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Experiencias prácticas usando la prueba
de Tangente Delta en máquinas rotativas

La prueba de Tangente Delta, también llamada Factor de Disipación, aplicada a máquinas eléctricas, es una medida de las pérdidas dieléctricas de un sistema de aislamiento, relacionadas con la condición del mismo. Por tratarse de una evaluación del sistema completo, entrega una valoración promedio de todos los materiales presentes. Su valor puede verse influido por distintos factores, los cuales serán tratados en este artículo.

La estructura del sistema de aislación de una máquina de Media Tensión (MT) puede modelarse como un arreglo capacitivo, donde un terminal corresponde al bobinado, y el otro a la carcasa (tierra). El dieléctrico lo constituye el sistema de aislación sólido (barniz, resina, aislantes base, aislantes flexibles y cintas). Durante los ensayos de aislación fuera-de-línea, el modelo permite entender lo que sucede en los materiales (interior y superficie exterior). La Figura 1 muestra el modelo de la aislación durante las pruebas en corriente continua (CC) o corriente alterna (CA), con representación en “paralelo”.

Cuando la aislación se somete a una tensión, por esta circula una muy pequeña corriente , la cual se representa con dos componentes: una corriente capacitiva (Ic ), y una corriente resistiva (IR) debido a la conductancia transversal, la cual es la causa fundamental de las pérdidas del dieléctrico. Si la tensión es en CC, la corriente capacitiva decae con el tiempo, hasta alcanzar un valor nulo. Pero, cuando la tensión es en CA, las componentes capacitiva y resistiva permanecen en el tiempo. En este sentido, todo dieléctrico puede representarse utilizando un capacitor ideal, junto con una resistencia, los cuales pueden conectarse en serie o paralelo. En este artículo se usará la representación en paralelo para estudiar la prueba de Tangente Delta (tan d).


Prueba de Tangente Delta

Como se explicó, al aplicar una tensión en CA a la aislación, aparece una corriente que pasa por este, la cual no está completamente en cuadratura respecto de la tensión. Esto es, forma un ángulo complementario d , que muestra la Figura 2. Este ángulo aparece a causa de las pérdidas de polarización y conducción en la aislación. A frecuencia industrial (50 o 60Hz), el parámetro definido como Factor de Disipación corresponde a la tan d del ángulo de pérdidas.

En términos de las componentes de corriente y de las impedancias, el factor de disipación (DF por sus siglas en inglés) toma las siguientes formas:

Los equipos de prueba calculan la tan d midiendo la corriente usando puentes balanceados de Schering. La razón de usar la función tangente, y no el coseno (factor de potencia), es que la tangente crece a medida que el ángulo aumenta (idealmente d= 0º , es decir: IR=0 ), lo que se relaciona de manera más directa con una condición deficiente de la aislación. Una de las características de esta prueba es que debe realizarse a distintas tensiones, registrando el valor de la tan d para cada uno. Según el valor de la tensión línea-línea de la máquina (Vn), se sugiere realizar las pruebas desde 0,2 Vn hasta 1,0 Vn, con incrementos de 0,2 Vn.

Esta forma de realizar la prueba, permite establecer el concepto de “tip-up”, el cual es un parámetro adicional de diagnóstico. El tip-up es la variación de la tan d en cualquier incremento de 0,2 Vn, es decir, entre dos escalones consecutivos de tensión. Es de esperar que el valor de la tan d sea influenciada por la actividad de descargas parciales, por lo que su valor tiende a crecer, con el aumento de la tensión.

En el pasado, los límites aplicados a los valores de tan d fueron desarrollados por los fabricantes y usuarios finales. Sin embargo, hoy en día distintas organizaciones establecen los valores recomendados y métodos de prueba, los cuales se utilizan de forma extensiva. Así, según la revisión de distintas normativas, la Tabla resume los parámetros relacionados. Las normas utilizadas son preparadas por IEEE, IEC y otros organismos.

Con la prueba de tan d es posible detectar los siguientes procesos de deterioro y contaminación, que incrementarán las pérdidas dieléctricas:

Contaminación del sistema de aislamiento, incluyendo humedad.

Deterioro químico.

Daños por sobrecalentamiento.

Carbonización.


Por su parte, el parámetro tip-up es sensible a:

Inclusiones gaseosas en el sistema de aislamiento.

Daños por descargas parciales.

Calidad del proceso de impregnación en sistemas tipo resina.

Delaminación, como resultado del estrés térmico.


Finalmente, se recomienda usar el análisis de tendencia de los parámetros (en el tiempo), lo que ayudará a la detección de problemas en el sistema de aislamiento. Para ilustrar estos aspectos se presenta el siguiente caso de estudio real.


Caso de estudio

El equipo evaluado corresponde a un motor eléctrico de 255 [HP], 6,6 [kV], 8 polos, IP65/IC411, de un triturador (chancador). El mismo fue probado directamente en las dependencias del usuario, utilizando distintos ensayos dieléctricos. Las pruebas de Resistencia de Aislación, Índice de Polarización, e Impulso alcanzaron niveles adecuados, según la normativa utilizada. Por otro lado, la prueba de Descarga Dieléctrica presentó un valor por encima de lo recomendado. En el caso de la prueba de tan d el resultado lo muestra la Figura 3. Como se ve en la Figura 3, en los primeros tres escalones de tensión, el valor de la tan d estuvo por debajo del valor de 3%, lo que es altamente recomendado. Sin embargo, el cuarto y quinto escalón presentaron un salto importante, lo que hace prever que el sistema de aislación puede presentar un deterioro avanzado, o bien, contener excesiva contaminación. Como ninguno de estos dos elementos puede ser verificado con el motor armado, se sugiere programar una rutina completa de mantenimiento preventivo en el corto plazo.


Por Ing. Oscar Núñez Mata, Prof. U. de Costa Rica y Candidato a Dr.-Ing. Eléctrica U. de Chile; Ing. Julio Sepúlveda Navarro, Ferroman S.A.
Marzo 2018
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Comentarios acerca de este artículo
JESUS CHAG PI DIMACO-EI (15/10/2020)
Excelente articulo de referencia para establecer diferencia en Tan D y Factor de Potencia en pruebas de Aislamiento.
Luis Fernando Riaño Suaza Sipt ltda (11/08/2019)
Muy util para consulta rapida en campo para Ing Mecanico
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