Limitación de la temperatura en las máquinas eléctricas

 

Diferentes tipos de aislamiento empleados en los bobinados de máquinas eléctricas

 

Limitación de la temperatura en las máquinas eléctricas

Para evitar que los aislamientos pierdan parcial o totalmente sus propiedades aislantes a causa del calentamiento, se fijan límites de temperatura en las diferentes partes que constituyen las máquinas eléctricas.

Los materiales aislantes empleados para aplicaciones electrotécnicas, en general y, más particularmente, para bobinados de máquinas eléctricas, se clasifican principalmente según su temperatura máxima de funcionamiento, es decir, la temperatura limite por encima de la cual no se puede garantizar que el aislante conserve sus propiedades dieléctricas. Según los trabajos de la Comisión Electrotécnica Internacional, publicados en 1957 y adoptados por la Asociación Electrotécnica Española, los materiales aislantes se agrupan en las siguientes clases:

Clase Y (temperatura máxima de funcionamiento, 90° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, sin impregnación. Se pueden incluir también otros materiales si la experiencia o ensayos de reconocida garantía demuestran que pueden funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento anteriormente indicada.

Clase A (temperatura máxima de funcionamiento, 105° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, cuando están convenientemente impregnados y cuando están sumergidos en un dieléctrico tal como aceite. Un aislamiento se considera impregnado, cuando una sustancia apropiada (por ejemplo, un barniz aislante) sustituye al aire entre las fibras del material, incluso si esta sustancia no rellena completamente los huecos que quedan entre los conductores aislados.

Clase E (temperatura máxima de funcionamiento, 120°C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales que, por la experiencia o por ensayos de reconocida garantía, demuestran que pueden funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento anteriormente indicada, o bien que su estabilidad térmica permite su empleo a una temperatura superior en 15°C a la de los materiales de la clase A.

Clase B (temperatura máxima de funcionamiento, 130° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, amianto, etc., con aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos como los anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han demostrado que pueden funcionar a la temperatura límite anteriormente indicada (130'C). Clase F (temperatura máxima de funcionamiento, 155°C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, amianto, etc. con aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos como los anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han demostrado que pueden funcionar a la temperatura limite anteriormente indicada (155°C) o bien que su estabilidad térmica permite Su empleo a una temperatura superior en 25° C a la de los materiales de la clase B. Cate H (temperatura máxima de funcionamiento, 180°C). Aislamiento constituido por materiales tales como compuestos de siliconas, o de asociaciones de materiales como mica, fibra de vidrio, amianto, etcétera, con aglomerantes adecuados, tales como resinas de siliconas apropiadas. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de garantía demuestran que pueden emplearse a la temperatura máxima de funcionamiento indicada anteriormente (180° C). Clase C (temperatura máxima de funcionamiento, superior a 180° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales, tales como mica, porcelana, cuarzo y vidrio con o sin aglomerante inorgánico. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de reconocida garantía demuestran que pueden emplearse a temperaturas superiores a 180°C. En esta clase, un material, o asociaciones de materiales determinados, tendrá un límite de temperatura que dependerá de sus propiedades físicas, químicas o eléctricas.

En la tabla siguiente, y como complemento, se exponen algunos de los materiales aislantes empleados en las máquinas eléctricas, con indicación de la clase térmica a que pertenecen. Los materiales aislantes se han clasificado bajo límites de temperatura que darán una vida aceptable (de 15 a 20 años para una máquina eléctrica), en las condiciones de empleo generalmente encontradas en la industria. Sin embargo, la duración de la vida real en servicio depende de las condiciones particulares de funcionamiento, que son muy variables y dependen, esencialmente, de las condiciones ambientales, de los ciclos de funcionamiento y del tipo de máquina empleada (abierta, cerrada, protegida, etc.).

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES AISLANTES EMPLEADOS EN LOS BOBINADOS DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Además, la duración de vida aceptable en servicio varía mucho según la importancia relativa del peso, de la seguridad de funcionamiento, de la duración de tiempo prevista para la utilización del material, y de otras consideraciones económicas. Como complemento de la tabla anterior, a continuación, se exponen las temperaturas admisibles en las máquinas eléctricas, según las clases de aislamiento utilizado, según las normas alemanas VDE y suponiendo una temperatura ambiente máxima de 40°C.

 

TEMPERATURAS ADMISIBLES SEGÚN LA CLASE DE AISLAMIENTO

Para el manejo de la tabla anterior, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

a)       los valores de la columna 4 se obtienen sumando los correspondientes a las columnas 2 y 3.

b)      los valores de la columna 5 exceden a los de la columna 4 entre 5 y 15°C.

c)      los datos más interesantes para el bobinador son los de las columnas 3 y 4, donde se expresan los valores medios a que pueden llegar como límite, las temperaturas de los bobinados en servicio.

d)  la columna 3 sirve de referencia para el ensayo de máquinas eléctricas. Si el cálculo del calentamiento se ha realizado tomando como base los datos de la columna 4, los valores de la columna 3 quedan garantizados mientras la temperatura ambiente no rebase los valores expresados en la columna 2.

e)    los datos de la columna 5, han de tenerse en cuenta para evitar puntos calientes con insuficiente refrigeración.

Finalmente, en la tabla que sigue a continuación, se expresan los valores característicos del cobre a las temperaturas admitidas según las distintas clases de materiales aislantes.

 

 

CARACTERÍSTICAS DEL COBRE A LAS TEMPERATURAS ADMISIBLES EN LAS DIFERENTES CLASES DE AISLAMIENTO