presentacion baker static and dynamic

Marzo 2009 © SKF Group Slide 1

Presentación de:

Presentado por:

Luis Beltrán, E.E., M.B.A.

Gerente de Ventas, América Latina


SKF - Baker1


SKF – Baker

• Baker fué inicialmente una empresa americana basada en Fort Collins Colorado.

• SKF de Suecia compró Baker en Junio 2007.

• Cerca de 64 empleados en las instalaciones

• Cerca de 12 ingenieros en la producción

Mejoras del producto

Soporte Técnico

Investigación


SKF - Baker

• Oficinas de SKF y representantes alrededor del mundo

• Equipos de prueba de calidad para devanados eléctricos

• Más de 45 años de experiencia en pruebas de motores

eléctricos

• Entrenamientos (hasta 3 niveles):

En las instalaciones del cliente

En nuestras instalaciones


Equipos para el programa de Administración de Motores Eléctricos

Empleado para el mantenimiento predictivo, diagnóstico y aseguramiento de calidad.

•Pruebas en linea o dinámicas

Explorer 4000

•Pruebas fuera de línea o estáticas

AWA (Advance Winding Analyzer)


Programa de Administración de Motores Eléctricos

Que es lo que realmente se busca?Que es lo que realmente se busca?

Ahorros $$$$$$$ !!!!Ahorros $$$$$$$ !!!!

• Reducir paradas no programadasReducir paradas no programadas

• Análisis de Ia raíz de la causa del problemaAnálisis de Ia raíz de la causa del problema

• Ahorro de dinero en el gasto de energía Ahorro de dinero en el gasto de energía eléctrica eléctrica

• Analisis del uso de variadores de velocidad Analisis del uso de variadores de velocidad (VFD)(VFD)

• Aseguramiento de la Calidad del MotorAseguramiento de la Calidad del Motor


Programa de Administración de Motores Eléctricos

La pregunta no es si un motor va a fallar

La pregunta es CUANDO!!!


2Fallas en Motores Eléctricos


Causas de Fallas de Motores Eléctricos

Rodam.44%

Rotor8%

Otros22%

Estator26%

Rodam.41%

Otros14% Rotor

9%

Estator36%

Estudio IEEE Estudio EPRI


Causas de Fallas de Motores Eléctricos


Degradación y Voltaje de Ruptura vs. Tiempo


Pasos Típicos de Fallas de Motores

1. Aislamientos nuevos tienen alto voltaje de ruptura

2. El aislamiento del motor experimenta un envejecimiento normal

- Envejecimiento Térmico

- Contaminación Química

- Esfuerzo Mecánico

- Efecto Corona / Descargas Parciales

3. La Rigidez Dieléctrica entre espiras de la bobina o el aislamiento a tierra del motor cae debajo del nivel de transitorios resultando en un arco


Pasos Típicos de Fallas de Motores

4. Los transitorios producen arcos inducidos causando que el aislamiento se deteriore mucho más rápido

5. El voltaje de ruptura entre espiras o el aislamiento a tierra cae debajo del voltaje de operación causando un corto entre espiras o a tierra.

6. El efecto “transformador” causa alta corriente inducida, típicamente 16-20 veces la corriente a carga completa.

7. La falla de aislamiento a tierra se produce rápidamente (típicamente en minutos)


3Pruebas Estáticas o Fuera de Línea en Motores Eléctricos


Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

1. Pruebas de Balanceo de Resistencia (Método Kelvin)

2. Pruebas con el Megómetro

3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica

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

5. Prueba de Surge (Impulso)



1. Pruebas de Balanceo de Resistencia:

– Número de vueltas por fase

– Diámetro del cobre

– Conexiones con alta resistencia

– Cortos totales entre espiras

– Conexiones abiertas entre espiras

– Tendencias - Históricos



2. Pruebas con el Megohmetro:

– Mide la resistencia a tierra

– Determina fallas a tierra o posible contaminación en la superficie

– Util para crear tendencias

– No determina:

Si el motor está totalmente en buenas condiciones

Si existe fallas entre espiras, fases, o fases abiertas



2. Pruebas con el Megóhmetro:

IEEE 43-2000

V linea (CA) V prueba (CC)

< - 1,000 500

1,000 - 2,500 500 – 1,000

2,501 – 5,000 1,000 – 2,500

5,001 – 12,000 2,500 – 5,000

> 12,000 5,000 -10,000



3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica:

Prueba similar al usar el megómetro, pero dura:

Si la resistencia obtenida es mas de 5000 MΩ en un minuto, entonces se realiza la prueba de Absorción Dieléctrica, que es similar a la IP, pero con los valores tomados en 30 sg. y 3 minutos.

IP: para motores mayores de 100-200 HP

AD: para motores menores de 100-200 HP

IP = Resistance Insulation minute 1

Resistance Insulation minute 10



3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica:

- Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse.

- Busca deterioro, resequedad, humedad, o contaminación del aislamiento a tierra.



