de medición de la resistencia de aislamiento como una guía útil en la evaluación de las condiciones del devanado de un motor eléctrico, esto no debe tomarse como criterio exacto ya que tiene varias limitaciones, entre las cuales aparecen las siguientes:




a) La resistencia de aislamiento de un devanado no tiene relación directa con su rigidez dieléctrica y, por 1o tanto, es imposible predecir el valor de resistencia al que fallará.b) Aún cuando en base a la experiencia se han definido valores mínimos recomendables, existen motores eléctricos que tienen una superficie de aislamiento extremadamente grande, que pueden tener valores de resistencia inferiores a los mínimos recomendados, aún cuando sus devanados estén en buenas condiciones.c) Una medición aislada de resistencia de aislamiento a un voltaje deseado, no indica si la materia extraña responsable de la baja resistencia esta concentrada o distribuida.

7.1.14 INTERPRETACIÓN DE LECTURAS PARA LA EVALUACIÓN DE LOS AISLAMIENTOS.

A continuación, se dan algunas recomendaciones para auxiliar al personal de prueba en la evaluación de los resultados obtenidos en la prueba de resistencia de aislamiento. En ninguna forma se pretende que sean sustituidos el buen criterio y experiencia de la persona, ya que se considera que para el análisis correcto de las lecturas y la anticipación de las fallas, se requiere un criterio y experiencia personal básicos que desafortunadamente, requieren tiempo y esfuerzo el adquirirlos.

En general las lecturas de resistencia de aislamiento deberán considerarse como relativas, a menos que el único interés sea el detectar que los valores se mantengan por arriba de los mínimos recomendados, 1o cual representaría un gran desperdicio en el aprovechamiento de la prueba.

Como una confirmación a la relatividad de una lectura aislada, existen casos en que se obtiene un valor alto de resistencia de aislamiento y, sin embargo, existe una deficiencia incipiente en la estructura aislante, o el caso opuesto, en que el valor es bajo y el aislamiento está en buenas condiciones, ya que la causa son fugas uniformemente distribuidas de naturaleza inofensiva.

Tomando en cuenta esta relatividad de las lecturas únicas, es fácil ver que la única forma de evaluar con cierta seguridad las condiciones del aislamiento de un devanado, es mediante el análisis de la tendencia de los valores en las pruebas periódicas a que se somete, para facilitar este análisis, se recomienda graficar las lecturas obtenidas en las pruebas anuales o semestrales.

Para que el análisis comparativo sea efectivo, todas las pruebas deberán hacerse al mismo potencial, las lecturas deberán corregirse a una misma base (40°C) y, en 1o posible, bajo las mismas condiciones.

7.1.15 CRITERIO DE ACEPTACIÓN

A continuación aparecen algunas indicaciones que deben tomarse como un auxilio en la interpretación de los valores obtenidos durante las pruebas periódicas efectuadas en un equipo dado:

a) No hay que preocuparse si los valores son altos o regulares, o bien sostenidos.b) Si los valores son regulares o altos pero tienen tendencia a bajar, deberá localizarse y

eliminarse la causa.c) Si los valores son bajos pero sostenidos, es probable que todo este correcto, pero debe

investigarse la causa.d) Si los valores son tan bajos que caen en 1o inseguro, deberá reacondicionarse el equipo antes

de ponerlo en servicio.e) Si los valores son regulares o altos, bien sostenidos en un principio pero muestran una caída

repentina, se deben efectuar pruebas a intervalos más frecuentes hasta localizar la causa. Si




los valores llegan a ser tan bajos que se consideren inseguros, se debe retirar el equipo de operación.

NOTAS: El valor mínimo de resistencia de aislamiento se calcula mediante la siguiente relación (IEEE Std.43):

Rm = kV + 1Donde:Rm = Resistencia de aislamiento mínima recomendada, en megohms a 40°C.kV = Tensión nominal del motor en kV.

En la norma IEEE 43 se recomienda como valor aceptable 10 veces el valor mínimo de la resistencia de aislamiento determinado con la relación anterior.

El índice de polarización para cualquier tipo de motor debe ser no menor de 2.0




7.2 PRUEBA DE RESISTENCIA ÓHMICA

7.2.1. OBJETIVO

El propósito de este método de prueba de la medición de la resistencia eléctrica en devanados de motores electricos y en general, es la de determinar las características del equipo que se instala y está en operación.

Una comparación de resistencia eléctrica entre las fases nos dará una idea de la buena o mala conexión de los subconductores de un devanado en la puesta en servicio, verificar contra el tiempo el estado de las conexiones de un devanado y así poder determinar la variación del valor original de la resistencia eléctrica desde la puesta en servicio.

En resumen se comprobará el estado de las soldaduras de las conexiones de los subconductores de un devanado de un motor electrico para puesta en servicio y en operación.

7.2.2 APARATOS Y EQUIPOS

a) Puente de Kelvin: Mediciones de baja resistencia aproximadas menores a 5 ohms. Exactitud requerida 0.1% - 1.0%.

b) Puente de Wheatstone: Mediciones de media resistencia aproximadas entre: 1.5 y 10 ohms. Exactitud requerida de 0.1% - 1.0%

c) Puente de Wheatstone modificado: Mediciones de alta resistencia aproximadas arriba de: 10 ohms. Exactitud requerida 0.1% - 1.0%

d) Medidor de Baja Resistencia: En el caso de no contar con uno de los puentes antes mencionados

e) Ohmetro digital: En el caso de no contar con uno de los puentes antes mencionados.

7.2.3 PREPARATIVOS

a) Descargar cualquier carga estática por un periodo de 5 minutos.b) La resistencia debe ser medida en las terminales del devanado con el motor en reposo.c) La resistencia debe medirse por cada fase separadamente.d) Preparar el equipo de prueba, se recomienda utilizar el puente doble de Kelvin.e) Preparar la hoja doble de lectura.

7.2.4 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA

Tomar lecturas y al momento de hacerlas, medir la temperatura del devanado por medio de los RTD´S (cuando se tenga).

Las resistencias obtenidas deben ser corregidas, según la norma IEEE 115, párrafo 2.10.05, de acuerdo a la siguiente fórmula:




Rs = Rt

Donde:Rs – Resistencia del devanado, corregida a una temperatura especificada Ts.Ts – Temperatura especificada, en grados centígrados, 25 °C.Tt - Temperatura medida en el motor. Rt – Resistencia del devanado cuando la resistencia fue medida, en grados centígrados.K – Constante característica para el material del devanado.

K = 234.5 para el cobre K = 225 para aluminio.

7.2.5 PRUEBA DE RESISTENCIA ÓHMICA AL DEVANADO DE CAMPO(cuando aplique)

a) Remover todos los carbones de los anillos colectores.b) El rotor debe estar parado.c) Preparar el equipo de prueba, se recomienda el puente doble de Kelvin.d) Preparar la hoja de pruebas.

7.2.6 CRITERIO DE ACEPTACIÓN

Esta prueba se debe de realizar utilizando uno de los instrumentos indicados, de acuerdo con el valor de resistencia esperado. La resistencia del devanado corregida a 25°C debe estar entre 5% de la resistencia original. La diferencia de resistencia entre fases debe estar entre 0.5%

7.2.7 DIAGRAMA DE CONEXIÓN




Para el caso de motores conectados en estrella con el neutro inaccesible

PRUEBACONEXIÓN DE PRUEBA

MIDER0 RX

1 A B RAB

2 B C RBC

3 C A RCA




7.3 PRUEBAS DE ALTO POTENCIAL C.A. Y C.C.




7.3.1 PRUEBAS DE ALTO POTENCIAL APLICADO EN C.A.

El único medio positivo para determinar el voltaje que un aislamiento puede soportar, es aplicando un alto potencial hasta que ocurra la falla. Sin embargo, esta prueba es de naturaleza destructiva y, por consiguiente, no es recomendable hacerla a pleno voltaje de prueba a equipo en servicio.

7.3.1.1 OBJETIVO.

Las pruebas de alto potencial de C.A. tienen la finalidad de determinar el estado del aislamiento. Son hechas en las fábricas, al equipo nuevo; en el campo, al equipo instalado y al reembobinado.

7.3.1.2 APARATOS Y EQUIPOS

a) Transformador. Del tipo de alta reactancia, diseñado para proporcionar en el secundario la tensión de prueba y con la capacidad de 0.5 kVA, como mínimo.

b) Interruptor automático de sobrecorriente. Conectado en el circuito del secundario para protección contra corrientes excesivas.

c) Control de tensión. Un aparato tal como un autotransformador de relación variable, para controlar la baja tensión en el devanado primario del transformador.

d) Vóltmetro. Para determinar la tensión de circuito abierto; conectado en el lado de baja tensión del transformador y calibrado para obtener la tensión en el secundario, es decir, sus lecturas deben estar multiplicadas por la relación de vueltas.

e) Vóltmetro de esferas. Para verificar que el transformador proporciona la tensión efectiva de prueba en el lado de alta tensión.

f) Varios. Interruptor, cable y aislamiento adecuado, para el manejo de la tensión de prueba.

7.3.1.3 TIPOS DE PRUEBAS DE ALTO POTENCIAL EN C.A

Este tipo de pruebas se dividen en:a) “Pruebas de fábrica”, se hacen al equipo nuevo o al montado totalmente en el campo.b) “Pruebas de campo”, se hacen al equipo nuevo después de instalado y que ha pasado la

prueba de fábrica.c) “Pruebas periódicas o de rutina”, se hacen al equipo en servicio.

7.3.1.4 VALORES DE VOLTAJE DE C.A. PARA CADA TIPO DE PRUEBA

El valor de voltaje de C.A. para pruebas de alto potencial aplicado a estatores de motores para “pruebas periódicas o de rutina” recomendado, es un valor entre:

(1000 + 2 x Voltaje nominal) y (1000 + 2 x Voltaje nominal) a un minuto

El valor de voltaje C.A. para pruebas de fábrica o a motores recién embobinados es:

Vprueba = 1000 + 2Enominal durante un minuto

Sin embargo, para proteger el embobinado, estas pruebas se hacen a 0.85 (1000 + 2E) cuando ya ha habido pruebas similares anteriores.




Las pruebas de rutina de sobrevoltaje no deben hacerse frecuentemente, debido a que someten al aislamiento a sobretensiones que en muchos casos pueden dar lugar al deterioro de los aislamientos.

En caso de ocurrir la ruptura el daño es mucho menor, puesto que la capacidad del probador es pequeña.

Las características de aislamiento a través del rango de voltaje de operación normal, parece que ofrecen más información sobre el aislamiento que cualquier otro método.

7.3.1.5 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

La muestra consiste de un motor nuevo y completo en todas sus partes, ninguna preparación especial es necesaria.

7.3.1.6 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA DE ALTO POTENCIAL DE C.A.

a) Aterrice completamente el armazón del motor (mismo potencial que la terminal “tierra” del dispositivo para pruebas de alta tensión).

b) Unir las terminales de los devanados formando un cortocircuito y mida la resistencia del aislamiento por medio de un Megohmetro, al termino de la prueba desunir las terminales.

c) Aterrice las bobinas a las cuales no se les aplicará tensión.d) Si esta instrucción se ignora se puede provocar ruptura de aislamiento debido a la tensión

inducida en las bobinas a las que no se les aplicó tensión.e) Conecte la terminal “línea del dispositivo de pruebas de alta tensión a una terminal de los

devanados utilizando un cable de suficiente rigidez dieléctrica.f) Coloque un señalamiento visible (se recomienda color rojo) alrededor del motor en prueba para

indicar que esa es un área peligrosa.g) Verifique la tensión de prueba y el tiempo de prueba.h) Además del controlador de tensión instale un monitor para proteger el sitio de la prueba. Este

monitor servirá para avisar que ha sido conectada la fuente de alta tensión. El controlador de tensión deberá registrar cero tensión a la salida del dispositivo de pruebas de alta tensión, al poner el interruptor en la posición ON.

i) Observe el voltímetro y el amperímetro y asegúrese de que la tensión se incrementa al nivel especificado a una razón aproximada de 1kV/s; mantenga la tensión especificada durante el tiempo preescrito. El controlador de tensión deberá medir la corriente de fuga y registrarla.

j) Después del período de tiempo especificado, disminuya la tensión a una razón aproximadamente 1kV/s, vuelva a colocar la salida de tensión en cero y desconecte el dispositivo de pruebas de alta tensión. Desconecte también el monitor para avisar que la prueba ha terminado.

k) El inspector deberá aterrizar la terminal a la que se le aplica la tensión para descargar al motor en caso de que tuviera algo de carga y luego deberá desconectar el alambrado.

l) Mida de nuevo la resistencia del aislamiento con un megaohmetro para asegurarse de que no ocurrieron daños durante la prueba.

m) Después de terminar la prueba, quite la cinta alrededor del motor pero asegúrese de que ya no hay peligro.




7.3.1.7 TENSIÓN Y DURACIÓN DE LA PRUEBA

La tensión de prueba se muestra en la siguiente tabla. El tiempo de prueba deberá ser de 1 minuto.

Parte a probar Tensión de prueba

Devanado primarioa) Menos de ½ HP

E = menos de 250 VE = más de 250 V

b) Más de ½ HP

900 V2E + 1000 V2E + 1000V

Devanado secundario (rotor devanado)a) Motores no reversiblesb) Motores reversibles

2E2 + 1000 V4E2 + 1000 V

TABLA 7.1E = Tensión nominalE2 = Tensión inducida en el secundario con una tensión nominal en el primario y el rotor en

reposo.

7.3.1.8 LIMITACIONES

a) Los esfuerzos de potencial en algunos casos no son totalmente representativos de lo que ocurre en el servicio normal, tal es el caso de los cabezales de los generadores. (Sin embargo, esto no ha interferido en la determinación del deterioro, tanto en los cabezales como de las porciones de los devanados alojados en las ranuras.

b) Toma más tiempo hacer la prueba con C.C. que con C.A.c) Hay que tener cuidado para distinguir el cambio de la corriente de fuga, del cambio de la

corriente de absorción.

7.3.1.9 INFORME

Debe informarse si durante la prueba se presentaron o no fallas en el aislamiento, como pueden ser flameos, descargas disruptivas, etc.

7.3.2 PRUEBA DE ALTO POTENCIAL DE C.C.

7.3.2.1 VENTAJAS

a) Se requiere poca potencia para operar el probador.b) El probador es bastante portátil (menos que un megger pero mucho más que un probador de

alto voltaje de C.A.).c) Aparentemente el potencial de C.C. no causa deterioro al aislamiento, aún en el caso de ocurrir

la ruptura, por lo tanto, esta prueba es considerada no destructiva pero deberá cuidarse no exceder los límites fijados.

d) La pequeña corriente de fuga no es encubierta por la corriente capacitiva como con C.A., por lo tanto, da una medida de la calidad del aislamiento.

