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Monitoreo de condición
en el aislamiento de máquinas rotativas de Media Tensión
Por Óscar Núñez M., Profesor U de CR, Estudiante de Dr.-Ing. Eléctrica U de Chile; y Julio Sepúlveda N., Gerente de Operaciones en Ferroman S.A.
A través del monitoreo de condición del aislamiento de un motor, se puede evaluar el desarrollo o formación de defectos, así como su tamaño o dimensión, para dar seguimiento a su crecimiento y eventual impacto en otras partes de la máquina.

El monitoreo de condición en máquinas eléctricas de Media Tensión (MT) ha ganado gran aceptación, ya que, por medio de un conjunto de pruebas, permite establecer el estado de un motor/generador, lo que puede apoyar la toma de decisiones. Con esto se busca minimizar los riesgos de fallas, que no se extiendan a otros sistemas dentro de la planta, y extender la vida útil de la máquina.

Con el monitoreo de condición en máquinas eléctricas de MT se puede programar lo siguiente: solicitar partes de repuestos con anticipación, programar la mano de obra, y planificar otras reparaciones. Sin embargo, hay evidencia estadística internacional de que la identificación de fallas o defectos no se realiza correctamente y no se están encontrando durante las pruebas de mantención.


Revisión de estudios de fallas

Estudios de fallas realizados en máquinas de MT por IEEE y EPRI (Electric Power Research Institute, de EE.UU.), han encontrado que la distribución de fallas es así: 40-50% del total corresponden a fallas en rodamientos (descansos); cerca del 30% se presentan en el devanado de estator; 20-30% en otras partes de la máquina. Esto significa que entre el 70-80% de las fallas se presentan en el conjunto rodamiento+estator. También se logró demostrar que cerca del 60% de las fallas reportadas en rodamientos fueron descubiertas en ensayos durante las pruebas predictivas. Sin embargo, en el caso del estator, solo un 8% de las fallas se encontraron en las rutinas de pruebas.

Se nota de este modo la enorme brecha entre la eficacia de las pruebas para evaluar los rodamientos (principalmente ensayos de vibración), y las realizadas en el diagnóstico del estator. Evidentemente, se requieren mejoras en lo siguiente: i) los criterios de evaluación para la detección de problemas; ii) las herramientas y equipos con que se prueban las máquinas; finalmente, iii) trabajar según normas y procedimientos de organismos reconocidos. Todo esto producirá mejoras en la pericia de los analistas, que en ocasiones omiten posibles modos de falla por desconocimiento.


Monitoreo de condición y diagnóstico de falla

El monitoreo de condición tiene como objetivo central el diagnóstico del sistema técnico en evaluación, en este caso, la máquina de MT, la cual está formada por distintos componentes. En esto, es esencial evaluar el desarrollo o formación de defectos, así como el tamaño o dimensión de dichos defectos, para dar seguimiento a su crecimiento, y también para ver cómo estos pueden degradar otras partes de la máquina.

El resultado final será la caracterización y comprensión del comportamiento del defecto encontrado, que afecta el desempeño del sistema completo. Para lograr este objetivo mayor, se requiere el concurso de distintas disciplinas técnicas, que en conjunto aportan para una mejor compresión de la evolución del defecto, que puede llegar a una falla catastrófica, si no se efectúan medidas preventivas o correctivas.

Tabla 1. Resumen de las técnicas de ensayos dieléctricos en Media Tensión.

Técnicas de evaluación de estator

Cualquier problema que se presenta en el sistema de aislación de la máquina eléctrica es producido por dos mecanismos, que operan de forma individual o en conjunto, estos son: polarización y conducción. En primer lugar, el fenómeno de la polarización se relaciona con la característica de los materiales aislantes de tener muy pocas cargas libres, siendo ellas de tipo ligadas, formando partículas llamadas dipolos. Los dipolos tienen la posibilidad de girar o desplazarse levemente de su posición, pero sin moverse como las cargas libres. La polarización se ve afectada por lo siguiente: las descargas parciales, envejecimiento, arcos, oxidación, contaminantes como lubricantes y químicos, productos corrosivos, calor, y humedad.

En tanto, la conducción se relaciona con el movimiento de cargas por el aislante, lo cual se ve afectado por: la humedad y los contaminantes (como el carbón, partículas metálicas o fibras naturales) que forman caminos de fuga por medio de los materiales aislantes. Para detectar la presencia de este tipo de mecanismos, que operan la mayoría de veces de manera “silenciosa”, el personal de mantención tiene a su disposición una serie de ensayos que se resumen en la tabla 1.


Estudio de caso

Se trata de un motor de MT, 4.16kV, 10 polos. Esta máquina presentó problemas tras unos meses de operación. Los ensayos realizados fueron: IR, PI, Surge y Tand,, sin tener historial de base. Los resultados fueron los siguientes:

1. IR/PI:

RI1 min: 1,28 GO @ 40°C
RI10 min: 6,54 GO @ 40°C
PI: 5,1.

Figura 1. Prueba de resistencia de aislación en CC.

2. Impulso:

Figura 2. Prueba de Surge.

3. Tand y Tip Up:

Figura 3. Prueba de Tand y Tip Up.

Análisis
Figura 4. Muestra del devanado con falta de resina.

Al revisar los datos, los valores de IR y PI están según la normativa, y se pueden considerar normales. No obstante, al usar otras variables, por ejemplo, la razón de absorción, se esperaría magnitudes mayores de este parámetro para un aislamiento tipo Mica-Epóxico, a pesar de satisfacer la norma IEEE 43. Asimismo, la prueba de Surge no se deja ver nada que pueda indicar algún defecto incipiente. Sin embargo, el factor de disipación hay que mirarlo con mayor detenimiento, puesto que en general todo va bien hasta el último Tip Up, el cual tiene algo que decir. Se aprecia que es la única variable que se incrementa anormalmente.

Dicha condición podría ser asociada a descargas parciales internas, en virtud de la existencia de vacuolas entre capas del aislamiento y delaminación. Las investigaciones posteriores, una vez desarmada la máquina, determinaron que el bobinado no era original y carecía de impregnación adecuada (ver Figura 4). Fue solo por medio del ensayo de Tip Up que se logró detectar con claridad el problema.

Agosto 2016
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