En este artículo, discutiremos la prueba de comparación de sobretensión transitoria como un método de prueba de alto voltaje utilizado para detectar el aislamiento débil entre conductores. Después compararemos la aplicación para cada una de las metodologías de prueba.
Prueba de Comparación de sobretensión transitoria
El concepto de prueba de alto voltaje para defectos de aislamiento de vuelta ha estado presente por más de 80 años, pero sólo en aplicación práctica por más de cincuenta años. En los tiempos modernos, si un taller de reparación de motores o un fabricante motriz no utilizan la tecnología de comparación de sobretensión transitoria para confirmar la calidad de su sistema de aislamiento de vuelta, ellos no pueden cumplir con los estándares de manufactura o las especificaciones industriales. Estos incluyen el estándar ANSI/EASA AR-100 de reparación motriz emitido por la Electrical Apparatus and Service Association, Inc., (Asociación de Aparatos Eléctricos y Servicio, S.A.), El estandar NEMA MG-1 emitido por la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (National Electrical Manufacturers Association) y el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, S.A. (IEEE).
Los instrumentos de prueba de comparación de sobretensión transitoria operan mandando un impulso de alto voltaje, de subida rápida de tiempo. Cuándo el impulso es introducido a una bobina, el pico del impulso resuena basado sobre la impedancia de la bobina y un efecto de "campaneo" aparecerá en el pico del impulso. Si los impulsos son aplicados a dos o más bobinas idénticas, y los picos son vistos en un osciloscopio, el "campaneo" debe ser exactamente el mismo. Si alguno de ellos se desvía, representa una diferencia entre bobinas.
Esta tecnología opera a través de la Ley de Paschen. La definición básica es que esto guía el voltaje requerido para ionizar el espacio (gas o materia) y entonces dibuja un arco eléctrico entre las dos superficies conductivas. La escalera de Jacob es un ejemplo de la Ley de Paschen en el trabajo y a menudo fue utilizada en películas viejas de horror y ciencia ficción para mostrar una forma de arco entre dos antenas que subían a la parte superior y repetía. Cuándo ocurre una falla entre dos conductores, en cómo la energía reacciona dependerá del tipo de falla o fracaso. Al tratar con dos puntos en la atmósfera (aire), un punto de descarga parcial ocurrirá en un voltaje debajo del punto donde un arco sería dibujado. Si hay debilidad entre dos puntos en el aislamiento, la falla puede reaccionar con algún nivel de descarga parcial, o tal vez no e ir directamente a un arco. La cantidad de voltaje requerido depende de la distancia a través del punto de defecto, el material a través de la falla y en la profundidad sobre la bobina.
En máquinas más pequeñas, hay un número más grande de vueltas por bobina y por fase. Mientras el impulso de alta energía es aplicado al bobinado, se amortiguara rápidamente a través de las primeras dos a cuatro vueltas hasta cientos de vueltas por fase. En máquinas más grandes, la profundidad de penetración del impulso de alta energía variará por el diseño y el tamaño de la bobina. Esto significa que cuando el voltaje a la nueva o usada bobina es aplicado, la sobretensión transitoria no puede detectar la debilidad más allá de unas cuantas vueltas en el bobinado. Tanto las condiciones encontradas como las fallas perdidas son lo bastante frecuentes que aquellos que apoyan la tecnología y los que se oponen a la tecnología en aplicaciones de campo pueden identificar numerosos ejemplos. El usuario debe comprender que ambas situaciones son muy posibles.
Cuando ocurra una falla, pasara en un voltaje específico que se relaciona a la severidad de la falla. Típicamente, el voltaje mínimo para pasar puede encontrarse en las formulas 1 y 2
Formula 1 - Sobretensión transitoria de un bobinado nuevo
Eapp = 2E +1,000V
Donde Eapp es el voltaje Surge y E es la clasificación en la placa de identificación del motor.
Formula 2 - Sobretensión transitoria de un bobinado usado
Eapp = 0.75(2E +1,000V )
Cuándo una máquina eléctrica tiene un rotor, la posición del rotor tiene un impacto directo en la forma de la forma de ondas y será diferente para cada fase. Con un probador estándar de comparación, la posición del rotor debe ser ajustada siempre que se comparen dos bobinas en una máquina ensamblada. Nueva tecnología en estos probadores, utilizada en aplicaciones de campo, compensa electrónicamente la posición del rotor.
El tamaño y el valor del probador de comparación variará basado en el tamaño de la máquina que será probada. Comúnmente si hay varios motores de voltaje medio que serán probados, hasta de 6.000 Vac, un probador con un límite de voltaje de 12.000 V es utilizado. Si todos los motores para ser probados son valorados bajo 600 Vac, nuevos probadores están disponibles con un límite superior de 2.000 V.
Análisis de bobinado con la prueba de comparación
Cuándo una bobina es evaluada, y está nueva y en buena condición, las formas de ondas asociadas con la condición de la máquina serán idénticas entre fases cuando electrónicamente es compensado. De hecho, una nueva bobina a menudo puede tener voltajes aplicados muchas veces los valores máximos calculados ya sea por la fórmula 1 o la 2 sin degradar el sistema de aislamiento. No es hasta que la energía cruza entre los conductores que cualquier daño latente, o degradación acelerada, pueda ocurrir.