7.3.2.2 DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA




La prueba de alto potencial de C.C. consiste en la medición de la corriente de fuga a diferentes voltajes escalonados, hasta un punto en que se detecta la debilidad del aislamiento o arriba del voltaje de cresta de operación normal, y en la interpretación de los resultados en términos de la calidad del aislamiento. Es necesario hacer una gráfica con los resultados obtenidos para la interpretación de éstos.

En la gráfica de divisiones lineales, se registrarán las corrientes de fuga como ordenadas y los voltajes de pruebas como abscisas, tan pronto como sea tomada, cada lectura deberá registrarse mientras la corriente de fuga no sea excesiva y continúe en línea recta a medida que aumenta el voltaje de prueba, se puede proseguir hasta alcanzar los valores máximos mostrados en la tabla 1.

La calidad del aislamiento puede ser juzgada por la posición de cualquier “curvatura o rodilla” resultante en la gráfica de corriente de fuga contra voltaje aplicado. Si la curva trazada es una línea recta, se puede suponer que la rodilla aparecerá a un valor de voltaje superior al máximo de prueba. Se considera que la calidad del aislamiento es proporcional al voltaje de prueba al cual aparece la rodilla, si ésta, aparece a un valor menor al máximo voltaje de cresta de C.A. de operación del devanado, el aislamiento está en peligro de falla; si la corriente de fuga aumenta al grado de que su curva se vuelve casi vertical, el devanado está a punto de fallar; y por lo tanto, la prueba debe ser suspendida.

La calidad del aislamiento es también indicada por el doblez (en este caso hacia abajo) de la curva de megaohms a los voltajes máximos de prueba. Si la prueba fuera continuada hasta la ruptura, la curva de resistencia de aislamiento sería de una forma suave, alcanzando un valor de resistencia cero al voltaje de ruptura. Si la prueba se suspende tan pronto como la resistencia se establece, y entonces la curva es extrapolada, el voltaje de prueba al cual se alcanzaría la resistencia cero, es el “voltaje de ruptura C.C. pronosticado”. En la práctica, la prueba es suspendida cuando el valor de resistencia en megaohms baja a la mitad del valor máximo. Figura 1.

Existen gráficas especiales que permiten determinar rápidamente la resistencia en megaohms a partir de la corriente en microamperes y los kV de prueba. Estas gráficas permiten ver como va disminuyendo la resistencia a medida que aumenta el voltaje, esto nos permite suspender la prueba en el momento adecuado. Figura 2.

Tiempos totales a partir del comienzo de la prueba y voltajes de C.C. para pruebas de alto potencial a devanados de máquinas rotatorias (constante de absorción 0.5)

Voltajes nominales de máquinas2.3 kV 4.16kV 6.0 kV 11.5-13.8 kV

kV de prueba

Tiempo Min.

kV de prueba

Tiempo Min.

kV de prueba

Tiempo Min.

kV de prueba

Tiempo Min.

1 20 2 20 3 20 5 302 34 4 34 5 32-1/2 9 503 45 6 45 7 42-1/4 13 663-1/2 51-1/4 7 51-1/4* 9 50-1/2 15 754 56-1/2 8 50-1/2 10 55-1/4 17 834-1/4 60 8-1/2 60 11 59-1/2 19 904-1/2 62-3/4 9 62-3/4 12 63-1/2 21 96-1/24-3/4 65-1/2 9-1/2 65-1/2 12-1/2 65-3/4 22 100-1/45 68 10 68 13 67-3/4 23 103-3/4




5-1/4* 70-1/4 10-1/2* 70-1/4 13-1/2 69-3/4 24 1075-1/2* 72-1/4 11* 72-1/4 14 71-3/4 25 110-1/45-3/4* 74-3/4 11-1/2* 74-3/4 14-1/2 73-3/4 26* 113-1/46* 76-3/4 12* 76-3/4 15 75-3/4 27* 116-1/4

15-1/2* 28* 119-- 29* 121-3/4-- 30* 124-1/219-1/2* 93-3/420* 95-3/4

Incremente0.5kV/Min

Incremente1 kV/Min

Incremente1 kV/Min

Incremente1 kV/Min

Tabla 7.2*Estos valores son usados en casos especiales, normalmente la prueba se suspende en el valor anterior. En casos especiales los tiempos y/o voltajes de la tabla se pueden cambiar.

FIGURA 1 PRUEBA DE TENSIÓN EN KILOVOLTS C.D.




7.3.2.3 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA DE ALTO POTENCIAL APLICADO DE C.C.

a) Los siguientes datos deben ser registrados: Tiempo KV de prueba Microamperes de prueba Megaohms Temperatura del devanado Humedad Datos del equipo

b) El devanado debe ser puesto a tierra durante una hora antes de la prueba, para descargar la corriente capacitiva absorbida, las fases reparadas y probadas individualmente.

c) EI voltaje será elevado bruscamente al primer nivel de voltaje y en este instante comenzar a tomar el tiempo. Las lecturas a 1 minuto, a 10 minutos, y a intervalos de 3 o 4 minutos, deben registrarse para la determinación de la constante de absorción, la cual es útil en la interpretación de los resultados en casos especiales. Generalmente, los efectos de las diferencias entre las constantes de absorción son despreciables.

d) Con objeto de acortar el tiempo de prueba y al mismo tiempo de disminuir la influencia de la corriente de absorción en las lecturas, se recomienda hacer la prueba de acuerdo al formato de la Figura 7.3 y los valores mostrados en la tabla 7.2.

e) Terminada la prueba, el devanado será descargado a través de una resistencia de varios miles de ohms con objeto de disminuir la intensidad de la descarga. El devanado debe ser puesto a tierra tan pronto como el voltaje caiga a cero o bien después de algunos minutos (mínimo quince minutos).




FIGURA 2




7.3.2.4 DIBUJO DE LAS CURVAS LOG –LOG Y DE DESCARGA

Además de las curvas, microamperes contra voltaje y megaohms, como se deben dibujar las curvas que a continuación se enumeran en papel grafico Log-Log de 3 por 3 ciclos (K&E No. 359-120).

a) Microamperes contra tiempo para el primer paso de voltaje.b) Corriente de descarga contra tiempo después del último paso de voltaje.

La última curva permite la determinación del exponente de absorción "n" y debe usarse el patrón apropiado para la determinación de los componentes reales, de fuga y de absorción de la corriente, de la curva microamperes contra tiempo.

Antes de entrar en servicio, la máquina debe ser puesta a tierra sólidamente, con objeto de eliminar totalmente la carga. De otra manera, sumada esta al voltaje de cresta de C.A. puede producir la ruptura del aislamiento. También la aplicación de una carga de C.C. de polaridad opuesta, la puede producir.

La influencia de la temperatura sobre la corriente de fuga del devanado bajo prueba de alto potencial de C. C. es similar a la influencia de la temperatura sobre las lecturas dadas por un megger. Sin embargo, el factor más significativo es la posición de la curvatura o rodilla, el cual no es apreciablemente afectado por la temperatura.

La experiencia indica que las pruebas a temperaturas bajas son mas sensibles a la debilidad del devanado, por consiguiente, "hay menos peligro de ruptura durante pruebas a temperatura ambiente" que a elevadas temperaturas.

Se ha encontrado también que una ligera humedad en los devanados mejora la sensibilidad de la prueba. Esto se cree que se debe a que un devanado debilitado, o con áreas porosas, absorbe más rápidamente la humedad que un buen aislamiento intacto.

7.3.2.5 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.

Se considera que la prueba de alto potencial de C.C. es una buena indicación de la calidad del aislamiento durante el periodo de prueba. Durante la prueba, la estimación de la tensión de perforación del devanado debe ser hecha. Generalmente es de más interés estimar los años de servicio que le quedan a un devanado. Esto se hace comparando las pruebas hechas a un aislamiento durante un periodo de tiempo. Cuando se nota que la calidad del aislamiento es baja, puede ser restablecida limpiando y barnizando los devanados; si la calidad no es recuperada, se debe probablemente al deterioro que existe dentro de las ranuras, la cual puede ser considerada como permanente, siendo necesario entonces el reemplazo de una o más bobinas.

A veces el rebarnizado de los cabezales produce una caída en la resistencia de aislamiento al hacer la prueba a voltajes bajos e intermedios (esto puede ocurrir cuando un devanado se ha secado mucho), pero si al ver elevada la tensión la resistencia aumenta, esto es considerado como un indicia de la buena calidad del aislamiento.

La prueba de alto potencial de C.C. indica únicamente la calidad eléctrica del aislamiento, sin embargo, la calidad mecánica es igualmente importante y, por consiguiente, es necesaria la inspección del devanado.




No obstante que la prueba de C.C. da una predicción del voltaje de C.C. de perforación, la resistencia del devanado al voltaje de C.A. es un factor determinante. El voltaje de C.C. de ruptura puede variar en 1.41 veces el valor del voltaje eficaz de C.A. de ruptura en el devanado con grietas de 2.5 veces en un aislamiento de mica en buen estado (la ASA 1o estima en 1.6 veces). Consecuentemente, cualquier devanado que indica debilidad en la prueba de C.C. no debe ser probado con alto potencial de C.A.

7.3.3 PRUEBAS DE AISLAMIENTO CON VOLTAJES INTERMEDIOS DE C.C.

Las pruebas periódicas de resistencia de aislamiento a los devanados de generadores de C.A. con voltajes de prueba del orden de 3 a 10 KV de C.C., parecen tener las ventajas de ambas pruebas, la no destructiva y la de alto potencial.

La prueba con C.C. a voltajes mayores que los usuales de 500 a 1,000 volts produce una corriente mayor que se puede medir fácilmente. Esto facilita la observación de los cambios de la corriente de fuga inicial. La importancia de estos cambios y su relación con el estado del aislamiento, ya han sido mencionados en las pruebas de alto y bajo potencial de C.C. en este Capitulo.

Al efectuar esta prueba es necesario desconectar y aislar el motor bajo prueba quitando cualquier conexión externa con circuito corto evitando también cualquier efecto inductivo o capacitivo, desde luego deben observarse debidamente las medidas de seguridad convenientes. Esta prueba es muy importante y nos ayuda para determinar los cruzamientos entre espiras de cualquier devanado.

7.3.4 UTILIDAD DE LAS PRUEBAS

Las pruebas de resistencia de aislamiento, las de factor de potencia, las de alta tensión de corriente directa, etc., nos dan una idea de las condiciones en que se encuentran los aislamientos cuando los comparamos con pruebas anteriores y nos pueden ayudar a predecir cuando sobrevendrá una falla y cuando termina la vida útil de un equipo, y nos dará seguridad para seguir operando el equipo, sin embargo, es indispensable hacer revisiones para ver las partes del equipo y checar su estado físico.

Una prueba aislada en ocasiones nos reporta gran utilidad, es necesario efectuar las pruebas periódicas y completas para estar seguros de las condiciones reales en que se encuentra el equipo.




Figura 7.3




7.4 PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA TOROIDE

7.4.1 PRUEBA TOROIDE MÉTODO I

7.4.1.1 OBJETIVO La prueba de Toroide se hace a los núcleos de los generadores o motores cuando por alguna causa se presume que se tienen laminaciones en corto circuito lo que provoca calentamiento entre ellas por circulación de corrientes parásitas. Normalmente las laminas deben estar aisladas eléctricamente entre si. El procedimiento presente tiene por objeto dar una guía práctica para efectuar la prueba.

7.4.1.2 LAMINACIÓN

El procedimiento se aplica siempre y cuando las laminaciones del núcleo tengan un espesor comprendido entre 0.6 y 1.0 mm; y que el material sea de acero magnético al silicio.

7.4.1.3 AISLAMIENTO ENTRE LÁMINAS

El aislamiento sobre las láminas puede ser de: PapelCapa de óxidoBarnizVidrio Líquido

Para reparaciones se usa resina epóxica de muy baja densidad similar a la Hysol r9-2039 y endurecedor HD-3404 de INDAEL.

7.4.1.4 CAUSA DE LOS DAÑOS

Las causas de los daños al laminado que más comunmente se presentan son las siguientes:

a) Falla a tierra de bobinasb) Falla entre fases de bobinasc) Abrasiónd) Desbalanceoe) Retirando o instalando rotor o polosf) Quemadura del devanadog) Protecciones lentash) Rozamiento entre rotor y estator.

7.4.1.5 PROPÓSITO

Este trabajo tiene como finalidad presentar un método de prueba y de reparación para cuando se rebobina una máquina o cuando se cambia alguna o algunas bobinas que al fallar dañaron el laminado fundiéndolo y poniendo en cortocircuito las láminas.

7.4.1.6 MÉTODO DE PRUEBA I

El método de prueba consiste en usar las curvas de imantación B-H y las curvas de pérdidas en el hierro contra B de un toroide cuyo núcleo es de acero al silicio y que son conocidas; devanar el núcleo




del estator en forma de toroide, para lo cual con el método se calcula el número de vueltas (T), de acuerdo con el voltaje de C.A. disponible (E) a la densidad de flujo especificada (B), también se obtendrá el valor de la corriente (I).

Al aplicar el voltaje de C.A. de acuerdo con la figura el núcleo se comporta como un toroide y las partes dañadas se sobrecalientan con respecto al resto del núcleo.

1.- FÓRMULAS QUE SE APLICAN PARA CALCULAR EN NÚMERO DE VUELTAS.

ERMS = T CRESTA = 2 f T CRESTA = 4.44 f T CRESTA

En donde:

= Flujo (Webers)E = Voltaje disponible (Volts)f = Frecuencia del sistema (Hz)B = Densidad de flujo (Webers/m2)A = Área (m2)T = Número de vueltasH = Excitación magnética (Ampere-Vueltas/m)De acuerdo con lo anterior y despejando

T =

2.- CORRIENTE DE EXCITACIÓN Y CALIBRE DEL CABLE


Campo rotativo en la seccion A-B, se ve la varicacin senoidal de flujo

Aplicando el voltaje de C. A. a la bobina se ve igualmente la variación senoidal del flujo



En la tabla siguiente se encuentran indicados los valores de B contra y, H con el primero de ellos B (densidad de flujo magnético Webers) se estiman primeramente el componente de la corriente de magnetización H (Intensidad de campo en Ampere-Vueltas/m) y también la componente de pérdidas en Watts (pérdidas magnéticas en Watts/Kg).

La tabla corresponde a un toroide de acero al silicio con láminas entre 0.6 y 1.0 mm.

Densidad de flujo (B)

Webers/cm2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.34

Intensidad de campo (H) 45 57 75 95

120

160

220

350

625

1000

Pérdidas ( )Watts /Kg 0.7 1.0 1.3 1.6 1.9 2.2 2.7 3.2 3.8 4.1

El calibre del cable en MCM se obtiene dividiendo el valor de la corriente entre 2 para conductor de cobre; el aislamiento debe ser adecuado al voltaje que se tenga disponible.

