●
Medición del factor de pérdidas
dieléctricas y de la capacidad
Medición
del factor de pérdidas (tangente delta) así como la
capacidad del devanado en función de la tensión aplicada (fig. 6).
Figura 6
Su
utilidad consiste en hacer posible un juicio del estado dieléctrico del
aislamiento, cuyos resultados nos permiten obtener información sobre el estado
general del devanado, como defectos de protección contra efluvios, falta de
homogeneidad en el aislamiento y descargas internas por efluvios.
Figura 7: Análisis de tangente delta
Para
la medición de aplica al devanado una tensión alterna escalonada y mediante un
puente de medición y un condensador patrón se determina el factor de pérdidas
tang δ así como la capacidad del devanado en función de
la tensión. Se valora la forma de curva de tang δ así como los diferentes valores característicos (valor
inicial de tang δ, incrementos
máximos, capacidad de los devanados, etc.). El valor obtenido a 0,1 Un. nos
indica el estado de la pintura antiefluvios y el grado de endurecimiento del
aglomerante del aislamiento, mientras que el incremento de valores por escalón
de tensión junto con la capacidad, nos proporciona información sobre la
homogeneidad del aislamiento.
Figura 8: Análisis de la capacitancia
Durante
este ensayo también se hace una evaluación cualitativa del nivel de descargas
que son detectadas además de efectuar un análisis espectral que ayuda a
determinar donde se producen las descargas (fig. 9).
Figura 9
●
Medición de la corriente de carga y
descarga del rotor
Medición
de la corriente de carga y descarga del conjunto de los devanados rotóricos
aplicando una tensión continua y estabilizada de 500 V.
●
Medición resistencia de aislamiento
Medición
de la resistencia de aislamiento de elementos tales como Excitatriz, Pt 100
etc.
Hay
que remarcar que, en base a la experiencia acumulada en varios centenares de ensayos,
se puede demostrar claramente, en contraposición a las dudas que se han manifestado
con bastante frecuencia, que, cuando el estado del devanado es normal, no se
produce ningún tipo de daño en el mismo, dado que las solicitaciones durante
los ensayos son relativamente bajas.
A
pesar de los esfuerzos realizados, no ha sido posible encontrar hasta ahora,
una magnitud característica que varíe claramente en función del tiempo de
explotación, de forma que puedan sacarse conclusiones, a partir de la misma,
con respecto al estado del aislamiento, es por lo que es necesario efectuar las
diferentes medidas que hemos enumerado los diferentes resultados obtenidos
relacionados con los valores empíricos de investigación en laboratorio y la
comparación estadística con los cientos de máquinas ensayadas, que permitirán
elaborar un diagnóstico fiable.
Por
ello los resultados de cada ensayo pueden ser procesados y evaluados en el
mismo momento, pudiendo dar un diagnóstico puntual del estado del devanado.
Pero a continuación y antes de elaborar el diagnóstico definitivo, estos datos
son transmitidos al banco de datos, donde son comparados estadísticamente con
cientos de máquinas de distintos tipos y marcas, lo que permite elaborar un
informe completo del estado actual y cuál es su tendencia.
Consideraciones
de los diferentes tipos de aislamiento:
Los
antiguos aislamientos a base de mica y asfalto presentaban un comportamiento
termoplástico con la temperatura, que tienden a una separación de las capas,
con las consiguientes oclusiones de aire, lo que provoca unas fuertes descargas
parciales que con el tiempo provocan las destrucción del aislante; este
fenómeno se puede detectar mediante la medición de la tang δ, cuando aparecieron los nuevos tipos de
aislamiento con resinas sintéticas e impregnación de bobinas VPI y más tarde,
impregnación VPI del conjunto bobinas-paquete. Se pensaba que el fenómeno anteriormente
descrito no sucedería, ahora bien, la experiencia acumulada a base de muchos
ensayos en máquinas VPI, permite afirmar que aunque realmente el fenómeno
descrito anteriormente ocurre pocas veces, se han detectado otro tipo de
fenómenos tales como abrasión de las bobinas debido a vibraciones, despolimerización,
elevadas descargas en ranuras etc., que antiguamente no ocurrían, por lo que la
medición de tang δ sigue siendo muy
importante a la hora de evaluar el estado de un aislamiento.
