ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN MAQUINAS ELECTRICAS
Ensayos DC
Se estudia la resistencia de la pared del aislante y el índice de polarización. Son útiles como indicadores del grado de contaminación y de humedad al que están expuestos los devanados. Son de fácil ejecución y de gran utilidad (3.1)
Tangente de pérdidas
Una de las razones para medir el factor de disipación es la información que porporciona el grado de curado de la resina aglomerante. El incremento de la tangente de pérdidas se usa en la producción de motores para medir la cantidad de huecos en el aislante. Cuando la resina está bien curada la tangente de pérdidas apenas crece con la tensión aplicada. En bobinados con asfalto, los huecos y la deslaminación son más frecuentes. Las técnicas de hoy en día utilizan resinas con procesos de curado más precisos que disminuyen la cantidad y el tamaño de los huecos. Con este test, se obtienen valores que permiten verificar el control del proceso. En (A4, 9) se adjunta la norma UNE que utilizan los fabricantes de motores españoles para certificar la calidad del aislamiento en una máquina rotativa comprendida entre 5 y 24 kV con una potencia asignada superior a 5 MVA en generadores y 5 MW en motores. Se distinguen dos casos:
· Ensayo de barras y bobinas individualmente. Se explican todas las condiciones necesarias para certificación del fabricante del motor: tensión aplicada, medidas de la tangente de pérdidas, valores permitidos de ésta. En (A4, 9 Parte A) se explica también la forma de ensayar dos bobinas elegidas aleatoriamente.
· Ensayo para el caso de máquinas en las cuales las bobinas están endurecidas y no pueden extraerse, o simplemente porque es muy difícil de desenganchar las bobinas entre sí. Se comenta que lo adecuado es tomar una bobina que halla seguido un proceso de fabricación idéntico a las otras y colocarlo sobre una falsa ranura que simule el estator (A4, 9 Parte B).
Ensayos de ondas de choque
Se utilizan para evaluar la integridad de los aislantes entre espiras. Se aplican picos de tensión elevados y si existe alguna zona peligrosa entonces ésta fallará, es decir en cierta forma este ensayo es destructivo. Aquellas bobinas que estén a punto de producir el cortocircuito, serán atravesadas por el pico de tensión que acabará produciendo el fallo, que se verá reflejado en la pantalla del osciloscopio.
Se conoce que los picos de tensión afectan la vida del aislante. Con la presencia de huecos y de materiales sensibles al efecto corona se producen descargas parciales en estos picos de tensión.
Con las nuevas tendencias hacia motores de velocidad variable en motores y generadores, este tipo de test se está cada vez haciendo más importante. Se recoge un estándar IEEE 522.
Mucho del estudio que se realiza ahora se basa en la mejora de las cualidades del aislante ante este ensayo. (3.3)
Descargas parciales
Existe un intenso estudio sobre este fenómeno, reflejado en la gran cantidad de artículos que tratan sobre el tema. Es un problema que afecta a todos aquellos componentes que trabajen con una tensión del orden de los kV. Por eso en algunos centros de investigación europeos se tiene un área dedicado exclusivamente al estudio de las descargas parciales en equipos de alta tensión: transformadores, máquinas eléctricas, cables de distribución, interruptores de potencia…
Es un parámetro que permite localizar errores puntuales en el interior del devanado, este ensayo se considera fundamental en el análisis del aislante de un motor. En la fabricación se utiliza un método de medición off-line. (3.4)
Este tipo de ensayos, como es lógico, sólo los usan los fabricantes. Muchos clientes los piden, aunque a veces son innecesarios.
Se aísla una barra que haya seguido un proceso de fabricación similar, mejor aún si es idéntico. Se ensaya en un modelo preparado al efecto que simula el efecto de la ranura del motor. Las condiciones del ensayo conducen a la destrucción del aislante.
Ensayo de tensión de ruptura
Se aumenta la tensión aplicada al aislante progresivamente. Llega un momento en el que la corriente que circula a través del aislamiento aumenta rápidamente (corriente de avalancha). En este momento se dice que el material ha alcanzado su límite dieléctrico, punto muy cercano a la ruptura del dieléctrico.