3.- GEOMETRÍA DEL NÚCLEO DEL ESTATOR

Para estimar los valores geométricos del núcleo será necesario de acuerdo con las figuras tener los siguientes datos:

DATOS Wd = Altura del ducto de ventilación (m)d = Número de ductos

He = Altura efectiva del núcleo (m) OD = Diámetro exterior (m)S = Altura de la ranura (m) Le = Longitud efectiva del núcleo (m)ID = Diámetro interior (m) Lc = Longitud total del núcleo (m)Dm = Diámetro medio (m) 0.93 = Factor de altura de ductos.4.- PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO


Le



Para calcular el número de vueltas (T) y la corriente en el circuito (Iexc) en función del voltaje aplicado (E) y la frecuencia (f); será necesario inicialmente conocer el área transversal del núcleo; que se comportará como un toroide.

Para lo anterior será necesario conocer los datos mencionados en el punto (9); obteniéndose:Le = 0.93 ( Lc - d Wd )

He =

Y el área transversal será:Ace = He y Le

Una vez calculada el área y sabiendo la densidad de flujo (B) como dato se obtiene el flujo ( ), multiplicando:

= B x Ace

Con este valor de flujo ; se sustituye en la formula:

Obteniéndose el número de vueltas necesario; si sale fraccionario será necesario redondearlo.

De la tabla B-H; se obtiene que si el valor de B es 1 (usual, la H será de 160 AT/m; también de los datos geométricos del estator se obtiene el diámetro medio (Dm).

Dm = ID + 2S + HE

Luego se calcula la longitud media del toroide:

Lm = Dm x

Con este dato y el valor de H; se obtienen los Amper-Vueltas (AT)A x H x Lm = AT/m x Lm

Una vez obteniendo lo anterior, se despeja el valor de la corriente de magnetización. Dividiendo:

Imag = = Amps.

Para calcular la componente de la corriente debida a las pérdidas en el hierro (IW); primeramente se obtiene el peso total del hierro (Wb) por la fórmula:

Wb= Le (OD – (ID + 2S))2

Las pérdidas en Watts/Kg. Se obtienen de la tabla (B –WL) tomando como base el valor (B), por lo que para calcular la corriente (IW) debida a las pérdidas se aplicara la formula:

IW =

La corriente total (Iexc) será:




Iexc =

Y el calibre del conductor en MCM será:

MCM =

Lo anterior queda ejemplificado en el diagrama de flujo siguiente:

Después de la siguiente hoja se tiene un ejemplo numérico aplicando el diagrama de flujo





f = ( Hz )E = (Volts)

B =(Wb/m2)

Le (m) OD (m)d ID (m)Wd (m) S (m)0.93

Le=0.93(Lc-Wd) He={OD-(ID+2S)}/2 Dw = ID+2S+He

Ace = Le He= B Ace

T= E / 4.44 f

Lm=Dcx AT/m WL Wb=7500 Le(OD-(ID+2S)2) 4

IW = (WL) (Wb) L

AT = AT/m x Le

Imag = AT/T

Iexc=(I2mag+I2W)1/2

Cal conductor: 500 CM/AMP

100 300 500 700 900 11000.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

F = 60E = 440

B = 1

Le = 2.55(m) OD= 10.95 (m)d= 53 ID= 10.3 (m)Wd = 0.006(m) S= 0.121 (m)0.93 = Factor

Le = 2.075 Dn = 10.746He = 0.204

T = 3.9 = 4

= 0.4233 Ace = 0.4233 (n2)

Lm = 33.75 160

5401 (AT)

1350 (A)

2.2 107.147 (Kg)

533.73 (A)

1452 (A)

726 MCM

1.0

2.2



5.- PROCEDIMIENTOS PARA LA REALIZACIÓN DE LA PRUEBA

Ejemplo. Para un generador de 300 MW se necesita:

a) No. De vueltas 6 vueltasb) Corriente 350 Amps. c) Capacidad 1500 KVAd) Voltaje 4160 Voltse) Seleccionar transformador.f) Seleccionar interruptor con protecciones adecuadas.g) Hacer prueba de aislamiento a los cables.h) Hacer prueba de aislamiento a los tornillos que atraviesan el núcleo (a 1000 Volts).i) Limpiar perfectamente el interior del estator.j) Verificar que están desconectados terminales lado línea y neutro del generador.

6.- PREPARACIÓN DE UNA BOBINA TESTIGO

a) De una sola vuelta.b) Sin topar con el núcleo, bobinas, carcaza, etc.c) Conectar sus terminales a un T.P. de relación conocida y medir la tensión inducida.d) Preparar equipo para medición de temperatura

Para el ejemplo anterior se tiene:a) 700 Volts, si son 6 vueltas.b) 600 Volts, si son 8 vueltas.

7.- MÉTODO DE PRUEBA.- Al efectuar la prueba una vez que se han determinado por cálculos el valor del número de vueltas y el calibre del conductor; se deberá enrollar el mismo en el núcleo del estator, completando las vueltas calculadas.

a) Excitar inicialmente por 10 segundos y ver si no hay nada anormal.b) Aplicar el voltaje cautelosamente, si es posible en forma gradual.

c) Mantenerlo excitado por 30 minutos para estabilizar las temperaturas. d) Los puntos calientes se desarrollan rápidamente aproximadamente 15°C. arriba del resto del la-

minado. e) Si aun no se logra la estabilización se prolonga el tiempo; la detección de los puntos calientes

se hace con la palma de la mano, con pirómetro; o equipo de rayos infrarrojos.f) Excitar nuevamente durante 90 minutos checando temperaturas cada 4 minutos.

8.- CRITERIO DE ACEPTACIÓN.

Prueba con 100% de excitación.a) Diferencial de temperatura menor de 10°C: BUENOb) Diferencial de temperatura entre 10 y 20°C: DUDOSOc) Diferencial de temperatura mayor de 20°C: MALO

Entre 10 y 20 °C es conveniente observarlo y repararlo.




Si algún punto del núcleo excede de 100°C se debe suspender la prueba para inspección y corrección del defecto.

a) Diferencial de temperatura menor de 7.2 °C: BUENOb) Diferencial de temperatura entre 7.2 y 14.4°C: DUDOSOc) Diferencial de temperatura mayor de 14.4°C: MALO

Si algún punto sobrepasa los 100 °C se tomarán las medidas en la prueba con 100% de excitación.

a) Como regla general de campo, si un punto se calienta 15°C más que el resto de la laminación, se considera como punto caliente.

b) Usualmente se hace una cama de madera en la parte exterior o interior del núcleo para soportar el cable.

c) El cable estará colgado a una distancia de 8 a 10 cms. uno de otro y firmemente sujetado.

7.4.2 MÉTODO DE PRUEBA II

7.4.2.1 INTRODUCCION:El circuito magnético en máquinas rotatorias es el siguiente:

De acuerdo a la figura y al circuito equivalente se puede entender que el flujo magnético en el yugo del estator es menor que en el diente y que en el entrehierro o (gap) debido a la reluctancia del medio a las propias dimensiones del gap y del diente.

Desde el punto de vista práctico y económico los fabricantes de generadores tienen límites económicos de densidad de flujo magnético para diseñar las máquinas por ejemplo:


YUGO ESTATOR

S

YUGO DEL POLO

DIENTE

ENTREHIERRO

NUCLEO DEL POLO

N

Circuito de reluctancias de los diferentes medios donde circula el campo magnético



Límites de densidad de flujo magnético en el diente 17,500 gauss/cm².Límite de densidad de flujo magnético en el yugo 13,500 gauss/cm²

Aunque en cada caso o cada máquina se puede encontrar el valor actual de estos flujos tomando en cuenta las dimensiones de la máquina, para el caso de la prueba al núcleo el flujo que se genera con el toroide formado con el estator es el flujo del yugo, lo ideal en la prueba sería generar el flujo nominal del yugo, pero tomando en cuenta el valor límite aproximado de 13,500 gauss/cm² para probar cualquier máquina rotatoria.

Partiendo de esta base se forma el circuito siguiente con el núcleo de la Máquina.

Donde V1 es el voltaje de excitación. N1 número de vueltas del toroide. N2 número de vueltas de verificación. V2 voltaje de verificación para la intensidad de campo magnético deseado.

A partir de la ecuación general de inducción.

E = 4.44 x F x N x Φ x 10-8 volts.

Como B = ; Φ = B x A

La ecuación se convierte en:

E = 4.44 x F x N x B x A x 10-8 volts.

Para efectuar la prueba de puntos calientes en el laminado se deben determinar las vueltas N, del toroide a partir de la ecuación anterior suponiendo B= 10 000 gauss/cm².

Para que E2 sea el mínimo posible y se pueda medir directamente a N2 se le asigna el mínimo valor posible, que es N2= 1 aunque a N2 se le puede asignar el número de vueltas que se desee pero si se le asigna un número grande se requerirá un TP para medirlo.


V1 V2N1 N2

Φ

Φ



Para el cálculo se debe emplear el área neta del yugo.Área neta yugo = Altura neta yugo X Ancho neto yugo.Altura neta = Altura total del núcleo - No. de ductos de ventilación X Altura del ductoAncho neto del yugo = Ancho total del núcleo – profundidad de la ranuraHabiéndose determinado el área se sustituyen valores conocidos en nuestra ecuación.Para maquinas rotatorias de 60 Hz.

E2 = 4.44 x f x N2 x Φ x A x 10 -8

E2 = 4.44 x 60 x 1 x 10,000 x A en cm2 x 10-8

En donde el único valor a determinar para la máquina en cuestión es el área del yugo en cm2. Observando la figura del toroide corresponde a un transformador con V1 y N1 como primario y N2 y V2

como secundario en la que es válida la ecuación del transformador.

E1 = pero N2 = 1

E1 = E2 N1 ; N1 =

E2 Ya se calculó y fue el voltaje de verificaciónE1 Es el voltaje disponible para efectuar la pruebaN2 Será las vueltas necesarias para obtener la intensidad magnética de 10,000 gauss con lo que es posible detectar los puntos calientes. La corriente que circulará se calcula en la forma siguiente:

I =

Donde Dy es el diámetro medio del yugo


hT

AT

Dientes

Ductos

AT = Ancho totalhT = Altura total



T es el número de vueltas que tendrá el toroide.

K es una constante práctica obtenida como valor promedio después de probar un gran número de generadores en fábrica y toma los valores siguientes:

K máx. K prom.Turbo generador 1.3 0.9Generador de Hidroeléctrica 3.0 2.0Maquina rotatoria hasta de 20 MVA 1.3 0.9

Para mejor comprensión del procedimiento se tomará un ejemplo práctico.Generador de Planta Hidroeléctrica capacidad 130 MVA. Frecuencia 60 Hz

Diámetro Exterior = 8 000 mm. Diámetro interior = 7 200 mm. Profundidad de la ranura = 157 mm. Altura total del núcleo = 1 600 mm. No, de ductos de ventilación = 33 mm. Altura del ducto = 8 mm.

Ancho neto de la sección del yugo =

De la ranura = 8 000 mm - 7 200 mm - 157 mm.Ancho neto = 243 mm.Altura neta del yugo = Altura total - número de ductos por altura del ducto = 1 600 - 33 x 8 = 1 336 mm.Sustituyendo en la ecuación para calcular E2

E2 = 4.44 x 60 x 1 x 10 000 x 24.3 x 133.6 x Kp

Kp se agrega como un factor de ocupación tomando en cuenta que las laminaciones están traslapadas y barnizadas y su valor es aproximadamente 0.95 así que agregándolo a la ecuación de E2




E2 = 4.44 x f x N x Φ x A x Kp x 10 –8 Volts

E2 =

E2 = 82.14 Volts.

Enseguida se determina el número de vueltas para el toroide, si el voltaje disponible en la planta es de 440 V.

no puede ser un número fraccionario de vueltas se puede redondear a 6 vueltas, la corriente que circulará será:

I =

Dy = Diámetro exterior - profundidad de la ranuraDy = 775.7 cm. diámetro medio del yugoPara nuestro ejemplo K = 2 por ser mayor de 20 000 KVA.

Con lo que se tienen los datos para calcular o mejor dicho seleccionar el cable que debe emplearse.

La capacidad mínima de la fuente será:

KVA = V x I =

Finalmente se tiene los siguientes resultados:

Si el estator está dividido en 4 partes existen cuatro juntas y lo ideal sería aplicar un número de vueltas igual a cada sección para someter a un flujo igual a todo el laminado.

Suponiendo que resultaran 16 vueltas se repartirían cuatro por sección, que se devanaran en el


V2= 82.16 vV1 N1= 6 vueltas

N2= 1 vuelta

Φ= 10,000 Gauss

Φ

440 v



mismo sentido.

Se puede determinar adicionalmente la calidad del acero al silicio empleado instalando un wáttmetro al circuito del toroide.

Lo antes dicho se ilustra con el dibujo siguiente:

Lo medido en el wálttmetro debido entre el volumen total neto del núcleo nos dará los watts/cm3 que es como se clasifican las calidades del acero al silicio.

7.4.3 PROCEDIMIENTO PARA LA REPARACIÓN DEL NÚCLEO EN EL LAMINADO DEL ESTATOR

Para la reparación del núcleo dañado por corto circuito, lo más recomendable consiste en desbastar el material fundido o en corto circuito con una rectificadora portátil de alta velocidad, a la que se le van intercambiando los diferentes tipos de limas rotatorias de acuerdo a la necesidad. (Figura 1).

Figura 1


PARTE DAÑADA

RECTIFICADORA DE ALTA VELOCIDAD CON LIMA ROTATIVA

TCi

AM

WM

VM

VM

TP



Una vez que se ha desbastado y se observa la mayor parte de la separación física de las laminaciones, se procede a la aplicación de ácido ortofosfórico con objeto de lograr ver más la separación y verificar que no estén en corto, además, para fundir los posibles vértigos de diminutas partículas de material que existan; ilustrándose en la figura 2 el proceso de aplicación.

Posteriormente se vuelve a repetir la prueba de toroide, para verificar que en la reparación efectuada ya no se presenten puntos calientes.

Una vez reparado el laminado, se prepara una pasta con resina epóxica endurecedora, polvo de silica y fibra de vidrio desmenuzada, para rellenar el hueco existente en el laminado y darle forma de paquetes de laminación.

Figura 2

NOTA : En un recipiente se prepara una mezcla de ácido Fosfórico (40%) y agua (60%). Luego, se impregna la lámina con el Dacrón y posteriormente se talla en la parte dañada.

Si se incrementa la porción de ácido fosfórico, se incrementará en un determinado porcentaje, corriente circulante en el electrodo.


CUÑA DE MADERA O BAQUELITA

COLOCADA PARA APRISIONAR CERCA

DE LA PARTE DAÑADA EL ELECTRÓDO.

PAQUETE DE LAMINACIONES

EN EL ESTATOR.

PARTE DAÑADA

DACRÓN O FIELTRO

LÁMINA DE COBRE

ALAMBRE DE COBRE CAL. 12

RANGO DE

2-5 AMP.