4. Pruebas de Voltaje en Escalón - Hipot (Step Voltage)

Mide la rigidez dieléctrica del aislamiento. Se mide la corriente de fuga para asegurar que el aislamiento a tierra y cables soporten el trabajo normal durante el arranque y parada del motor (picos de voltaje). Los picos de voltajes

suceden entre 0.2 y 0.5 µsec durante el arranque del motor



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

- Se detecta aislamiento débil a tierra.

- Problemas en el aislamiento de los cables.



Caso de Estudio #1: Contaminación en Caja de Bornes

Motor:

7,200 Voltios

1,000 HP

3,600 RPM




Resultado después de limpiar la caja:




“Podemos apreciar el problema solamente elevando el voltaje de prueba sobre el voltaje normal de operación”

“Los picos de voltaje y las corrientes de fuga se pudieron registrar para detectar el problema”



Caso de Estudio #2: Aislamiento Inestable a Tierra

Cuatro (4) Motores Identicos son probados:

4,160 Voltios

300 HP

1,770 RPM




Motor “A”




Motor “B”




Motor “C”




Motor “D”




“En el último escalón a 8,960 voltios, el motor muestra inestabilidad en el aislamiento a tierra”

“La prueba de escalón permite al operador ver la tendecia de la corriente de fuga”



5. Prueba de Impulso o Surge

- Consiste en aplicar una corriente alta de impulso (el tiempo de crecimiento de la onda es rápida). Se descarga el voltaje por una fase del motor, teniendo las otras fases a tierra.

- Es el único método disponible para detectar aislamiento débil entre las espiras, permitiendo al operador realizar un mantenimiento predictivo.




Fallas en el aislamiento entre las espiras

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

-Depósitos químicos en el aislamiento deterioran su vida útil.

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




Fallas en el aislamiento entre las espiras

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

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




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




Ley de Paschen Distribución de Voltaje en una Bobina




Distribución de Voltaje en una Bobina



En el campo

Espiras a espira

Fase a fase

Bobina a bobina

En el taller (sin rotor)

Espira a espira, fase a fase, bobina a bobina

Bobinas invertidas

Cortos entre espiras

Desbalance de # de vueltas

Diferentes Φ de cobre

Cortos con las laminas


Detección de aislamiento débil




Forma de onda de un buen devanado




Forma de onda de un devanado con problemas




Estándar 43-1992 IEEE “Guia para el mantenimiento de aislamiento de máquinas eléctricas rotativas (5 hp to less than 10 000 hp)”

Estándar IEEE Std 522-1992 para obtener información de procedimientos y requerimientos para pruebas de aislamiento entre vueltas de espiras (Ver [B14] para información detallada sobre la prueba de comparación de impulso o surge

Estándar IEEE para la industria Química y Petrolera - Severe Duty Totally Enclosed Fan-Cooled (TEFC) – Motores de Inducción de Jaula de Ardilla — hasta e incluyendo 370 kW (500 hp):

d) The 2300 V and 4000 V designs shall use vacuum-pressure-impregnated form windings, capable of withstanding a voltage surge of 3.5 per unit at a rise time of 0.1 µs to 0.2 µs and of 5 per unit at a rise time of 1.2 µs or longer. (One per unit equals 0.8165 V L-L .)The test method and instrumentation used shall be per IEEE Std 522-1992




pu = 0.816 * VL



Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras

Las pruebas en bajo voltaje no muestran problemas




- La prueba de impulso o Surge

es la única prueba capaz de

hallar aislamiento débil entre

vueltas.

- Fases 1 y 2 se muestran sin

problemas.




- Fase 3 muestra aislamiento

débil alrededor de 1000 V.

- El problema no es un corto

entre espiras, ni un desbalance

de resistencias de bobinas.

- Unico método para detectar

aislamiento débil entre espiras.




Motor de 480 V.

60 HP

1760 RPM




- La onda de color blanca

mostró un cambio en la

frecuencia cuando se

detectó aislamiento débil

(ocurrió a los 1,490 V)


4Pruebas Dinámicas o en Línea en Motores Eléctricos


Motor

CCM

Carga

Diagnostican problemas en la línea de alimentación,motor, carga, y la interacción entre ellas

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores



Explorer 4000

•Softwares opcionales:

– VFD4000

– DC4000

– CM4000

– DT4000

– TM4000

– V4000

•EP-1000 Modulo de conexión



Calidad de Energía

Voltajes y corrientes: niveles y desbalances

Distorsión de armónicos y distorsión total

Potencias reactivas, activas y aparentes.

