CAPITULO VIEVALUACION DEL AISLAMIENTO ELECTRICO EN MAQUINAS ROTATIVASIntroduccin a los sistemas de aislamientoTipos de sistemas de aislamiento Degradamiento de los sistemas de aislamientoPrueba de Tangente deltaAplicaciones con el equipo DELTA 4000

Curso de medidas electricasIng. Gerson La Torre GarcaEste Esta presentacin, que se recomienda ver en modo de presentacin, muestra las nuevas funciones de PowerPoint. Estas diapositivas estn diseadas para ofrecerle excelentes ideas para las presentaciones que crear en PowerPoint 2010.

Para obtener ms plantillas de muestra, haga clic en la pestaa Archivo y despus, en la ficha Nuevo, haga clic en Plantillas de muestra.1EL AISLAMIENTO ELECTRICO EN MAQUINAS ROTATIVASEl aislamiento elctrico se degrada con el tiempo debido a diferentes factores que se le imponen durante su vida de trabajo.Es buena prctica realizar pruebas al aislamiento elctrico con la finalidad de detectar potenciales fallas por envejecimiento y contaminacin.PREVENIR ANTES QUE LAMENTAR!!

2La causa mas frecuente de fallas en las maquinas rotativas se debe al sistema del aislamiento elctrico.

EL AISLAMIENTO ELECTRICO EN MAQUINAS ROTATIVAS3INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE AISLAMIENTO ELECTRICOTIPOS DE CONTRUCCIN DEL DEVANADO ESTATORICOEstatores de devanado aleatorio

Estatores de devanado preformado

Tensin de operacin mayor a 1000 VPotencias mayores 100 kWDevanados de pletinas de cobre aisladasColocacin de bobinas en forma ordenadaTensin de operacin menor a 1000 VPotencias menores a 100 kWDevanado de hilo esmaltado introducido en la ranura en forma aleatoriaES TIPO DE MAQUINAS REQUIEREN EVALUACION DEL ESTADO DEL AISLAMIENTO!!4INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE AISLAMIENTO ELECTRICOMATERIAL AISLANTE Y SISTEMAS DE AISLAMIENTOSUn sistema de aislamiento est formado por uno o ms materiales aislantes; sin embargo, la vida de un devanado est determinada por la capacidad del sistema y no por la de sus componentes.

Las pruebas en materiales aislantes no son suficientes, por si solos, para determinar la vida til de un sistema de aislamiento.

5TIPOS DE SISTEMAS DE AISLAMIENTO COMPONENTES DEL SISTEMA DE AISLAMIENTO EN DEVANADOS PREFORMADOSEl aislamiento entre conductores (Strand Insulation) es distinto del aislamiento frente a masa (groundwall Insulation)!!

6TIPOS DE SISTEMAS DE AISLAMIENTO CLASE TERMICA DE LOS SISTEMAS DE AISLAMIENTO

Un aislamiento Clase F tendr un promedio de vida util de 20000 horas (apox. 3 aos) cuando opera continuamente en 155 C !!Norma IEC 600857TIPOS DE SISTEMAS DE AISLAMIENTO COMPONENTES DEL SISTEMA DE AISLAMIENTO SEGN SU CLASE TERMICACLASECOMPONENTES DEL SISTEMA DE AISLAMIENTO90CAlgodn, seda, papel sin impregnacin105CAlgodn, seda, papeles impregnados o sumergidos en aceite.120CFibras orgnicas sintticas. Por ejemplo: esmaltes de acetato de polivinilo, barnices de resinas alqulicas.130CMateriales a base de polister y poliamidas aglutinados mediante materialesorgnicos. Por ejemplo, los esmaltes de resinas de poliuretano.155CMateriales a base de fibra de mica, amianto y fibra de vidrio aglutinados mediantemateriales orgnicos. Por ejemplo, la fibra de vidrio tratada con resinas de polister.180CMateriales a base de mica, amianto y fibra de vidrio aglutinados con siliconas de altaestabilidad trmica. Por ejemplo, el papel de mica aglomerado con siliconas.200CMateriales a base de mica, vidrio, cermica, capaces de soportar hasta 200C220CMateriales a base de mica, vidrio, cermica, poliamidas tipo Kapton, capaces desoportar hasta 220C.250CMateriales a base de mica, vidrio, cermica, poliamidas tipo Kapton, capaces desoportar hasta 250C.Los materiales aislantes cuya resistencia trmica es ms baja son aquellos con mayor proporcin de componentes orgnicos. Los aislantes que soportan temperaturas ms elevadas estn formados en mayor medida por substancias inorgnicas.!!8DEGRADAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE AISLAMIENTO Existen cinco causas bsicas para la degradacin del aislamiento. Estas interactan entre si y ocasionan una espiral gradual de declinacin de la calidad del aislamiento