ALAMBRE DE

COBRE CAL. 12



7.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS DE FACTOR DE POTENCIA

7.5.1 DESCRIPCIÓN

Este procedimiento describe lo recomendado para la medición del factor de potencia de aislamientos en motores electricos.

Su aplicación está dirigida a Motores electricos principalmente de 2.4 kV o voltajes superiores.

7.5.2 OBJETIVO

Proporcionar un método estandarizado de prueba del tipo analítico no destructivo que además de unificar procedimientos, permita el establecimiento de una estadística de valores de prueba, que pueda ser utilizada como criterio para conocer en conjunto con otras pruebas, el estado del aislamiento en un motor electrico.

Se describe en términos generales que es el factor de potencia de un aislamiento y que es el Tip- Up.

7.5.3 PRINCIPIOS DE PRUEBA

Los aislantes eléctricos dentro de sus características, tienen la de mostrar pérdidas al ser aplicado un voltaje. Estas pérdidas son función de lo perfecto o imperfecto del aislamiento, y las causas que deterioran un aislamiento consecuentemente afectarán numéricamente la pérdida en Watts que tenga el mismo. La medición de estas pérdidas y la relación que guardan con el producto de los volts por los amperes de carga, nos define el factor de potencia del aislamiento.

Numéricamente se expresa como el coseno del ángulo de fase del dieléctrico o también como el seno del ángulo de pérdida.

La medición del factor de potencia de un aislamiento, tiene la ventaja de ser independiente del volumen total de ese aislamiento, por ser una indicación de las pérdidas por unidad de volumen.

En la medición de Watts de pérdida, Volts y Amperes efectivos para el cálculo del factor de potencia del aislamiento, consiste el principio de la prueba, ya que por ser variables esos parámetros de acuerdo con la condición de aislamiento, nos dará una indicación de estado del mismo.

Otra de las características de los aislamientos, es la del incremento en las pérdidas, cuando el voltaje aplicado alcanza un valor en el cual se produce ionización en las cavidades internas de los aislamientos. Basándose en esta característica se podrá conocer al medir las pérdidas o Factor de Potencia de un aislamiento, si existen cavidades en el.

Si se grafica el Factor de Potencia medido en función del voltaje aplicado, se notará si existen cavidades, una variación en la pendiente de la curva o “Tip-Up” es el punto donde se inicia la ionización. Tal como se muestra en la figura 1.




FIGURA 1

Por norma y para valores de cálculo, se define el “Tip-Up” como la diferencia de los factores de potencia medidos a dos voltajes diferentes aplicados al aislamiento.

En C.F.E se utiliza lo siguiente:En Voltaje Nominal de : Voltaje de prueba:

13.8 kV 8 kV y 4 kV 15.0 kV 8.5 kV y 4 kV 20.0 kV 11.5 kV y 4 kV

En gral. VN / VN / y 4 kV

En la figura 2 se podrá entender más claramente que es el “Tip-Up”:




FIGURA 2

7.5.4 EQUIPO DE PRUEBA

En C.F.E. se utilizan diversos equipos para pruebas a motores eléctricos en algunos casos se tiene que utilizar en conjunto con un resonador.

Algunos equipos tienen las siguientes características:

a) Facilidad para pruebas a cualquier voltaje entre 2 y 12 kV.b) Capacidad para pruebas en el campo bajo condiciones de inducción electrostática y magnética.c) Preparación para efectuar pruebas en aparatos con o sin referencia a tierra. d) Instrumentación necesaria para lectura directa de voltaje de prueba, corriente de carga, pérdi-

das dieléctricas y capacitancia.e) Circuito de guarda el cual no requiere de balance para el uso general. En pruebas a Motores

electricos permite la lectura directa en aislamientos a tierra y entre devanados.f) Construcción reforzada.g) Dispositivos de seguridad para el operador y para el aparato.h) El equipo de instrumentación, el transformador, el cable de alto voltaje, la celda para prueba de

aceites y la maleta que contiene los accesorios.

En la figura 3 se muestra el diagrama esquematico del circuito de prueba.




FIGURA 3 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO SIMPLIFICADO DEL EQUIPO DE PRUEBA CON EL RESONADOR TIPO C.

Especificaciones generales de algunos equipos de prueba: Voltajes, alimentación y prueba:Alimentación 100 - 125 V - 60 Hz, 25 Amps. Máx.Voltaje de salida 0 - 12 kVCorriente de salida 0 - 3.8 Amps.

Rangos de medición:Voltaje 2 - 12 kV (10 kV Normal)Corriente 0 - 3.8 Amps.Sensibilidad Máx. : 1 División = 10 A

Pérdida Watts 0 - 38 000 W - 9 rangosSensibilidad Máx. : 1 División = 0.002 W

F.P. (Calculado) 0 - 100%Capacitancia 0 - 1.0 µF 10 kV (a bajo F.P.)

0 - 2.6 µF 2 kV

Exactitud:Capacitancia 1 pF o 0.5% para lecturas mayoresFactor de potencia (calculado) 0.1 o 0.05% para valores mayores calculados.

7.5.5 CONEXIONES DE LOS APARATOS DE PRUEBA

La primera de las conexiones que debe efectuarse y la última en retirarse al terminar la prueba, es la




conexión a tierra del aparato siguiendo estos pasos: conectar al sistema de tierras de la estación preferiblemente en el motor eléctrico que se va a probar, la terminal con clip del cable de tierra; conectar al otro extremo de este cable en el lado derecho del transformador del aparato, girando el conector media vuelta en el sentido de las manecillas del reloj, comprobando que quedó asegurado.

a) En el caso que se utilice el resonador, deberá también conectarse a tierra la terminal correspondiente, si esto no se efectúa no puede hacerse la prueba.

b) Conéctese en el lado derecho de la caja del transformador, el cable de alto voltaje, comprobando que la ranura en el casquillo metálico de la mufa quedó asegurada por el seguro de lengüeta. Esto previene que el cable pueda ser sacado inadvertidamente y además efectuará la conexión a tierra de la pantalla del cable.

c) Efectúe la conexión entre el motor y la caja de instrumentos.d) Poner en “OFF” el interruptor ICC (Circuito cancelador de interferencia).e) Conéctese el cable de alimentación de 120 V, 60 Hz en el receptáculo localizado en el lado

derecho del panel del transformador. En el aparato de prueba al haber energía encenderá un foco piloto ámbar o verde. En el aparato se tendrá una deflexión momentánea de los indicadores de miliAmperes y de Watts, al ser energizados.

f) El cable de alimentación a los equipos es del tipo polarizado y conecta una de las referencias a tierra necesarias.

g) Conéctese a los dos switches de seguridad, que impedirá que el equipo sea energizado si ambos no están cerrados, (oprimidos); normalmente un ayudante o dos de la persona que está efectuando la prueba los operan y tienen como objetivo evitar daños al personal o al equipo.

h) En el caso de ser utilizados, conectar los cables de bajo voltaje en la caja del transformador, respetando el código de colores. Se recomienda el uso de estos cables por la facilidad que proporcionan para efectuar la prueba.

i) Algunos equipos están diseñados de tal forma que deben tener conectadas dos tierras para que puedan ser operados. La primera de ellas es por medio de la conexión tipo U polarizada del cable de alimentación a 120 V, 60 Hz y la segunda a la conexión que debe ser con cable de cobre calibre 6 AWG como mínimo.

7.5.6 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

a) Conexiones al motora que se va a probar Cuando son accesibles las seis terminales de los devanados, conectar un puente entre las

terminales de cada fase (A con A´, B con B´, C con C´) Conectar el gancho del cable de alta tensión al puente de la fase que se va a probar, cui-

dando que el anillo de guarda no esté en contacto con ninguna parte del motor o con tierra. Si se usan las terminales de bajo voltaje, conectarlas poniendo el switch de bajo voltaje en

la posición deseada. Si ninguna terminal es utilizada, poner el switch en “GROUND”.

b) Arreglo de los controles para efectuar la prueba El control de voltaje se gira en la dirección contraria a las manecillas del reloj hasta el tope.

Poner el switch de inversión de polaridad (reversing switch) en cualquiera de las posiciones “ON”.

Cerrar el interruptor de alimentación. Poner el switch del multiplicador de corriente en el más alto multiplicador (100). Poner el switch selector en “Check”. Poner el switch del multiplicador en el multiplicador más alto (1k).




c) Energizado del motor que se va a probar.

El equipo de prueba cuenta con un juego de tres luces piloto que indican varios estados de operación. La luz verde indica cuando la alimentación de 120 V es conectada; la luz ambar (GROUND RELAY) indica al encender, que cerró el relé de tierra. La luz roja (HIGH VOLTAGE) indica que ha sido cerrado el switch de seguridad de extensión. Nótese la secuencia: si se ha conectado una tierra de la malla de tierras al equipo y la conexión de alimentación de 120 V, 60 Hz ha sido conectada con la polaridad debida, encenderá una luz verde. Si el control de voltaje ha sido girado completamente a la posición de cero voltaje, al cerrar el switch de seguridad del operador local, se encenderá la luz ámbar.

Al cerrar el switch de seguridad de extensión, encenderá una luz roja. en algunos equipos se cierra el switch de seguridad del operador, ocasionando que

cierre el relé de tierra; en caso de que este relé no cierre puede ser por que falte una de las dos tierras necesarias o por la polaridad del voltaje.

Se cierra el switch de seguridad de extensión, ocasionando que cierre el relé principal, que encienda la luz piloto en el tablero del transformador y que se apague la luz de seguridad.

Una vez que estas operaciones se han efectuado, se incrementará lentamente el voltaje hasta el valor deseado. Si el interruptor se abre antes de llegar a los 2 kV, el equipo que se va a probar está fuera del rango de capacidad del aparato, por lo que será necesario utilizar el Resonador. En general se puede considerar que el Resonador es necesario para motores con capacitancia muy grande en sus devanados. En caso de no disponer de él, será necesario efectuar la prueba al voltaje máximo que sea posible en el equipo.

Si al elevar el voltaje la aguja del indicador de corriente y Watts se deflexiona fuera de la escala de 100, será necesario girar en el sentido contrario a las manecillas del reloj la perilla de ajuste del medidor.

NOTA.- En algunos equipos si por alguna circunstancia se abre alguno de los switches de seguridad, será necesario regresar la perilla de ajuste de voltaje a la posición de cero volts antes de reanudar la prueba, de otra forma no podrá efectuarse.

7.5.7 COMPROBACIÓN DEL APARATO

Con el voltaje aplicado y el switch selector en la posición de “Check” ajuste por medio de la perilla de ajuste del medidor (“Meter Adjust”) a que la aguja del indicador de miliamperes y Watts quede en plena escala (100). Para cualquier prueba subsecuente el aparto debe comprobarse poniendo nuevamente el switch selector en la posición de “Check”.

En algunos equipos se comprueba que al cambiar a la otra posición de “ON” del switch de inversión (“Reversing Switch”) el indicador de miliamperes y Watts no cambie más de una división. En el caso de que el cambio sea mayor, se ajustará nuevamente el indicador a 100, por medio de la perilla de ajuste. El ajuste final deberá ser tal que la lectura promedio para ambas polaridades sea 100.

7.5.8 LECTURA DE LOS RESULTADOS DE PRUEBA

a) Se cambia el switch selector de la posición de check a la posición de multiplicador de corriente.




b) El switch de multiplicador de corriente es puesto en la posición en la cual se obtenga la máxima

lectura en el indicador, empezando con la posición 100 en el switch. La lectura se lee entonces con una aproximación de la mitad de una división en la escala.

c) El switch de inversión (Reversing switch) es puesto en la otra posición de “ON” y una segunda lec-tura del indicador se obtiene aproximando en la misma forma que en el inciso anterior.

Ambas lecturas del indicador (una para cada posición del switch de inversión) deben de ser tomadas utilizando el mismo multiplicador de corriente.

d) Estas dos lecturas se promedian. El valor promedio, el multiplicador de corriente y el producto se registran en las hojas o en la hoja de prueba.

NOTA.- Las dos lecturas de corriente deberán ser aproximadas, utilizando el mismo multiplicador de corriente. En caso contrario, esto indicará que una transferencia electrostática excesiva está presente, y las instrucciones contenidas en el capítulo de interferencia electrostática deben consultarse.

Las pruebas en Watts del motor bajo prueba son leídas y registradas.

a) Para la medición de las pérdidas en Watts, el multiplicador de corriente debe mantenerse en la misma posición que se usó para la medición de corriente.

b) El multiplicador de Watts inicialmente debe ser puesto en el máximo.c) El switch selector se cambia de la posición de multiplicador de corriente a la posición de multi-

plicador de Watts.d) Se gira muy lentamente el control de ajuste de Watts en la dirección en la cual se produce una

disminución de lectura en el indicador del aparato hasta el punto en el que se obtenga un mí-nimo de lectura.

e) El switch de multiplicador de Watts se reduce sucesivamente hasta el más pequeño multiplica-dor en el cual se obtenga una medición.

f) Se reajusta el control de Watts para asegurar que se ha obtenido una lectura mínima, ésta normalmente debe ser obtenida en el más pequeño multiplicador de Watts para el multiplica-dor de corriente en particular que está en uso. Esta lectura es medida aproximando a la mitad de la división en la escala.

g) El control de polaridad se gira suavemente en la dirección de las manecillas del reloj en tanto que cuidadosamente se nota el cambio inicial en deflexión del indicador de corriente en Watts.Un movimiento hacia abajo de la escala indica una lectura positiva de Watts, mientras que un movimiento hacia arriba de la escala indica Watts negativos.

h) El switch de inversión se cambia a la otra posición “ON”.i) El control de ajuste de Watts se reajusta para una lectura mínima y se lee el medidor con la

misma aproximación que se ha venido utilizando.j) Se determina la polaridad de la lectura de Watts en la misma forma que el inciso “g”.k) El promedio de estas dos lecturas (tomando en cuenta los signos), el multiplicador de Watts y

su producto, se registran en el formato de pruebas.

NOTAS: 1.- Las dos lecturas del medidor de Watts deben ser tomadas con el mismo multiplicador de Watts y su promedio normalmente debe ser positivo. Si las lecturas de Watts no pueden ser tomadas usando el mismo multiplicador de Watts o si el promedio de estas dos lecturas es negativo, esto indicará que existe una transferencia electrostática excesiva, en este caso las instrucciones contenidas bajo el capítulo de interferencia electrostática deben consultarse.




2.- Cuando se miden elementos resistivos, como elementos de madera y apartarrayos, la lectura mínima ocurrirá cerca del extremo de la posición contraria a las manecillas del reloj del control de ajuste de Watts.