Se suele seguir el estándar IEEE 1043 en el que se explican los pasos a dar para realizar este tipo de ensayos en máquinas alimentadas entre 6.9 y 26 kV. Se especifican las condiciones del ensayo: temperatura (90-120ºC), tiempo mínimo que tiene que soportar la máxima tensión, núcleo del motor… Por ejemplo para el caso de una máquina a 13,9 kV de tensión nominal la tensión que se considera como la tensión de resistencia es de 35 kV durante 35 horas o sino 30 kV durante 400 horas. Bajo condiciones de temperatura constante este ensayo sigue una curva del tipo:
t= k*e (1.1)
Donde:
· E es la tensión última antes de producirse el fallo. [kV]
· t: tiempo hasta que se produzca el fallo. [horas]
En condiciones normales de funcionamiento las zonas de salida de ranura trabajan a un nivel de estrés mayor. Con este ensayo las zonas de ranura serán las que más sufran, sobre todo debido a las altas temperaturas que se alcanzan.
La comunidad científica no está del todo de acuerdo. Existen partidarios de este test, que alegan que si el bobinado aguanta una serie de horas en un test de alta tensión, éste será capaz de soportar el efecto corona en el sistema por lo menos para asegurar la vida por encima del periodo de garantía. Otros dicen que no se puede extrapolar las medidas alcanzadas con éste test a las condiciones de estrés normales que se producen. Superar una tensión determinada depende de una función probabilística. Esto conlleva al desarrollo de aislantes con mayor espesor, para que soporten un alto riesgo de fallo, prácticamente imposible de darse. Este sobredimensionamiento reduce la eficiencia de la máquina al reducir el diámetro de las barras conductoras.
En todo caso está comprobado que un sistema que tiene una curva muy suave debería soportar más tiempo que un sistema con una curva característica con tendencia más fuerte. Los fabricantes lo seguirán utilizando, mientras aparezca algún otro test que asegure al cliente la calidad de su máquina. Se ha demostrado que barras que fallen a un nivel normal de tensión no tienen defectos, sin embargo, aquellas que aguanten tiempos muy cortos, casi siempre presentan defectos importantes.
Se define como tensión de ruptura residual en t (años) la relación entre la tensión de ruptura cuando ha pasado un tiempo t (años) y la tensión de ruptura que tenía inicialmente el aislante.
Ciclos de estrés múltiples
Varias formas de combinar los distintos factores que afectan al devanado. Un ejemplo podría ser el siguiente, que se presenta con el nombre de “formette testing”. Se colocan los bobinados en ranuras de modelos que simulan el estator. Se colocan tres muestras en el horno donde son tratadas a temperaturas muy altas. Después se colocan en una banca donde se les aplica vibraciones para que rompa el aislante. Una vez superado el paso anterior, se colocan las bobinas en una cámara con una humedad relativa del 100% (condensación) donde se les aplica alta tensión. El ciclo se repite hasta que se produzca el fallo. Los datos obtenidos de este test se comparan con otros obtenidos de modelos con buenas características.
Ciclos térmicos
Se mide primero las características del bobinado ensayado. Luego las muestras sufren ciclos de calentamiento y enfriamiento y se miden de nuevo las características físicas del aislante.
Un sistema se considera no apto si las propiedades se degradan muy rápidamente o no son estables con el número de ciclos aplicados. Es un test caro y que requiere mucho tiempo. Puede llevar de 8 a 12 semanas en completar 500 ciclos. Esto hace que su uso sea restringido en los turbo generadores y motores de alta tensión. Además tampoco se reproducen fielmente las condiciones de la ranura. El calentamiento se realiza con la aplicación de corrientes que habrán de medirse con amperímetros que soporten temperaturas elevadas.
Según se cita en [4] parece que este método en 1995 estaba en auge y era especificado por los compradores de manera indiscriminada ya que depende más del sistema de diseño que del proceso de fabricación.
Existen dos estándares, IEEE 432-1992 para máquinas desde los 5 hp hasta los 10000 hp y el IEEE 1107-1996 para máquinas con bobinados “random-wound”.
0 comentarios