FATIGA ELCTRICAEl aislamiento se disea para una aplicacin particular. Las sobre tensiones y las sub tensiones ocasionan fatiga anormal dentro del aislamiento que puede conducir a agrietamiento y laminacin del propio aislamiento9DEGRADAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE AISLAMIENTO

Falla por esfuerzo mecnicoFATIGA MECNICALos daos mecnicos pueden ocurrir cuando: se golpea el sistema de asilamiento, se opera la mquina con altas vibraciones o por arranques y paradas frecuentes. La vibracin resultante ocasionara defectos importantes dentro del aislamiento. ATAQUE QUIMICOAunque es de esperarse la afectacin del aislamiento por vapores corrosivos, la suciedad y el aceite pueden reducir la efectividad del aislamiento10DEGRADAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE AISLAMIENTO

FATIGA TERMICALa operacin de las mquinas en condiciones excesivamente calientes o fras ocasionar dilatacin o contraccin del aislamiento que darn lugar a grietas y fallas. Tambin se incurre en fatigas trmicas (a menos que est diseada para uso intermitente) cada vez que la mquina se arranca o se para, afectando adversamente el proceso de envejecimiento del aislamiento.11DEGRADAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE AISLAMIENTO

CONTAMINACION AMBIENTALAbarca una multitud de agentes que van desde la humedad por procesos, hasta la humedad del ambiente . Tambin se considera el ataque de roedores al sistema de aislamiento.12FUNDAMENTO TEORICOHay dos caminos para medir las perdidas dielctricas:

1.- Factor de disipacin (Tangente delta)

2.- Factor de potencia

Estas pruebas son relevantes solo para el bobinado estatrico y son usualmente aplicadas en devanados preformadosPRUEBA DE TANGENTE DELTA Idealmente el aislamiento del bobinado actuara como un capacitor puro; solo almacenara energa y no lo disipara. En la prctica los materiales utilizados en el aislamiento a tierra se calentaran cuando son excitados con tensin de corriente alterna y tendrn que disipar energa!!

13FUNDAMENTO TEORICOCuando un sistema de aislamiento es expuestos a altas temperaturas o radiacin nuclear, algunos enlaces qumicos dentro del polmero vibran y llegan a romperse.

Si una molcula de oxigeno esta cerca de la zona final de rotura de la cadena polimrica, una nueva reaccin qumica ocurre con el oxigeno formando un enlace qumico.

Este proceso es llamado oxidacin y gradualmente hace al aislamiento frgil PRUEBA DE TANGENTE DELTAEl resultado es que habr mas molculas polares que oscilaran cuando son excitados por un campo elctrico en AC y se incrementaran las perdidas dielctricas. Este incremento a lo largo de los aos indicar envejecimiento del aislamiento debido a sobrecalentamiento o radiacin!! 14

FUNDAMENTO TEORICOPRUEBA DE TANGENTE DELTALa mayora de los dielctricos que utilizamos en nuestros dispositivos responden a la curva presentada, cuando es evaluado en funcin de la temperatura.Como las temperaturas normales de uso se limitan a la primera parte de la curva, podramos decir que la tangente delta de los dielctricos se incrementan con ella. En la medicin de la tangente delta ser siempre necesario indicar el valor de la temperatura. De no estar indicada se entiende que ha sido realizada a 20C. 15FUNDAMENTO TEORICOPRUEBA DE TANGENTE DELTAAl comparar y analizar dos estados de un mismo dielctrico se debe asegurar que se esta observando en parecidas condiciones de humectacin interior. Para ello conviene cotejar los ndices: de absorcin y polarizacin!!Cuando un bobinado contiene agua, las perdidas dielctricas se incrementaran. Esto ocurre debido a que el agua es una molcula polar.

Como los valores de las prdidas que se agregan con el agua son elevados, un reducido grado de humectacin del dielctrico puede dar valores muy altos de tangente delta. En la Figura adjunta, se representa una posible variacin de la tangente delta del aislamiento de un motor de MT cuando se ha humedecido.