7.5.9 LECTURA Y REGISTRO DE LA CAPACITANCIA

En algunos equipos esta lectura puede obtenerse directamente leyendo en la carátula de picofarads anotando su multiplicador. Deberá utilizarse el mismo procedimiento contenido en los pasos (f) e (i) mencionados anteriormente. Regístrese el promedio de estas dos lecturas, el multiplicador de capacitancia para el multiplicador de corriente en particular usado y su producto en las hojas de registro.

Los controles del equipo probador se regresan a su posición original.

a) El switch selector es regresado a la posición de CHECK.b) El control de voltaje se gira en el sentido contrario al de las manecillas del reloj hasta el tope

para tener un voltaje de prueba de 0.c) El multiplicador de Watts se regresa en sentido contrario a las manecillas del reloj hasta el tope.d) El multiplicador de corriente se regresa a su posición más alta.e) El switch de seguridad del operador y el de extensión se abren.

7.5.10 CÁLCULO DEL FACTOR DE POTENCIA EN %

El factor de potencia del aparato bajo prueba se calcula como sigue:

% de factor de potencia = Watts X 10 -1 dividido entre milivolts-amperes.% de factor de potencia = miliWatts X 100 dividido entre milivolts-amperes.

7.5.11 PRUEBAS A VOLTAJES INFERIORES A 10 Kv

Algunas veces es deseable efectuar pruebas a voltajes inferiores a 10 kV por diferentes motivos siendo uno de ellos la alta capacitancia del equipo que va a ser probado.

a) Pruebas de voltaje a 2 kV, se pueden verificar con el probador, comprobándose de la manera usual (El switch selector en “CHECK” y el indicador de corriente en Watts a plena escala utili-zando el control de ajuste del medidor).

Si las pruebas son efectuadas a un voltaje de 2 o 6 kV la corriente, los Watts y los picofarads en el caso de algunos equipos se leen y se registran en la forma normal. La capacitancia y el factor de potencia del aparato bajo prueba debe ser leída y calculada a este valor inferior del voltaje de prueba. Sin embargo, los miliAmperes o microAmperes y los Watts leídos son equivalentes a valores de 10 kV (esto es lo mismo que si el voltaje de prueba de 10 kV hubiera sido utilizado).

La corriente actual y los Watts cuando las pruebas son efectuadas a un voltaje menor de 10 kV se pueden calcular como sigue:

Corriente actual al voltaje de prueba = 0.01 x (la corriente equivalente a 10 kV)x (kV de




prueba).

Watts actuales al voltaje de prueba = 0.01 x (Watts equivalentes a 10 kV) x (kV de prueba al cuadrado)

El factor de potencia del motor probado, se calcula como sigue: % de factor de potencia = Watts X 10 -1 dividido entre milivolts-amperes. % de factor de potencia = miliWatts X 100 dividido entre milivolts-amperes.

b) Las pruebas a voltajes inferiores a 2 kV pueden ser efectuadas cambiando ligeramente el pro-cedimiento. Deberá notarse sin embargo, que las pruebas a estos voltajes no serán exactas. No es posible comprobar los voltajes de prueba muy bajos con plena escala en el medidor como se indica en el procedimiento de operación.

En estos casos debe tenerse el máximo de deflexión de la aguja indicadora con el switch en la posición de “CHECK”. Procédase a efectuar la medición de la manera convencional. Si el fac-tor de potencia del aislamiento y la capacitancia son usados como criterios para conocer la bondad del aislamiento, se calcula de la manera convencional. Si los valores de corrientes y Watts van a ser utilizados, las lecturas de los medidores son multiplicados por un multiplicador en adición a un factor igual a la relación de 100 al punto logrado en la posición de “CHECK”.

Por ejemplo, si el medidor es comprobado a una lectura de 50 en la escala de 100, las lecturas deberán ser multiplicadas por 100 entre 50, o sea 2.

Estos valores computados deberán ser a los que se refieren como valores equivalentes a 10 kV.

Se sugiere que cada operador efectúe pruebas en equipo en el cual la prueba se haga a pleno potencial, primeramente a este potencial, después a un voltaje reducido para ilustrar que lo anterior es válido. Debe observarse solamente una precaución.

Cuando se seleccione el multiplicador de corriente a voltaje reducido, este debe ser tal que la lectura del medidor de corriente no sobrepase la que se obtuvo en el punto de comprobación o “CHECK”. Si esto ocurre, cámbiese el multilplicador a la siguiente posición.

7.5.12 INTERFERENCIA ELECTROSTÁTICA

En vista que la interferencia se presenta en subestaciones energizadas de alto voltaje y que muy difícilmente se probará un motor eléctrico en estas condiciones, no es necesario mencionar el procedimiento para cancelar la interferencia.

7.5.13 INDUCTOR RESONADOR TIPO C

El resonador es un inductor con doble núcleo de hierro con un entrehierro de aire, capaz de resonar cualquier capacitancia dentro de un rango de 0.05 a 1 µF.

Se ha diseñado para utilizarse con algunos equipos a voltajes hasta de 10 kV. La corriente tomada por el resonador es regresada al circuito de guarda y no afecta las mediciones efectuadas en el aparato probado.

Cuando es usado con algunos equipos, las pérdidas combinadas del aparato que está siendo probado




y el resonador, están limitadas a 2000 Watts a 10 kV. El rango máximo de 1 µF es obtenido en consecuencia, solamente en aparatos que tengan bajas pérdidas como son cable con aislamiento de papel y capacitores. El rango máximo para el aislamiento de motores es ligeramente más bajo dependiendo del factor de potencia del aislamiento.

7.5.14 INSTRUCCIONES PARA EL USO

El resonador se conecta a la caja del transformador por medio de un cable de 10 kV con longitud de 8 pies. El cable estandard de 10 kV para prueba se conecta entre el resonador y la máquina que va a ser probada. Los receptáculos para la conexión del cable se encuentran en la parte posterior del resonador y pueden ser usados indiferentemente.

El resonador está equipado con un mecanismo para sujetar el núcleo que permite reducir el nivel de ruido y la vibración cuando este se encuentra en uso.

Se usa una llave de manivela que es parte del mismo resonador, para asegurar el núcleo y también para ajustar el resonador. El ajuste del resonador se localiza en el panel o tablero superior en tanto que el arreglo para sujetar el núcleo está en la parte frontal. Girando el ajuste para amarre del núcleo 180° en sentido contrario de las manecillas del reloj, este quedará sujeto para permitir el ajuste del resonador. Si el giro es de 180° en sentido de las manecillas del reloj se asegurará el núcleo eliminándose la vibración.

Si la corriente equivalente de carga a 10 kV del aparto bajo prueba es conocida, el resonador puede ser ajustado aproximadamente ajustando el control hasta que se tenga en el contador una lectura correspondiente a esta corriente. En el panel del resonador existe una carta de calibración o una gráfica de calibración por medio de la cual se obtiene una lectura aproximada correspondiente a la corriente del aparato bajo prueba.

Un ajuste más exacto del resonador se puede obtener girando la manivela de control hasta que la corriente tomada en la línea de alimentación de 120 Volts sea mínima. Para ayudar en esto un ampérmetro con escala de 0.25 Amperes se proporciona adaptado a la línea de conexión de la caja del transformador del aparato. Un ajuste preliminar efectuado normalmente a bajos voltajes, se recomienda y si es necesario se reajusta cuando el voltaje de prueba se incremente. Es muy notorio el ruido y la vibración que se produce en el resonador si este no ha sido asegurado por medio del mecanismo especial que ha sido diseñado para este objeto. Es por esto que es necesario tomar la lectura del contador del resonador para que cuando se vuelvan a efectuar pruebas en motores similares y con esto permitir un ajuste y un aseguramiento previo del núcleo.

El panel y la parte vertical o la cara vertical del resonador pueden quitarse para inspección si es necesario. Ningún trabajo debe intentarse a no ser que éste esté totalmente desenergizado.

7.5.15 PRUEBAS EN MOTORES ELECTRICOS

Las pruebas que deben efectuarse están indicadas en el formato de prueba anexo que corresponden a los números 1 a 6.

Energizar cada una de las fases sucesivamente con las otras dos a tierra, con los extremos de la fase energizada lado línea y lado neutro cortocircuitados. La prueba se efectuará cuando menos al 25% y al 100% del voltaje nominal, aunque es deseable efectuarla también a voltajes intermedios.




7.5.16 VALORES DE REFERENCIA

Los valores característicos de pruebas a motores de acuerdo a estadísticas internacionales son los siguientes:

Marca kV NominalVoltaje de

pruebaFactor de potencia

Tip-Up

Asea 6.9 2-4 1 0.5Electric

Machinery6.6 2 1-2

G.E 1.34.06.9

1.32-2.3

4

0.5-10.5-21-5

0

Siemens 2.34.04.86.6

1.42.0

2-2.82-3.8

2-30.5-2

81-4

00-0.5

Westinghouse 4.06.66.9

22

2-4

31-21-4

Los valores anteriores son una guía, sin embargo lo ideal es una referencia propia de cada equipo obtenido desde sus pruebas en fabrica y considerando su estadística en operación.

6.5.17 FORMATO PARA DESCARGA DE RESULTADOS




7.6 DETECCIÓN DE BARRAS ABIERTAS

7.6.1 PRUEBA MONOFÁSICA ROTACIONAL: Esta prueba se utiliza para motores de cuatro o más polos, y es necesario desenergizar y en algunos casos desacoplar el motor, la prueba consiste en lo siguiente:

Se excita una fase del devanado del estator con un 25% de su voltaje nominal o justo con el voltaje suficiente para tener una indicación adecuada en una amperímetro puesto en serie con el devanado, tal como lo muestra la figura 6.7.1. Se hace girar el rotor poco a poco y en forma manual, observando la lectura del amperímetro, si existe una variación por encima del 3%, por lo general, esta es una indicación de barras rotas en el rotor.

7.6.2 PRUEBA DEL ZUMBADOR

El zumbador consta de un par de bobinas conectadas en serie, montadas en un núcleo de laminillas de hierro. Estas bobinas al energizarse provocarán un flujo alternante, el cual al pasar por un conductor induce una corriente alterna a través del conductor, y esta corriente provocará la creación de un campo magnético variable, el cual se utilizará para atraer una laminilla de fierro. La prueba se realiza de la siguiente manera: el zumbador se coloca sobre la superficie de uno de los extremos del rotor, luego se conecta a su alimentación de corriente alterna correspondiente y en extremo opuesto se coloca una laminilla de fierro (ver figura 6.7.2.a y 6.7.2.b), observando la fuerza de atracción que se presenta sobre la misma. Sucesivamente se va desplazando el zumbador y la laminilla hasta cubrir toda la circunferencia del rotor. Si en algún punto se nota que la fuerza de atracción sobre la laminilla es relativamente débil o nula, esto indica la presencia de una barra rota.


FIGURA 6.7.1.- PRUEBA MONOFÁSICA ROTACIONAL



7.6.3 PRUEBA DEL MILIVOLTMETRO

El zumbador se coloca en la misma forma que la prueba anterior y después de energizarlo se toman lecturas de tensión entre la campana opuesta al zumbador y tres puntos (uno a la vez) localizados en la barra de la jaula, figura 6.7.3

El zumbador se desplaza sucesivamente hasta cubrir toda la circunferencia del rotor y posteriormente se comparan las lecturas obtenidas, una desviación muy grande respecto al resto indica una barra abierta.


Fig. 6.7.2.a Vista del Zumbador

Fig. 6.7.2.b Prueba del Zumbador



7.6.4 PRUE-BA DEL ANGU-

LO DE FASE Esta prueba se utiliza para motores de cuatro o más polos, es muy simple de desempeñar, y no requiere desenergizar y desacoplar el motor.

La prueba se realiza con el motor funcionando bajo carga y se utiliza un medidor de ángulo de fase.

La corriente es tomada de la línea que alimenta al motor o del secundario de uno de los transformadores de corriente del motor. El potencial es cualquier fuente de 115 Vca. Cuando se conecta de esta manera, el medidor del ángulo de fase leerá algún ángulo y una ligera oscilación de la aguja también será observada. El valor de este ángulo es insignificante, pero el grado de oscilación da una indicación de barras rotas en el rotor. En un motor sin avería la oscilación será menor de un grado.

Cualquier lectura por encima de un grado debe ser investigada. Si hay barras rotas, la deflexión de la aguja será constante y rítmica. En los motores que tengan una carga variable se presentará una oscilación aun sin presencia de barras rotas, pero esta oscilación no será rítmica.

7.6.5 ANÁLISIS DE LA CORRIENTE DE CARGA:

El espectro de frecuencia de corriente que fluye dentro de una saludable jaula de ardilla de un motor de inducción es mostrado en la figura 6.7.5 a). Si el motor tuviese una barra rota, el espectro de frecuencia se muestra en la figura 6.7.5 b), esto se puede tomar como una llave para el diagnóstico de este tipo de falla por un simple monitoreo de la corriente en el motor, sin desmantelar y sacar de servicio al motor.

Se han realizado pruebas a mas de 700 motores que han proporcionado un considerable número de datos acumulados para desarrollar un programa capaz de analizar los espectros en una computadora personal.

Para entender el método de trabajo, se puede observar que el espectro mostrado en la figura 6.7.5 a) consiste de un pico dominante a la frecuencia de suministro y de pequeños picos, llamados “lados de banda”, igualmente espaciados a cada lado del pico dominante. Estos “lados de banda” ocurren a frecuencias (1 + 2s)f y (1 – 2s)f, donde “f” es la frecuencia fundamental y “s” el deslizamiento por


FIGURA 6.7.3 PRUEBA DEL MILIVOLTMETRO



unidad.

La magnitud de los “lados de banda” es usualmente de 30 a 50dB debajo de la magnitud de la frecuencia de suministro. Esto puede ser fácilmente medidos por un analizador de espectros. Los “lados de banda” son resueltos usando la capacidad de acercamiento.

Cuando una falla ocurre, como una barra rota, los flujos de armónicos son producidos por las corrientes inducidas en los devanados del estator.

Estas corrientes inducidas incrementan la amplitud de los “lados de banda” como se ve en la figura 6.7.5 b). Una estimación del número de barras rotas puede ser hecho del decremento en la diferencia entre el pico fundamental y los “lados de banda”.

7.6.6 DETECCIÓN DE ARMÓNICOS DE PAR:

En una máquina de inducción trifásica balanceada sin fallas en el rotor, el campo rotatorio que gira hacia delante interactúa con las corrientes inducidas en el rotor a la frecuencia de deslizamiento para producir un par estable. Para una máquina con un rotor con falla, se desarrolla un campo rotatorio girando hacia atrás, este campo interactúa con las corrientes del rotor inducidas por el campo que gira hacia adelante, para producir un par que varía a dos veces la frecuencia de deslizamiento, el cual se sobrepone al par de salida estable.

Las barras rotas del rotor, por lo tanto, conducen a armónicos de par de baja frecuencia, los cuales resultan en un incremento de vibración y ruido. La oscilación del par se mide por medio de un transductor colocado en la flecha usando un sistema de adquisición de datos mientras el rotor funciona bajo carga.