A consecuencia del daño potencial que puede ocurrir cuándo se encuentra la debilidad, los más nuevos probadores digitales monitorean por el punto donde la descarga parcial ocurre, que, a la vista, sería una forma de ondas inestable de carga. Esto es muy importante ya que los probadores anteriores se basaban de la operación del usuario, como es mostrado en la Figura 3, que ilustra a un operario humano que utiliza un probador de comparación en un sistema de aislamiento que fallo. El punto del defecto es mostrado en la Figura 2 que era un profundo corto de fase a fase que era observable al operario antes de la aplicación de carga. La carga fue aplicada repetidas veces al bobinado y se paro tan pronto como había cualquier desviación a la forma de ondas que, al ojo humano, sólo ocurrió cuando se formo el arco.
Los probadores digitales de reciente tecnología son diseñados para evitar este tipo de situación identificando la variación en la forma de ondas antes de que se dibuje el arco. Esto reduce los casos donde el descubrimiento de debilidad de aislamiento causa fallas inmediatas.
Probador Baker AWA
Dos de los instrumentos digitales principales son el instrumentos de Electrom TIG y el Analizador Avanzado de Bobina (AWA por sus siglas en ingles). Con el AWA que proporciona un valor tendenciable de fase a fase, nosotros cubriremos ese instrumento en este artículo.
Hay dos modelos primarios, el AWA IV que tiene un límite de 12,000 Voltios e incluye un probador incorporado de comparación de surge, índice de polarización, DC Hi-Pot, resistencia de aislamiento y prueba de resistencia de bobina. Esta unidad pesa 19 kilogramos y requiere un tomacorriente. El AWA II es una solución para los usuarios de motores eléctricos más pequeños e incluye las mismas pruebas con un límite de 2150 Voltios. Esta unidad pesa poco más de 8 kilogramos y también requiere un tomacorriente. Contienen un software para tendencia, salva los archivos y cuenta con localización de fallas.
Comparación de Tecnologías
Ha habido una larga batalla de artículos por los fabricantes de analizadores de alto y bajo voltaje. Para ir directo al grano, la palabrería es presentada de tal manera que los reclamos de uno al otro no es o efectiva o incapaz de vivir de acuerdo a los reclamos del fabricante. Estas discusiones son, simplemente, mercadeo - como los usuarios de cada una de las tecnologías atestiguarán.
A continuación se presenta un resumen corto de las fuerzas de cada una de las capacidades de las tecnologías primarias (por orden alfabético):
• ALL-TEST Pro, LLC: Fabricante de los Analizadores ALL-TEST IV PRO 2000 y ALL-TEST PRO 31. Ambos son instrumentos portátiles de mano que se enfocan en evaluar la degradación del aislamiento, la contaminación, localización de fallas del aislamiento y prueba de rotor. Mientras que cada uno incluye un probador de aislamiento a tierra, este no es su principal objetivo. El ALL-TEST IV PRO 2000 guarda los datos en la memoria que puede ser cargada y descargado al software que proporciona análisis de datos y tendencia. Requiere un nivel mínimo de capacitación para el uso exitoso.
• Baker Instruments: Fabricante de los instrumentos de prueba de comparación de surge, incluyendo el AWA II y el AWA IV. El software incorporado proporciona capacidad de tendencionar con un enfoque en la debilidad de aislamiento debido a defectos de aislamiento y desgaste. La capacidad de prueba de resistencia de aislamiento también desarrolla la prueba de debilidad de aislamiento a tierra y con los límites incorporados proporciona un aumento de nivel de protección automática que está diseñado para reducir la oportunidad de daño y parar probar si un defecto es detectado lo suficientemente prematuro.
• PdMA Corp.: Fabricante del Instrumento MCE el cual es portátil e incluye una laptop. El enfoque de este instrumento incluye prueba de aislamiento a tierra, contaminación de bobina y prueba de rotor con la capacidad de detectar defectos de aislamiento de vuelta en su etapa avanzada. Este instrumento requiere un nivel medio de capacitación y de experiencia para el uso exitoso. Todos tienen la capacidad de prueba de motores de inducción AC del centro motriz de control, desconectado o directamente en el motor. Cada uno detectará defectos en los cables, así como fallas de la bobina del motor y también cada uno detectará defectos de aislamiento en el avance del fracaso.
Conclusión
El Análisis avanzado de localización de fallas de las bobinas y las técnicas de tendencia para las pruebas de insulación en maquinas eléctricas son muy importantes para mejorar la confiabilidad de las empresas en los ramos industrial, comercial, de manufactura y de servicios. Actualmente, hay tres principales tecnologías de diagnóstico, fuera de línea para motores, incluyendo: ALLTEST Pro, Baker Instruments y PdMA. Cada una de las tecnologías tiene sus propias fuerzas y capacidades específicas que deben ser seleccionadas basándose sobre las necesidades particulares de la planta.
El propósito de estos últimos dos artículos, ha sido el de resumir los conceptos básicos de cada tecnología y sus fuerzas y consideraciones específicas.
Howard W. Penrose, Ph.D., CMRP, es Presidente de SUCCESS by DESIGN, una firma de servicios de confiabilidad y consultoría ubicada en Old Saybrook, CT, EEUU.