Patrones de
descargas parciales:
(Patrones
indicados en IEC 60034-27)
Figura 10: Descargas al final
del bobinado
Descargas en la unión del
revestimiento de la ranura conductora y el revestimiento aislante debido a las
inadecuadas propiedades de la interfaz
Figura 11: Descargas por delaminación
Descargas por delaminación
entre el aislamiento principal y el conductor de cobre
Figura 12: Descargas internas
Descargas internas dentro de
cavidades en el aislamiento principal
Figura 13: Descargas en ranuras
Descargas en las ranuras del
entrehierro entre el núcleo laminado del estator y los bordes de las barras del
estator
Ensayos
complementarios
●
Medición resistencias óhmicas
Medición
de la resistencia óhmica de los devanados y PT100.
●
Medición de capacidad a dos frecuencias
En
este ensayo se miden la capacidad de los devanados a dos frecuencias distintas
para ello se aplica una señal baja.
●
Medición inductancia a dos frecuencias
En
este ensayo se miden la inductancia de los devanados a dos frecuencias
distintas para ello se aplica una señal baja.
Los
ensayos que vienen a continuación solamente se realizan cuando las condiciones
de accesibilidad del alternador lo permiten. En el caso de no realizarse estos
ensayos se efectuarían durante la revisión principal del alternador.
●
Medición impedancia y equilibrio de polos
En
este ensayo se miden la impedancia de los polos así como el equilibrio de
tensiones que hay entre ellos.
●
Resistencias de calefacción
Medición
de resistencia óhmica y de aislamiento. Así como el consumo durante el funcionamiento
normal del alternador.
Inspección visual
Dentro
de la diagnosis eléctrica, la inspección visual está en un segundo plano ya que
al minimizar el tiempo de parada de máquina, la inspección visual no puede
realizarse de una forma completa pues durante el tiempo de la realización de la
diagnosis sólo serán accesibles parte de los diversos elementos del alternador
ya que el mismo no será desmontado. En función de la accesibilidad del
alternador los puntos a inspeccionar a máquina montada serán:
●
Comprobación
del estado de limpieza de elementos de la máquina
●
Comprobación
amarres y soportes devanados.
●
Inspección visual
del estado superficial de los aislamientos así como del barniz.
●
Inspección
visual del estado de la chapa magnética.
●
Inspección
visual del estado de los soportes de apriete de la chapa.
●
Inspección
visual del estado de filtros y sellos.
●
Inspección visual
del estado de los ventiladores.
●
Inspección
visual del estado de las bornas de salida.
●
Comprobación
par de apriete de terminales de salida.
Figura 14: Detección de fallos durante inspección normal
(Fuente IEEE)
Pruebas dinámicas
Hay
una serie de pruebas de carácter dinámico que solamente se realizan en aquellas
máquinas que no disponen de una moderna monitorización o bien cuando la
monitorización avisa de la aparición de un valor por encima de lo consignado.
También se realizan las pruebas a fin de contrastar los sensores y el software
de la monitorización. Estas pruebas son:
●
Ventilación
Medición
de temperatura y caudal del aire de entrada y salida.
● Rodamientos
Medición
de los parámetros dinámicos característicos
●
Análisis de vibraciones
Las
vibraciones de piezas importantes sometidas a grandes esfuerzos, nos indican
muy exactamente, el estado mecánico, o bien, las fuerzas que actúan sobre el
sistema mecánico.
En
base a las mediciones y a los análisis de las mismas a intervalos prefijados,
nos permite determinar el estado en un momento dado y detectar los cambios en
función del tiempo; es por esta razón que, la medición básica o
"fingerprint" es de una enorme importancia como método de
diagnóstico. Por tanto la medición básica debe efectuarse en un estado bien
definido y que se estima como bueno, efectuándose mediciones del espectro de
frecuencias a distintos estados de servicio (vacío, excitada, diversos estados
de carga, etc.).
Todos
los datos obtenidos, empezando por los básicos, se procesan, lo que permite
efectuar en cualquier momento un estudio comparativo.
Programación de diagnosis
La
primera diagnosis considera de manera especial las variaciones que se presentan
en el relativamente corto tiempo de funcionamiento, comprendido entre el
momento de la puesta en servicio hasta el final del primer o segundo año de
servicio.
Es
recomendable efectuarla debido a que los materiales sintéticos y aislantes
utilizados en la construcción del alternador tienen la tendencia a fluir bajo
la acción de la presión y la temperatura, especialmente poco después de la
puesta en servicio. Los fenómenos de asentamiento o aflojamiento debidos a
esto, pueden eliminarse en el marco de la primera revisión; con lo que los
defectos inherentes a la fabricación, montaje o primera ejecución podrán
detectarse y eliminarse a tiempo.