La figura 6.7.6 muestra los resultados experimentales del par para un motor con 5 barras rotas comparados con un rotor libre de fallas. La frecuencia de oscilación del par se incrementa conforme la máquina es cargada.


FIGURA 6.7.5.- ESPECTRO DE CORRIENTE DE UN MOTOR CON:a) SIN FALLA b) CON FALLA




FIGURA 6.7.6.- OSCILACIÓN DEL PAR DE UN MOTOR LIBRE DE FALLA (PARTE SUPERIOR) Y CON CINCO BARRAS ROTAS (PARTE INFERIOR) A LAS

SIGUIENTES VELOCIDADES: a) 1780 R.P.M. b) 1760 R.P.M.



7.7 PRUEBA DE IMPULSO

7.7.1 DESCRIPCIÓN.

Actualmente muchas máquinas eléctricas rotatorias tienen bobinas de varias vueltas o con multiespiras , éste tipo de bobinas se han usado normalmente por los fabricantes en equipos que van desde 270 HP hasta 135,000 HP .

Muchas máquinas eléctricas de corriente alterna están diseñadas para tener bobinas con varias vueltas o con multiespiras en su estator, en estas maquinas se tiene un aislamiento entre vuelta y vuelta, y otro aislamiento de las vueltas contra tierra. Por lo tanto estos aislamientos también tienen que ser probados.

Las pruebas tradicionales conocidas de mantenimiento preventivo a los motores eléctricos de nuestras instalaciones, tales como: el monitoreo de vibraciones, la utilización del óhmetro digital de baja resistencia , el medidor de resistencia de aislamiento , el medidor de factor de potencia o el de alta tensión, tienen cada una, funciones diferentes, como por ejemplo. El óhmetro digital de baja resistencia (ducter), es usado principalmente para detectar bobinas cortocircuitadas en el devanado, altas resistencias en las conexiones, devanados abiertos y fallas severas en conductores.

El equipo medidor de resistencia de aislamiento, tiene la finalidad de medir la resistencia de aislamiento con respecto a tierra para verificar si el motor está o no aterrizado, se usa también para detectar bobinas abiertas y permite la medición de los valores de la corriente de fuga; además permite conocer los índices de polarización y de absorción del aislamiento del Motor Eléctrico.

La desventaja de los equipos y pruebas mencionados en los párrafos anteriores, es que no son capaces de localizar fallas entre espiras o entre vueltas, fallas entre grupos y entre fases, por lo tanto se requiere de otro tipo de prueba.

La prueba de impulso es usada para estos equipos que tienen este tipo de bobinas con varias vueltas o con multiespiras.

Las fallas entre vueltas de bobinas o entre espiras, pueden ser causadas principalmente por problemas de transitorios de tensión provenientes del sistema eléctrico al que esta conectado el equipo, o inclusive por los transitorios mas pequeños derivados por la operación normal de los interruptores, cuando los circuitos envían impulsos de tensión al equipo de tan solo unos pocos microsegundos.

La prueba de impulso es para verificar la integridad del aislamiento entre vueltas o entre espiras considerando los niveles de tensión ocasionados por los disturbios normales de la operación del equipo, por lo que no se consideran los disturbios extraordinarios o anormales del sistema eléctrico.




7.7.2 PRINCIPIO DE LA PRUEBA DE IMPULSO.

El equipo probador de Impulso puede determinar la existencia del tipo de fallas mencionadas anteriormente mediante la comparación de devanados iguales basándose en el siguiente principio:

La figura No.1 muestra un devanado de una máquina eléctrica rotatoria cualquiera, en la que el devanado original tiene un cierto valor de inductancia, de resistencia y de capacitancia.

En estas condiciones, si se le aplicase un pulso de corriente directa, ésta bobina tendrá una respuesta cuya frecuencia esta dada por:

F = 1 Y Q = XL . 2 (LC)1/2 R

Obteniéndose un transitorio determinado. Si a ésta bobina se le cortocircuitan unas espiras la inductancia L decrece por efectos de transformación. Esto provoca que la frecuencia de resonancia se modifique y al comparar en una sola gráfica ambas formas de onda, se determina la falla existente en la bobina en cuestión. (el equipo probador de Impulso hace despreciable el efecto capacitivo de la bobina).

La figura No.2 muestra los transitorios para ambas condiciones de operación y la comparación entre ellas.




7.7.3 PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE IMPULSO

6.8.3.1 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL PROBADOR DE IMPULSO

La Figura No. 3 muestra el circuito básico de operación del probador de Impulso.

Algunos probadores de Impulso tienen la facilidad de poder ajustar el voltaje de prueba desde un rango de 0 hasta 24,000 Volts, y a niveles bastante precisos mediante una fuente variable. Al variar el nivel de voltaje de prueba se varía el punto de disparo de los SCR’S, y con esto la conducción de los capacitores, ambos mostrados en la figura 3.

Al momento de presionar el botón de prueba el voltaje tiende a incrementarse hasta el voltaje seleccionado iniciando el período de carga de los capacitores, cuando se alcanza el voltaje deseado los SCR’S conducen y se establece el camino de descarga de los capacitores a través


Figura No. 3.- Circuito básico de prueba de impulso



de las bobinas B y C respectivamente (bobinas bajo prueba, en comparación). El transitorio de ambas será graficado en un osciloscopio. Si se llegase a presentar una diferencia en las formas de onda, se procede a comparar otro par de terminales, y por eliminación deducir cuál es la bobina dañada.

7.7.3.2 DISTRIBUCIÓN DEL VOLTAJE EN EL EMBOBINADO DURANTE LA APLICACIÓN DEL PULSO

Algo que debemos de tomar en cuenta al aplicar pruebas de impulso al embobinado de un motor, es la distribución del voltaje a lo largo del devanado, ésta distribución depende principalmente del tiempo de duración del impulso y será mayor en las primeras espiras del devanado como lo muestra la Figura No.4

Debido a este efecto, es recomendable aplicar el impulso de voltaje por ambos extremos de la bobina, ya que a causa del bajo voltaje que se presenta en las últimas espiras durante la primera prueba, podría no detectarse una falla existente en éstas, y al invertir el pulso inyectándolo del otro extremo se puede detectar si existe un corto entre espiras.

7.7.4 SECUENCIA RECOMENDADA DE PRUEBAS

La prueba de Impulso se recomienda para:


FIGURA N° 4



a) Bobinas individuales nuevas b) Recepción de equipos nuevos en fábricac) Después de un rebobinado completo d) Algunos lo recomiendan como prueba de rutina después de un mantenimiento mayor al

motor 7.7.4.1 SECUENCIA

a) Cada bobina debe ser probada cuando esta montada e insertada en su ranura correspondiente en el estator.

b) Cuando todas las bobinas han sido montadas en el estator y ya están apretadas con sus respectivas cuñas, pero antes que se haga ninguna conexión entre ellas.

c) Cuando ya se han conectado las series de bobinas pero antes que se conecten entre grupos de fases.

d) Cuando ya se han conectado los grupos de fases pero antes de que estos grupos se conecten entre ellos, esta prueba es para comparación entre grupos de fases.

e) Cuando todo el devanado ya está conectado y aislado, esta es la prueba mas común que se hace durante los mantenimientos subsecuentes. En esta prueba, el impulso de tensión debe ser cuidadosamente seleccionado para no sobre esforzar el aislamiento a tierra.

El equipo para la prueba de impulso está basado en el principio del Equilibrio de las Impedancias para probar los bobinados. Casi todos los bobinados eléctricos son hechos de varios arrrollamientos idénticos que forman las fases. El equipo verificador de impulso compara la impedancia de estos bobinados para descubrir las fallas.

Si los bobinados de las fases bajo prueba son idénticos y no tienen deficiencias, las impedancias estarán equilibradas y las formas de onda que reflejarán serán idénticas, de tal forma que, en el osciloscopio del instrumento se verán como una sola gráfica.

7.7.5 CONDICIONES PARA LA PRUEBA

Antes de efectuar una prueba de Impulso a un motor en campo, hay que tomar las siguientes precauciones.

a) Comprobar que el motor está desenergizado.b) Confirmar que los capacitores para corrección del factor de potencia, si se tienen, estén

desconectados.c) Confirmar que las diferentes protecciones del motor estén desactivadas.d) La condición atmosférica o medio ambiente debe ser adecuado (medir humedad

relativa, aislamiento limpio y seco). e) El aislamiento bajo prueba debe estar limpio y seco. f) La temperatura del embobinado bajo prueba debe estar por debajo del punto de rocío

para evitar condensación en su superficie.




g) Hacer previamente una prueba de resistencia de aislamiento para definir si el devanado

está en condiciones para la prueba de impulso. Una prueba de factor de potencia al aislamiento también se considera como ayuda adecuada.

7.7.6 NIVELES DE TENSION RECOMENDADOS PARA LA PRUEBA

La máxima diferencia de voltaje de operación entre vueltas de una bobina , depende de su voltaje de operación en terminales y de su construcción interna.

Los niveles de tensión para una prueba de impulso así como el método para efectuar la prueba, deben ser acordados entre el fabricante y el usuario del equipo bajo prueba.

Los parámetros de diseño del equipo, tales como el tamaño y el peso de la bobina , la longitud de las vueltas , su arreglo y posición en el devanado , el voltaje de operación por vuelta o por bobina, la capacitancia entre vueltas y hacia tierra, y la tensión de alimentación del sistema, son los parámetros que determinan el nivel de tensión para una prueba de impulso de dicho devanado. Por lo tanto es necesario consultar al fabricante del devanado y acordar el método de prueba y los niveles de tensión mas adecuados para esta prueba.

7.7.6.1 RECOMENDACIONES

El valor mínimo de tensión aplicable para una prueba de impulso entre espiras para bobinas nuevas, no debe ser menor a 350 volts pico por vuelta, lo cual es apropiado para un campo uniforme en aire, con un máximo de voltaje del 5 % del voltaje especificado de la bobina.

Al efectuar una prueba de impulso aplicando un valor de tensión de 3.5 Vn entre terminales de la bobina, el impulso de tensión debe tener un frente de onda de 0.1 a 0.2 microsegundos, con un tiempo de pico de 1.25 veces el rango de tiempo, y el número de pulsos no debe ser menor de 5.

En algunos tipos de bobinas, el valor de la tensión para la prueba mencionado, puede ser reducido a valores que van del 60 al 80 %, e inclusive para bobinas con aislamientos a base de cintas ricas en resina, éste valor de prueba puede ser reducido hasta un 40 o 60 % del valor de tensión de prueba mencionado.

Otro criterio general es aplicar una tensión de: por 2 Vn + 1 ( kV ).

Otro criterio general es aplicar una tensión del doble del Voltaje Nominal (2 Vn) + 1000 Volts para motores en servicio.

7.7.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA A MOTORES 7.7.7.1 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MOTORES CON ROTOR DEVANADO

Los pasos recomendados son los siguientes:




a) Quite las escobillas evitando que hagan contacto con los anillos rozantes.b) Cortocircuite los anillos deslizantes.c) Aplique impulsos de voltaje al estator.d) Cortocircuite el estator, removiendo los puentes de los anillos rozantes.e) Conecte el equipo de prueba a los anillos rozantes y aplique impulsos de voltaje al rotor.

7.7.7.2 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MOTORES Y/O GENERADORES SÍNCRONOS

a) Quite la fuente de corriente directa al rotor y retire las escobillas de los anillos deslizantes.

b) Cortocircuite la salida de los anillos deslizantes.c) Efectúe la prueba de impulsos al estator cortocircuitando el rotor.d) Aplique la prueba de impulsos de voltaje a cada polo del rotor (si se tiene acceso a la

unión entre ellos).e) Aplique la prueba de impulsos al rotor completo, se sugiere hacerlo por ambos extremos

(invirtiendo la alimentación de prueba) y que se haga con las terminales del estator cortocircuitadas.

f) Regrese la alimentación de corriente directa a las escobillas del generador.- opcional: invierta la polaridad de la alimentación a los anillos deslizantes para compensar el desgaste en estos.

7.7.7.3 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MOTORES Y/O GENERADORES SIN ESCOBILLAS

La Figura No.5 muestra un diagrama esquemático de los equipos síncronos sin escobillas.


FIGURA N° 5.- EQUIPOS SÍNCRONOS SIN ESCOBILLAS



a) Abra la alimentación entre el campo rotativo y el puente de diodos.b) Abra la conexión trifásica entre el puente de diodos y el campo del excitador.c) Aplique la prueba de impulsos al estator (cortocircuitando al rotor).d) Aplique la prueba de impulsos al campo rotatorio cortocircuitando las terminales del

estator.e) Aplique la prueba de impulsos al excitador, tener la precaución de cortocircuitar el

campo de control de éste.

7.7.7.4 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MOTORES Y/O GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA

La Figura No.6 muestra el diagrama esquemático de un motor o generador de corriente directa.

Procedimiento de prueba para el devanado de campo Shunt.

a) Mida la resistencia del campo Shunt, corrija a la temperatura del dato de placa (recuerde que la resistencia del cobre se incrementa en un 4% por cada 10°C de incremento en la temperatura).

b) Efectúe la prueba de impulsos de voltaje. Procedimiento de prueba para los devanados de interpolos-campo serie.

c) Aislar eléctricamente los devanados.d) Prueba de impulsos (se puede hacer bobina por bobina o todo completo).

Procedimiento de prueba para la armadura.e) Aislar eléctricamente la armadura.f) Realice la prueba de impulsos de la siguiente manera:

Delga a Delga Prueba entre grupos


FIGURA N° 6.- MOTOR-GENERADOR DE CD.



Prueba de grupos

Como se muestra en la Figura No.7

7.7.8. CRITERIO DE ACEPTACION

Esta prueba es considerada como “Pasa o no Pasa “.

El criterio de aceptación es por comparación de la gráfica con la forma de la onda, es decir, cuando se comparan las dos gráficas, deben de quedar superpuestas de tal forma que si no tienen diferencias notables, se visualizará como una sola gráfica.Cuando existen espiras en corto circuito, la forma de la onda variará mostrando una reducción de la amplitud del pico de la onda en un 20 % aproximadamente, de tal forma que al superponerse ambas gráficas, no serán iguales, sino que se notará de inmediato la gráfica que tiene un corto circuito porque estará fuera de la forma de onda de la primera.