16METODOLOGIA DE LA PRUEBAPRUEBA DE TANGENTE DELTA1.- Factor de disipacin o tangente delta (FD): es medido con un instrumento tipo puente balanceado, donde una red resistiva capacitiva es variado hasta encontrar la tensin y ngulo de fase (tangente delta). El FD es calculado desde los elemento R y C del puente hasta encontrar una tensin nula. Este mtodo puede fcilmente alcanzar una precisin de 0,1%.

Hay dos procedimientos diferentes para medir las perdidas dielctricas 17METODOLOGIA DE LA PRUEBAPRUEBA DE TANGENTE DELTA2.- Factor de Potencia (FP): Para materiales con un factor de disipacin relativamente pequeo, que es caso para la mayor parte de aislamientos del bobinados estatoricos, el factor de potencia y el factor de disipacin numricamente son casi el mismo valor. El factor de potencia es medido por la medicin exacta de la tensin (V) aplicado entre el cobre y el ncleo de un bobinado, detectando la corriente resultante (I). Al mismo tiempo, la potencia (W) en el bobinado es medido con un vatmetro de precisin.

18METODOLOGIA DE LA PRUEBAPRUEBA DE TANGENTE DELTAComo el FD o FP es usualmente expresado en porcentaje. La prueba de FP pierde exactitud en la medicin de las perdidas del dielctrico a diferencia del mtodo del factor de disipacin, pero tienden a ser menos caras, debido a que no se usan instrumentos tipo puente.

COMPARACION DEL FP Y FD 19METODOLOGIA DE LA PRUEBAPRUEBA DE TANGENTE DELTADurante el ensayo se pueden obtener los valores de tangente delta y la capacidad para cada una de las tensiones de ensayo.

Generalmente los valores de tensin utilizados empiezan a partir del 20 % de la tensin nominal y se llega a la tensin nominal en intervalos del 20%

Es mejor la medicin separada por fases, ya que esto incrementa la sensibilidad y la ubicacin de la zona de falla. 20INTERPRETACION DE LA PRUEBAPRUEBA DE TANGENTE DELTALa medicin inicial de la tangente Delta es irrelevante, lo importante es la evolucin en el tiempo, sin embargo existen valores referenciales, que se muestra en el cuadro adjunto.

Un incremento a lo largo del tiempo, es indicativo que hay sobre calentamiento o el bobinado esta cada vez mas contaminado por la humedad o por partculas contaminantes conductoras Un significante aumento de deterioro ocurrir si el FD se incrementa en 1% o mas respecto del valor inicial!!

21INTERPRETACION DE LA PRUEBAPRUEBA DE TANGENTE DELTASi la capacitancia C y la Tg son medidos al mismo tiempo, y si la tendencia en C decrece mientras la Tg se incrementa, entonces es un fuerte indicativo de un deterioro trmico general.

Si ambos se incrementan a lo largo del tiempo, entonces es un potencial indicativo que el bobinado esta contaminado o absorbi humedad

La tendencia del FD es indicativo de la condicin promedio del aislamiento, ya que se mide las perdidas dielctricas totales del bobinado Las perdidas adicionales de una espira sobrecalentada cuando el resto de las espiras estn en buenas condiciones, sern pequeas. Asi esta prueba no puede detectar alguna espira deteriorada !! 22

APLICACIONES DE TANG. DELTA CON EL EQUIPO DELTA 4000CARACTERISTICAS TECNICAS DEL EQUIPO

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APLICACIONES DE TANG. DELTA CON EL EQUIPO DELTA 4000 24PRUEBA DE AISLAMIENTO ENTRE BOBINADOS DE UN TRANSFORMADOR

APLICACIONES DE TANG. DELTA CON EL EQUIPO DELTA 4000 25APLICACIONES DE TANG. DELTA CON EL EQUIPO DELTA 4000

PRUEBA DE AISLAMIENTO ENTRE BOBINADOS DE UNA MAQUINA ROTATIVA 26PRUEBA DE AISLAMIENTO ENTRE BOBINADOS DE UNA MAQUINA ROTATIVAAPLICACIONES DE TANG. DELTA CON EL EQUIPO DELTA 4000

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INTERFACE DE CONTROL DEL EQUIPO APLICACIONES DE TANG. DELTA CON EL EQUIPO DELTA 4000