Desempeño del motor

Factor de servicio efectivo

Niveles de carga

Condiciones de operación

Eficiencia

Tiempo de retorno de inversión

Datos de Corrientes

Sobrecorriente

Desbalances

Sumas de corrientes

Espéctros

Barras rotas del rotor

Espectros de V/I

Armónicos

Diagrama de conexiones

Formas de ondas

ABC/Componentes SYM

Fasores



Conexión del Explorer en un Gabinete:

• Abrir el gabinete (CCM)• Conectar los TC’s y puntas de voltaje

– Voltaje máximo 1000 V.– Mayor de 1000 Voltios, conectar en el lado

secundario de los TV’s y TC’s• Tiempo de conección cerca de 4 minutos• Tiempo de prueba de 15 a 60 segundos

dependiendo de los niveles de tiempo de adquisición



Motor

CCM

Carga

Interruptor

Exp

Voltaje < 1000 V



Motor

Carga

TCs

Interruptor

Paso 1: Motor en funcionamientoPaso 2: Conectar Explorer a los TCsPaso 3: Conectar Explorer a los TVsExplorer

TVs

Voltaje > 1000 V



Conexión del modulo EP-1000:

- Se instala una sola vez

- Futuras mediciones sin abrir el gabinete

- Reconocimmiento automático del motor en la base de datos

- Tiempo de prueba de 15 a 60 segundos dependiendo de los niveles de tiempo de adquisición


Motor

TCs

Interruptor

TVs

EP

Explorer

Panel Exterior

Panel Interior


Carga



Análisis de la Calidad de Energía

- Voltajes y corrientes: niveles y desbalances

- Distorsión de armónicos y distorsión total

- Potencias reactivas, activas y aparentes.

Importancia:

- Una baja calidad de energía causa incremento de temperatura

- Por cada 10 ºC de incremento de temperatura, la vida del aislamiento se reduce a la mitad.



Desempeño del Motor:

Sobrecalentamiento del motor

Corriente Temperatura

Nominal Nominal

100% 100%

110% 121%

120% 144%




Factor de Servicio y Temperatura

Potencia

102050100200

Temperatura (C)

Carga Completa FS 1.15 FS 1.25

49 64 7756 75 9175 102 12864 80 9469 89 106

* Courtesy U S Motors



Desempeño del Motor

- Desbalance de Voltajes

- Distorsión de Armónicos

- Derateo NEMA



Valores RMS de operación Nivel de Voltaje 658.2 V 99.7%Nivel de Corriente 378.4 A 91.4%Nivel de Carga 312.6 Kw 78.1%

All OK?Desbalance de Voltaje 3.66%Distorsión de Voltaje 9.80%% demérito de NEMA 0.6F. de Servicio Efectivo 1.28



Eff. s.f. = % NEMA derating

% Load



Condiciones del Motor: Barras Rotas en el Rotor




Análisis de Transientes

Ayuda a:

- Establecer los rangos de disparos de las corrientes

- Programar los arrancadores suaves o soft starters

- Diagnosticar problemas en bombas y ventiladores



Software Análisis de Torque

- Herramienta muy útil para separar los problemas eléctricos de los mecánicos (ayuda a resolver discusiones entre mecánicos y electricistas)

- Si la señal de torque se muestra diferente a la de una señal normal, el problema se encuentra en la carga.


Software Análisis de Torque: Bomba Sumergible 4160V




Software Análisis de Torque:

Análisis Mecánico FFT

- Diagnostica problemas mecánicos

desde el CCM:

Rodamientos

Desbalance en Ventiladores

Etc.



Software Análisis de VFD (Variadores de Velocidad):

VFD:Accionamiento de faja 60 hp, 1200 rpm

Frecuencia

Voltaje

Torque

Velocidad


Software Análisis de VFD (Variadores de Velocidad):

Beneficios

•Programar accionamientos

•Análisis de cargas

•Fallas en IGBT’S

•Problemas de realimentación en accionamientos




Software de Monitoreo Contínuo:


Fallas que los equipos Baker identificarán

• Calidad de la Energía • Transformadores de bajo performance• Programación de los disparos de corriente• Problemas de conexión (Borneras, en el motor)• Deterioro del aislamiento en cables • Aislamiento débil entre espira a espira, bobina a bobina, fase a fase• Aislamiento a tierra:

DébilidadSuciedadHumedadResequedadGrietas

• Circuito del MotorCortos entre espiras, conexiones abiertasBobinas invertidasDesbalance de fases (número de vueltas odiámetros del cobre)

• Rotor Barras con rajadurasCuñas en mal estadoBarras rotasExcentricidad

• Problemas con la cargaSobrecargaProcesos

• Mecánicos RodamientosAlineamientoDesbalance de ventiladoresCorreas o fajasDesgastes en ventiladores

• Variadores de Velocidad - VFDCalidad de energíaCortos en los IGBT’sRealimentación de accionamientosInformación de procesosProgramación

• Arrancadores Suaves - Soft StartersProgramaciónCargas

• Etc.


Resúmen

•Las pruebas dinámicas proveen información acerca de las condiciones de la energía, el motor, la carga, y la interacción entre ellas (Explorer).

• Las pruebas estáticas miden la integridad del sistema de aislamiento del motor (AWA).

• Juntos representan una imagen de la salud del motor y suministran información requerida para diagnosticar y predecir eminentes fallas. Se mejora el control de calidad y la capacidad del diagnóstico de fallas.


Organizaciones que respaldan las pruebas

• IEEE 522

• IEC 34-15

• NEMA MG-1

• NFPA 70B

• EASA

Preguntas?

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