7.7.8.1. DISTORSIÓN DE LA FORMA DE ONDA POR BARRAS ABIERTAS EN LA JAULA DE ARDILLA


FIGURA N° 7.- PRUEBA PARA LA ARMADURA



Cuando se comparan formas de onda de las diferentes fases en un motor jaula de ardilla con el rotor montado, las formas de onda pueden diferir en algo, haciendo creer que es una falla similar a el corto circuito entre espiras, sin ser realmente ésta la causa, sino que la distribución interna de los polos o fases coincide con un número distinto de barras de la jaula de ardilla (figura No.8), ocasionando que los efectos del fenómeno de transformación influyan sobre la prueba. Esto no sucede en todos los motores, siendo más notable en los rotores de barras rectas y menos notable en los rotores que tienen barras inclinadas o helicoidales. Para comprobar esto mantenga aplicada la prueba y gire lentamente el motor, seguramente la deformación de la onda cambiará de una fase a otra, si esto no sucede, es decir, si la forma de la onda no cambia, es probable que la falla SI sea un corto circuito entre espiras. Como es fácil de entender, ésta prueba también puede ser usada para la localización de barras abiertas en la jaula de ardilla, para comprobar que ésta es la falla se recomienda efectuar la siguiente prueba:

7.7.8.2 COMPARACIÓN DE TRANSITORIOS PARA FALLAS TÍPICAS

La siguiente figura 9 muestra la comparación de los transitorios para cada una de las fallas típicas en bobinas y su comportamiento en una conexión estrella ó delta.


FIGURA N° 8, BARRAS ABIERTAS



El procedimiento, los equipos y accesorios, así como la manera de hacer esta prueba , y los criterios de aceptación , están contemplados en la norma IEEE-STD-522.


Figura 9



7.7.9 BIBLIOGRAFÍA

IEEE STD 522 – 2004: IEEE Guide for Testing Turn Insulation of Form-Wound Stator Coils for Alternating-Current Electric Machines.

Seminario Baker Instruments: Equipos de Prueba de Impulso

Handbook of electrical Motors.




CAPÍTULO 8 ANÁLISIS DE FALLAS

8.1. DESCRIPCIÓN

Comúnmente las únicas herramientas usadas por el personal de mantenimiento para detectar fallas en motores han sido un Megger (medidor de aislamiento) y un óhmmetro. Desafortunadamente la in -formación brindada es muy general y no precisa la zona de falla del motor en estudio. Es muy fácil el diagnóstico erróneo si se confía solo en los resultados de un Megger. Por ejemplo, un corto entre espiras o entre fases puede perfectamente estar disparandoun motor y al medir el aislamiento este esta en buen estado. Ya que estas fallas aunque son un pro-blema de aislamiento en el devanado podrían estar aisladas completamente de tierra y por lo tanto el Megger no las detecta. Este tipo de anomalías deteriora rápidamente el devanado lo cual resulta en un futuro reemplazo u “overhaul” del motor. También se ha usado el análisis por vibraciones para detectar fallas en el rotor, estator y excentricidad. Por ejemplo en el rotor se encuentran a la frecuen -cia de paso de polo (barra) para el caso de motores con rotor jaula de ardilla (motores de inducción de CA), con bandas laterales alrededor de esa frecuencia, y excentricidad y cortos en el estator a 2 veces la frecuencia de línea sin ninguna banda lateral. Sin embargo, el análisis a 2 veces la frecuen -cia de línea no detalla cual de las dos fallas es la que esta afectando mas al motor. Y estas son de-terminadas por especialistas en vibraciones muy experimentados y pueden ya sea pasar desaperci-bidas por completo o confundirse con otro tipo de influencia.

Grafica 1. Estudio de Fallas en Motores Electricos

10%

12%

41%

37%

Rotor Otros Rodamientos Estator

La gráfica 1 muestra un estudio realizado entre el Electric Power Research Institute (EPRI) y Gene-ral Electric en 1985. El propósito de este estudio fue el mostrar las verdaderas fuentes de falla en motores eléctricos. Las pruebas eléctricas aplicadas a un motor deben de ser confiables y nos de-ben dar un diagnostico completo de todas las zonas o áreas de falla de un motor. Las pruebas a realizar deben incluir pruebas tanto con motor energizado como con motor detenido. Las pruebas con motor detenido son de particular importancia en aquellos casos en que un motor sé este dispa -rando y su puesta en funcionamiento puede terminar de dañarlo, o en el caso de pruebas de puesta en marcha al instalarse un nuevo equipo de producción. Para el diagnóstico de un motor, se han es-tablecido las siguientes zonas o áreas de fallas.




8.2 FALLAS EN ROTORES DE JAULA DE ARDILLA

En años recientes, los problemas de falla en grandes motores de inducción es muy significativa en lo que concierne a la aplicación industrial.Las fallas del rotor son causadas por una combinación de varios esfuerzos que actúan sobre el rotor (figura 1). En términos generales, estos esfuerzos pueden ser identificados como electromagnéticos, térmicos, residuales, dinámicos y mecánicos.Las siguientes son las definiciones de las diferentes fuerzas que actúan sobre el rotor, dados en la figura 1.Fw Par de trabajo.Fx Vibración torsional y par transitorio.FR Fuerzas residuales de fundición, soldadura, maquinado.FM1 Fuerza magnética por pérdida del flujo en la ranura (vibra al doble de la frecuencia de la

corriente en el rotor).FM2 Fuerza magnética provocada por excentricidad del entrehierro.FC Fuerza centrífuga.FUB Fuerza dinámica desbalanceada.FT1 Esfuerzo térmico causado por el calentamiento del anillo de corto circuito.FT2 Esfuerzo térmico causado por el t en la barra durante el arranque (efecto piel).FT3 Esfuerzo térmico causado por el crecimiento axial de la barra.FS Fuerza axial causada por la inclinación de la barra del rotor.

Si un motor es diseñado, construido, instalado y en operación cuenta con un mantenimiento adecuado, estos esfuerzos pueden estar bajo control y el motor puede funcionar adecuadamente por muchos años. Sin embargo, un inadecuado procedimiento de fabricación, sobrecargas y carencia de mantenimiento pueden conducir a un deterioro progresivo. Las técnicas de detección capaces de identificar problemas mecánicos antes de la falla son altamente deseables, para poder planear un mantenimiento y para evitar una pérdida de tiempo inconveniente y costosa.

Las fallas debidas a la fatiga del metal de la barra del rotor ha tomado generalmente la forma de una “enfermedad”. El problema, parece estar relacionado con los motores de gran tamaño mayores de 200 HP, particularmente las máquinas de dos polos operando a más de 3000 r.p.m..




Sin embargo, muchas máquinas de velocidad más lenta han estado involucradas. Este tipo de falla no es exclusiva de las grandes máquinas, aunque ocurre más rápidamente, algunas veces con vida de servicio de 12 meses. En máquinas más pequeñas menores a 25 HP, las fallas han estado presentes, pero generalmente estas máquinas son mucho más viejas de modo que tales fallos están frecuentemente aceptados como parte del desgaste.

Varios de los reportes llegados a IEEE nos dan una idea de que tan preocupante es la proliferación de este tipo de fallas en los motores de inducción. Un ejemplo de estos reportes es el siguiente:

En la central termoeléctrica Burrard (USA), se presentaron seis fallas de motores de inducción muy similares. Cuatro motores de 2700 HP, 3600 r.p.m., estaban instalados en las bombas de alimentación de caldera y otros dos motores de 800 HP, 1200 r.p.m. se usaban en los ventiladores de tiro forzado.

Originalmente, dicha planta estuvo diseñada para una operación de carga base que hubiera involucrado estos, y todos los demás motores de equipos auxiliares, en relativamente pocos arranques. Sin embargo, debido a los requerimientos del sistema, el papel de la planta ha sido el de permanecer en tareas de emergencia en el período de máximo consumo, por consiguiente, se tuvo un aumento dramático en la frecuencia de los arranques. Como un ejemplo, se ha estimado que cada uno de los motores de las bombas de alimentación de caldera fueron arrancados aproximadamente 300 veces por año bajo la presente condición de operación y de manera similar los motores de los ventiladores de tiro


Fig. 1 Esfuerzos Actuantes sobre el Rotor de un Motor de Inducción.

Anillo de Cortocircuito

Anillo de Cortocircuito



forzado.

Al hacerse una inspección general de los motores se observó que todos presentaban una cantidad de barras rotas en el rotor.

8.2.1 CAUSAS QUE ORIGINAN LA RUPTURA DE BARRAS

8.2.1.1 Diseño del Rotor.

La mayoría de las fallas del rotor se deben a la ruptura de barras y esta en función de las técnicas de construcción así como del material usado. Dos clases típicas de construcción en la fabricación del rotor se muestran en la figura 2. La mayoría de las rupturas de barra ocurren en la unión entre la barra del rotor y el conector final, y son debido a los esfuerzos cíclicos del movimiento de la barra y/o la expansión térmica del anillo de corto circuito.

La figura 2 (a) representa el tipo de construcción normalmente usado con las barras de cobre del rotor. El anillo de corto circuito proporciona únicamente la función de cortocircuitar, y debe emplearse algún otro dispositivo para impedir el movimiento axial de la barra.

La figura 2 (b) represente el tipo de construcción normalmente usado con rotores de aluminio. El anillo proporciona igualmente la función de corto circuito y la de impedir el movimiento axial de la barra.

En el diseño del tipo de rotor se deben tomar en cuenta dos problemáticas asociadas con el transitorio de arranque del motor de inducción, y las cuales son:

a) Problemática térmica:La problemática térmica aparece debido a las altas intensidades que se generan en el proceso de arranque, que acompañadas con el tiempo de arranque, hacen que se desarrolle por efecto Joule una cantidad elevada de calor en un breve espacio de tiempo, aumentando bruscamente las temperaturas en el rotor y devanado del estator. En el estator, el efecto del aumento de la temperatura es, fundamentalmente, sobre su aislamiento. En el rotor, el calor generado es mucho mayor, llegando a alcanzar altas temperaturas más en las barras del rotor que en los anillos de


Fig 2 Clases de Diseño de Rotor



corto circuito provocando unas dilataciones conjuntas y, con ellas, unos esfuerzos adicionales por este aspecto, tal y como lo muestra la figura 3.

b) Proble- mática mecánica:Aparecen altas oscilaciones torsionales a la frecuencia de la red y fundamentalmente en los primeros instantes del arranque. Esta problemática afecta directamente al comportamiento de la jaula del rotor de la manera que se indica en la figura 4.

AA

A continuación se muestran dos oscilógramas en donde se observa el comportamiento de un motor de inducción con la jaula en buen estado y uno con defectos en las barras de la jaula.


Fig 3 Dilatación de las barras y anillo de corto circuito anillos

a) Sist. de masas. Rotor y Anillo de Corto Circuito b) Deformación mecánica de la jaula

Fig 4 Problemática Mecánica

Anillo de Corto Circuito

del Anillo de Corto Circuito



8.2.1.2 EFECTO ELECTROMAGNÉTICO.

La acción del flujo de enlace de ranura, resultante de la corriente en la barra, genera fuerzas electrodinámicas. Esta fuerza es proporcional al cuadrado de la corriente, y es unidireccional: la cual tiende a desplazar la barra entre el fondo y la parte superior de la ranura. Esta fuerza hace vibrar la barra a dos veces la frecuencia de la corriente en el rotor. Por consiguiente, producen una deflexión o un esfuerzo de flexión en la barra. Si la deflexión es demasiada alta, puede presentarse una falla de fatiga en la barra. La fuerza radial actuando sobre la barra del rotor causará una deflexión durante el arranque que será mayor a la permitida por la restricción normal de la ranura.

8.2.1.3 EMPUJE MAGNÉTICO DESBALANCEADO.




El empuje magnético desbalanceado es un problema potencial que puede causar que el rotor golpee al devanado del estator. En un motor “ideal”, el rotor está centrado en el entrehierro y las fuerzas magnéticas están balanceadas y en direcciones opuestas, por lo que no hay deflexión en el rotor. En el mundo real, los rotores no están perfectamente centrados en el entrehierro, cosas tales como la excentricidad, el peso del rotor, el desgaste en baleros y la mala alineación de la máquina causan que el rotor no se encuentre centrado en el entrehierro. R. L. Nailen describe el proceso de empuje como lo siguiente:

Cuando esto ocurre, el entrehierro entre el rotor y estator disminuye en un lado mientras aumenta en el otro. En un campo magnético alternante, el resultado de un entrehierro decreciente es una mayor fuerza de atracción a través de esa brecha. Esto es, la “reluctancia” de la trayectoria del flujo magnético (oposición al paso del flujo) es reducida. La misma corriente magnetizante en el devanado puede generar más flujo a través de la brecha pequeña, para un mayor empuje.

Al mismo tiempo, el entrehierro se incremente en el lado opuesto de la máquina. La reluctancia se hace mayor allí, de modo que el flujo y el empuje magnético lateral son menores, fuerzas desbalanceadas actúan ahora sobre el rotor. El empuje mayor sobre el lado donde se tiene la brecha más pequeña tenderá a mover al rotor en esa dirección, haciendo la brecha más pequeña. El proceso continuará hasta que la brecha tienda a cero y el rotor tenga contacto con el estator.

Aunque siempre se espera una excentricidad de entrehierro, el empuje magnético desbalanceado no se presenta con mucha frecuencia debido a que el movimiento del rotor se encuentra restringido por la rigidez de la flecha.

Los diseñadores de motores atacan este problema colocando límites a la cantidad aceptable de excentricidad del entrehierro, estos límites están generalmente en el rango del 10-20%, dependiendo del tamaño de la máquina.

Conjuntamente con esto, el tamaño del eje se selecciona, basado en su habilidad para resistir estas fuerzas de flexión (flecha con resistencia a la flexión).

8.2.2 EFECTOS ORIGINADOS POR LA PRESENCIA DE BARRAS ROTAS.-

8.2.2.1 MANCHAS CALIENTES Y PÉRDIDAS EXCESIVAS.Hay un número de defectos los cuales pueden ocurrir durante la fabricación, diseño o reparación del rotor que pueden provocar pérdidas impredecibles y manchas calientes.Parte de las causas que pueden provocar estas condiciones son las siguientes:

a) Variación de la tensión de ajuste entre las barras del rotor y la laminación.b) Pérdidas por distribución no uniforme en la laminación causada por recocido pobre o fuera

de control en el proceso de laminación.c) Diseño de laminación impropio.d) Mala conexión barra-anillos de corto circuito.e) Corto circuito irregular de las barras de rotor a laminaciones en el área de la ranura.

Los fabricantes del motor, a través de procedimientos de inspección de control de calidad y pruebas, son capaces de detectar la mayoría de estos problemas. Una vez que el motor esta en el campo, la detección se hace más difícil, pero se puede lograr monitoreando detalles tales como ruido, vibración, temperatura, corriente, potencia y deslizamiento, las cuales pueden ayudar a verificar que el rotor esta




libre de barras rotas.