De
los parámetros obtenidos de esta primera diagnosis se puede establecer cuando
se hará la próxima. Normalmente si no se ha detectado nada, se suele aconsejar
realizar otra transcurridos dos años y así sucesivamente hasta llegar a plazos
de cuatro o cinco años, tal como está ocurriendo actualmente en máquinas de las
que se dispone de datos de diagnosis desde los años ochenta.
Es
bastante normal que cuando se monta una instalación se establezca un programa
de mantenimiento donde se indiquen todas las revisiones y operaciones de
mantenimiento a realizar durante los próximos años. En estos casos es admisible
planificar una estrategia de mantenimiento en función del tiempo y de forma
periódica. Aunque las condiciones de cada planta son muy particulares se puede
establecer como guía para el mantenimiento del alternador el siguiente
programa.
Revisión inicial
Se
recomienda efectuarla en el período de tiempo comprendido entre el momento de
la puesta en servicio hasta el final del primer o segundo año de servicio.
Las
operaciones a realizar serían una diagnosis de devanados.
Revisión intermedia
Se
recomienda efectuarla en el período de tiempo comprendido entre las 10.000 y
20.000 horas.
Las
operaciones a realizar serían una diagnosis de devanados.
Revisión principal
Se
recomienda efectuarla cada 40.000 horas o cada cuatro años.
Una
revisión principal comprende esencialmente los trabajos siguientes:
- Extracción del rotor generador
- Diagnosis de devanados
- Control de los cojinetes.
- Inspección del rotor y del devanado del estator.
- Control del acuñado de las ranuras, bandajes, conexiones, empalmes derivaciones y aisladores pasantes.
- Control del cuerpo de chapa del estator con respecto al prensado, daños o piezas oscilantes o daños térmicos.
- Control de la rueda polar con respecto a daños térmicos o mecánicos; acuñado del cuerpo polar y de los devanados de los polos.
- Limpieza.
Figura 15: Detección de fallos durante el mantenimiento o
ensayos (Fuente IEEE)
Ensayos especiales a realizar
durante la revisión principal
●
Medición aislamiento de cojinetes
Consiste
en medir la resistencia de aislamiento a 500 V.
●
Mapa de cuñas
El
método más utilizado, está basado en el antiguo sistema de golpear a mano con
un martillo y consiste en un martillo excitado electromagnéticamente y un
captador de las vibraciones de las cuñas, la señal captada es recogida por un
ordenador haciendo el control de forma continua a lo largo de la ranura e
identificando el número de ranura y los tramos de cuña que hay en toda la
longitud. Los resultados son registrados y procesados, permitiendo seguir la
evolución de la calidad del acuñado.
●
Ensayo de puntos calientes
Las
averías en el paquete de chapas, pueden producirse por distintos motivos:
- Entrada de un cuerpo extraño.
- Paquete flojo, cuya vibración puede destruir el aislamiento entre chapas.
- Destrucción por el tiempo y la temperatura del aislamiento.
Como
es lógico, si se produce una deficiencia en el aislamiento o un golpe fuerte en
la superficie, las chapas quedan cortocircuitadas y los efectos del flujo
magnético producen en esta zona un foco de calor local muy importante que,
irremisiblemente producirá daños en el devanado y chapa.
Teniendo
en cuenta las dimensiones de los pequeños alternadores, para determinar el estado
de la chapa, es suficiente con inducir un flujo en el paquete mediante una
bobina de inducción de varias espiras formada por un cable múltiple y con un
consumo muy reducido (max. 16 A).
Una
vez inducido el flujo mediante técnicas termográficas se buscan los posibles
puntos calientes. Las tomas termográficas aparte de mostrar puntos calientes,
permiten obtener la "fingerprint" térmica característica del paquete
magnético lo que permite estudiar su evolución en el tiempo.
●
Cortocircuito entre espiras
En
los casos en que hay sospechas de posibles defectos en el aislamiento entre
espiras, bien porque en el control visual se observan desplazamientos de
espiras o se han detectado vibraciones atribuibles a la excitación o los resultados
obtenidos en otras pruebas lo aconsejan, mediante un equipo especial de tensión
de choque, se hace este ensayo.
El
ensayo consiste, en aplicar una serie de choques de alta frecuencia, midiéndose
su forma en un osciloscopio y en un ordenador, las ondas registradas permiten
deducir si existen cortocircuitos entre espiras y en qué punto del devanado
están localizados.
FUENTES:
ABB Service S.A.: Mantenimiento de alternadores y sistemas anexos (J.M.
Bustamante, J. Trinidad)
ABB LEAP: Life Expectancy
Analysis Program
ABB:
Incremento del ciclo de vida en máquinas rotativas
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