8.2.2.2 SOBRECARGA TÉRMICA.Esta puede ocurrir durante la aceleración, la marcha normal u otras condiciones. Deberá recordarse que algunos motores están limitados por el estator y algunos por el rotor desde un punto de vista térmico. Mientras giran a velocidad de plena carga, la mayoría de los motores están limitados por el estator. La condición de paro tiene el mayor potencial para dañar el rotor en un período corto de tiempo y es muy difícil de proteger con relevadores o protección térmica. La mayor parte de los dispositivos detectores térmicos se instalan en el estator, y sirven para censar el calor generado en el rotor, aunque en algunos casos esto ocurre demasiado tarde. El rango de tiempo sin peligro en la condición de paro es de algunos segundos o algunos minutos dependiendo del diseño. El mejor modo de proteger el rotor de una sobrecarga térmica es contar con un sensor de corriente que detecte las altas corrientes asociadas con el arranque y la condición de paro. Los interruptores de velocidad-cero se han también utilizado para proteger contra la condición de paro. Las más comunes causas de falla de sobrecarga térmica son:

a) Un número anormal de arranques consecutivos, que causan una excesiva temperatura en la barra o en el anillo de corto circuito.

b) Rotor bloqueado por pérdida de velocidad debido a un alto incremento en el par de carga.c) El rotor roza con el estator debido a falla en el cojinete.d) Barras rotas del rotor debido a fallas de fatiga causadas por el movimiento de barra o el aumen-

to de temperatura en el anillo de corto circuito.e) Desbalance de voltaje de fase y sus correspondientes corrientes de secuencia negativa asocia-

das con el calentamiento de la superficie del rotor.f) Ventilación insuficiente debido a la obstrucción de los pasajes de los conductos de ventilación.

8.2.2.3 DESBALANCE TÉRMICO.El desbalance térmico puede ser causado por el efecto de cada uno de los arranques o en la condición de servicio. El desbalance puede también estar en el diseño inherente del rotor, las causas más comunes de falla por desbalance térmico son:

a) Arranques frecuentes que provocan diferencias de temperatura en las barras del rotor debido al fenómeno del efecto pelicular.

b) Desigual transferencia de calor entre las barras del rotor y el núcleo del rotor.c) Pérdida de sujeción entre el núcleo del rotor y la flecha debido a la expansión térmica durante el

arranque, que causan vibración inestable.d) Gradientes de temperatura debido a la desigual circulación de corriente, la cual puede ser

generada por ruptura y/o variación de la sección transversal de las barras del rotor.

El problema se complica por el hecho que la vibración puede ser aceptable durante la prueba en vacío y no se manifiesta hasta el ciclo de arranque en la condición bajo carga. Por esta razón, algunos fabricantes realizan pruebas bajo carga en sus máquinas como una parte de los procedimientos de calidad.

8.2.2.4 ROTOR CENTELLANTE.El centelleo no destructivo puede y probablemente ocurre durante la operación normal del motor. Este centelleo normalmente no es observado debido a su baja intensidad y/o a la carcaza del motor que no




permite su observación.

La operación normal se define como cualquier motor que puede estar expuesto a caídas de voltaje, fluctuación de carga, etc.. Además de las razones mencionadas, el centelleo no se observa generalmente durante el servicio normal a plena carga por varias razones; la fuerza centrífuga a velocidad de plena carga es usualmente mayor que la fuerza electromagnética actuando sobre la barra, debido a la corriente de carga, y tiende a desplazar y retener la barra en la ranura. Aún más, la frecuencia dentro del circuito del rotor es muy baja (igual a la frecuencia de deslizamiento), esta baja frecuencia corresponde a una baja impedancia del circuito jaula del rotor, esencialmente confinando toda la corriente del rotor a la jaula misma, por lo tanto, el centelleo no se observa durante la operación a velocidad y carga plena.

Sin embargo, cuando se arranca a tensión completa, la corriente en la jaula del rotor es de 5 a 7.5 veces la normal. Esta alta corriente combinada con la baja impedancia de la jaula, debido a la frecuencia de la corriente del rotor inicialmente variando de parado a 60 Hz, provocará una caída de voltaje a lo largo de la barra. Es este voltaje el que tiende a mandar la corriente a través de las laminaciones. Durante el arranque, hay realmente dos circuitos paralelos; uno a través de las barras del rotor, y el otro a través de las laminaciones.

Las fuerzas magnéticas creadas por el alto flujo de corriente durante el arranque causa que las barras del rotor vibren a una frecuencia decadente, comenzando a 60 Hz, la cual produce una fuerza de 120 vibraciones por segundo. Esta vibración principalmente radial dentro de los límites de la ranura del rotor causa interrupciones intermitentes del flujo de corriente entre las barras y varias porciones de las laminaciones con el resultante arqueo visible.

El diseño y proceso de fabricación para rotores incluye medidas que pretenden reducir el centelleo. Sin embargo, las tolerancias en la fabricación y en los materiales junto con los efectos de la expansión térmica diferente y los ciclos térmicos excluyen cualquier motor del “chisporroteo” en operación.Motores idénticos o duplicados pueden y exhibirán diversos niveles de intensidad de centelleo, ya que todas las partes componentes tienen tolerancia y están en ciclos térmicos durante la operación.El centelleo observado en el entrehierro son realmente partículas muy pequeñas de barra y/o núcleo de hierro, calentado a incandescencia por la corriente que pasa a través del límite barra-hierro. Los zumbidos punzantes iniciales y/o partículas del material de la barra removidos durante la instalación pueden generalmente disminuir después de varios arranques. Sin embargo, las partículas generadas por el intermitente centelleo debido al movimiento de la barra no disminuyen durante la vida del motor.

El período breve de centelleo intensificado, que puede ocurrir durante el arranque, no es perjudicial para la vida del motor. Motores con 20 años en operación han sido desarmados únicamente para revelar una ligera erosión de las barras del rotor en áreas de contacto con el hierro del núcleo.

Sin embargo, el centelleo destructivo puede ocurrir bajo distintas circunstancias, las más comunes son una barra rota o una defectuosa conexión entre la barra y el anillo de corto circuito.Mientras el centelleo causado por el fallo de fatiga de la barra del rotor es usualmente de mayor intensidad que el anteriormente mencionado, es aún difícil de detectar en la mayoría de los motores debido a que la caja impide una observación visual del entrehierro.8.2.2.5 INCREMENTO DE LA CORRIENTE EN BARRAS SANAS.

La figura 5 (a y b) muestran la distribución de la corriente en un rotor con barras sanas y una barra rota, en el instante cuando la corriente senoidal que circula por la barra b1 está en su valor máximo, así




como la redistribución de la corriente en las barras adyacentes. La mayor parte de la corriente que circulaba por la barra rota ahora fluye en las dos barras adyacentes a la barra rota.Para un modelo particular de barra rota, se supone que la corriente de falla es igual y opuesta a la corriente normal que fluye en la barra saludable.Cuando las corrientes de falla y normal se sobreponen, el modelo de corriente se representa por la figura 5(b).

Al incrementarse la corriente en las barras sanas, estas son expuestas a un esfuerzo térmico mayor, debido al efecto pelicular, lo cual provocará que en estas barras se incremente al riesgo de una falla.

Dinámicamente se identifica las barras rotas en un análisis de corriente del motor, este se desarrolla al tomar la señal corriente de las tres fases del motor y se pasa al dominio de la frecuencia (FFT). El análisis dinámico identifica una falla en el rotor como una banda lateral, a la frecuencia de línea a una frecuencia llamada frecuencia de paso de polo (Fp). Al utilizar tanto el análisis estático como di -námico para diagnosticar un problema en un rotor se tiene un alto nivel de confianza, especialmente cuando se tiene que sacar un motor importante de servicio. La grafica 2 muestra problema en un ro -tor obtenido mediante un análisis de corrientes.

8.3 FALLA POR INCREMENTO DE CARGA:


Fig. 5 Distribución de la corriente en las barras del rotor con: (a) rotor sin falla (b) rotor con falla.

Grafica 2 Prueba Dinámica de Falla en Rotor

Anillo de Corto Circuito

Anillo de Corto



Una carga excesiva puede llevar rápidamente a una falla en el motor. Es posible que se seleccione correctamente al motor para su carga inicial; sin embargo, un cambio en su carga o en el acoplamiento de accionamiento, se manifestará como una sobrecarga en el motor. Las chumaceras o baleros comenzarán a fallar, los engranes están expuestos a presentar fallas en los dientes, o bien se presentará algún otro tipo de fricción que se manifieste como sobrecarga. Cuando se presenta una sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida del aislamiento.

8.4 FALLA POR PROBLEMAS EN BALEROS Y CHUMACERAS:

Son una de las causas más comunes de fallas en los motores, también la alineación errónea de éstos y la carga, malos acoplamientos por poleas y bandas, o bien errores en la aplicación de engranes o piñones, son causas de fallas mecánicas. Por otro lado, se debe hacer un correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración.

8.5 FALLA POR UNA INCORRECTA ALIMENTACIÓN DE VOLTAJE AL MOTOR:

Puede reducir la vida o causar una falla rápida si la desviación del voltaje es excesiva. Un voltaje bajo soporta una corriente mayor que la normal. Si el voltaje decrece en una forma brusca, se presenta una corriente excesiva que sobrecalienta al motor. Un voltaje alto en la línea de alimentación a un motor reduce las pérdidas, pero produce un incremento en el flujo magnético, con un consecuente incremento de las pérdidas en el entrehierro.

El circuito involucrado dentro de las posibilidades de falla en los alimentadores hasta la caja de bor -nes del mismo involucra a: todos los conductores con sus bornes, interruptores, protecciones térmi-cas, fusibles, contactores y cuchillas. Por tanto se ha demostrado que los falsos contactos han sido la fuente de un 46% de las fallas en motores, por lo que aunque muchas veces el motor este en ex-celente estado, este se instala en un circuito de potencia defectuoso, que a la postre lo daña. Los problemas de conexiones de alta resistencia (se oponen al paso de la corriente) son variados, entre ellos tenemos a:

a) · Generación de armónicasb) · Desbalances de voltajec) · Desbalances de corriented) Típicamente las conexiones de alta resistencia son causadas por:e) · Terminales corroídosf) · Cables sueltosg) · Barras sueltash) · Prensa fusibles corroídosi) · Hilos abiertosj) · Conexiones entre Aluminio – cobrek) · Diferentes tamaños de conductores

Uno de los métodos que usamos para detectar defectos en el circuito de potencia en un motor o ge -nerador, trifásico es la medición de resistencia entre fases, es una prueba estática con motor deteni-do. En un equipo en buen estado las tres lecturas entre las fases deberían ser casi idénticas, su desbalance resistivo debe ser menor a un 5%.

Dinámicamente, con motor energizado, el circuito es evaluado completamente al detectarse desba-lances de voltaje en cualquiera de las fases. Otro de los métodos utilizados para complementar el




diagnostico del circuito de potencia es la termografía IR, sin duda una de las técnicas mas conoci -das para detectar falsos contactos.

Distorsión de Armónicas:

Con la popularidad de los variadores de velocidad estáticos para motores de C.A. y C.C., se crean distorsiones importantes en la forma de onda de voltaje, a estas se les conoce como armónicas. El parámetro más conocido es la Distorsión Armónica Total (THD, en inglés) en términos simples es el valor RMS de la señal con la frecuencia fundamental removida. O sea, una onda sinusoidal perfecta de 60Hz tendría un THD de 0%. Cualquier otra onda presente junto con la fundamental se le consi -dera distorsión armónica.Entonces, las armónicas son señales que distorsionan a la onda fundamental con una forma sinusoi-dal y están presentes en múltiplos de la fundamental.


Grafica 3 Desbalance Resistivo, Falso Contacto Severo



El gráfico muestra la onda fundamental a 60Hz pero con otra onda sobrepuesta, esta última comple-ta 2 ciclos en el mismo tiempo que la fundamental completa uno. Si se observa la fase 1 de la funda-mental, la armónica forma los dos ciclos. A la onda sobrepuesta se le conoce como la 2da. Armóni-ca 2x60Hz = 120Hz

Las armónicas existen en todos los sistemas trifásicos y son generadas por cargas no-lineales como:

a) Convertidores de potencia electrónicos: rectificadores y variadores de frecuencia (VFD)b) Lámparas fluorescentesc) Hornos de arcod) Sistemas de potencia ininterrumpibles (UPS) etc.

Existen tres tipos de armónicas:a) Secuencia positiva: Crea un campo magnético en la dirección de rotación, por lo tanto ayuda

al torque del motor.b) Secuencia negativa: Se opone a la rotación del motor e incrementa la demanda de corriente

a una carga determinada.c) Secuencia cero: No produce ningún trabajo, pero causa calentamiento y retorna al transfor-

mador de alimentación y sobre carga al nuestro. Produce por lo tanto calentamiento en el transformador también.

d) Características de armónicas para algunas fuentes de alimentación

8.6 FALLA POR LUBRICACIÓN:

El sistema de lubricación afecta la buena lubricación cuando no se selecciona en forma adecuada el aceite o grasa recomendado y en la cantidad correcta. Los distribuidores de lubricantes pueden ayudar si hay un problema con el grado de lubricante, y, en especial, para los cojinetes que requieren grasa para alta temperatura. Hay que quitar o expulsar toda la grasa vieja antes o durante la aplicación de la grasa nueva. El espacio total para grasa se debe llenar al 50% de su capacidad para evitar sobrecalentamiento por el batido excesivo.

8.7 FALLAS EN LA LAMINACIÓN.




Las fallas más comunes en el núcleo son ocasionadas por las siguientes causas:

a) Falla a tierra de las bobinas contra el laminado.b) Falla entre fases de bobinas con quemaduras del núcleo.c) Rozamiento entre rotor y estator. Esto se puede presentar cuando hay desbalance del rotor

por problemas mecánicos que pueden ser por barrido de las chumaceras o cascado de los rodamientos, aflojamiento de las tapas, problemas en el cople o de cimentación.

d) Daños por rozamiento durante maniobras de retirar o insertar el rotor en los mantenimientos.e) Objetos metálicos que se pueden desprender del rotor o dejados entre las ranuras durante

los mantenimientos.f) Excentricidad

El rotor de un motor o generador debe estar centrado, existe un claro entre estos denominado entre -hierro. Si este entrehierro no esta bien distribuido en los 360° del motor se producen campos mag -néticos desiguales. Se ha discutido ampliamente el efecto adverso que provocan estos campos magnéticos desiguales que a la larga resultará en una falla en el aislamiento y falla en los rodamien-tos. Este problema se le conoce como excentricidad, existen básicamente dos tipos, la estática en la cual el rotor esta descentrado pero fijo en un lugar generalmente este tipo de problemas es causado cuando los alojamientos de los roles están desalineados, por un inadecuado alineamiento o por que la carcaza del motor fue torcida cuando se instalo en su base. La figura 6 muestra como es la excen-tricidad estática.

El otro tipo de excentricidad es la dinámica, y como resultado el rotor se balancea dentro del estator, por lo tanto la inductancia varía. La excentricidad dinámica generalmente es producida por una de -flexión en el eje.




Fig. 6 Excentricidades del rotor


Excentricidad DinámicaExcentricidad estática

manual ii_mantto motores 2014

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