MANUAL DE ANÁLISIS DEL CIRCUITO DEL MOTOR (MCA)

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1 ALL-TEST Pro, LLC MANUAL DE ANÁLISIS DEL CIRCUITO DEL MOTOR (MCA) ALL-TEST Pro, LLC MANUAL DE ANÁLISIS DEL MCA 166 Main Street P.O. Box 1139 Old Saybrook, CT 06475, EE.UU. Teléfono: (860) Fax: (860) Correo electrónico: Sitio web:

2 ALL-TEST Pro, LLC MANUAL DE ANÁLISIS DEL MCA ALL-TEST Pro, LLC 166 Main St Old Saybrook, CT Teléfono Fax

3 Índice INTRODUCCIÓN... 1 Uso del manual... 1 Filosofía de los instrumentos ALL-TEST Pro Filosofía de los análisis de ALL-TEST Pro... 2 Teoría de diagnóstico del motor... 3 Teoría de electricidad básica... 3 Cómo aplicar un MCA... 5 Prueba manual... 6 Prueba en modo automático... 6 Procedimiento de prueba del motor... 7 Lecturas preliminares... 7 Análisis de devanado/motor... 7 Ejemplo de resultados de prueba... 8 Criterios de desaprobación... 9 Sugerencias de análisis de datos... 9 Prioridad de desaprobación... 9 Sugerencias de desaprobación Análisis de motor no ensamblado Tolerancias y reglas básicas para la interpretación de datos.. 12 Análisis del motor ensamblado ANÁLISIS DE MEDIDAS Y CAMBIOS Reglas de resolución de problemas Devanados en cortocircuito:...14 Contaminación del devanado y posición del rotor Prueba de reposición del rotor Resistencia de aislamiento Lecturas de resistencia de aislamiento...15 Conexiones flojas...15 MANTENIMIENTO PREDICTIVO Implementación del mantenimiento predictivo... 16

4 Consejos para el mantenimiento predictivo Problemas con los resultados de la prueba y la recopilación de datos Malos resultados...18 En espera...18 Lecturas incorrectas Procedimiento de recopilación de datos RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE MOTORES Prueba compensada de rotor Prueba de reposición del rotor PRUEBA DEL ROTOR RECOPILACIÓN DE DATOS ANALISIS APÉNDICE 1 Hipótesis de alarma del devanado Hipótesis de alarma del devanado Hipótesis 1: TODAS las lecturas son simétricas...24 Hipótesis 2: Fi ó I/F en rojo, todas las otras mediciones son simétricas...24 Hipótesis 3: Fi o I/F en rojo; L y Z en alarma...25 Hipótesis 4: R > 5% asimétrica...26 Hipótesis 5: Fi o I/F simétricas; L y Z en alarma pero con patrones similares...26 Hipótesis 6: Fi o I/F simétricas; L y Z en alarma pero con patrones distintos...27 Hipótesis 7: Fi e I/F simétricas; L y Z en alarma pero con patrones distintos más un cambio de frecuencia de medición de la impedancia...28 Hipótesis 8: Todas las mediciones son simétricas pero la medición del aislamiento a tierra es baja...28 Hipótesis 9: Fi e I/F simétricas; L y Z en alarma, las lecturas están truncadas...29 Hipótesis 10: Otras lecturas...29 Hipótesis 11: Valores cero...30 APÉNDICE 2: Métodos de prueba para determinar el impacto de la condición del motor en la eficacia y la fiabilidad del motor APÉNDICE 3: Enfoque de la tecnología múltiple APÉNDICE 4: Prueba del transformador monofásico y trifásico mediante la utilización de técnicas de análisis del circuito del motor estático APÉNDICE 5: Prueba de la máquina sincrónica con instrumentos All-Test APÉNDICE 6: Prueba de servomotor. Evaluación de servomotores con MCA APÉNDICE 7: Diagnóstico eléctrico para generadores... 70

5 APÉNDICE 8: Evaluación eléctrica del motor de corriente continua mediante un análisis del circuito del motor APÉNDICE 9: Estudio de casos: asimetría de fases en la planta de energía nuclear Vermont Yankee APÉNDICE 10: Estudio de casos: Dinamómetros APÉNDICE 11: Uso de ALL-TEST PRO 31 para detectar cortocircuitos en los poros EXENCIÓN DE RESPONSABILIDAD, COPYRIGHT Y MARCAS COMERCIALES Copyright:

6 Interpretación del diagnóstico del motor mediante el Análisis del Circuito del Motor (MCA) INTRODUCCIÓN MCA es un método muy simple y seguro para probar los devanados eléctricos mientras están sin corriente. La premisa básica del MCA es la siguiente: En un equipamiento con devanado trifásico, todas las fases deben ser idénticas (la misma cantidad de giros, el mismo tamaño de cable, de diámetro de la bobina, etc.). Por consiguiente, todas las características de los devanados también deben ser similares. Si ocurre algún cambio en alguna de estas características, éste nunca representará una mejora (los devanados no se reparan solos) debido a que ocurre una degradación. Si se analiza la magnitud y las relaciones del cambio es posible identificar la causa de la degradación. Una vez que se conocen la causa y la gravedad de la degradación, se puede determinar la acción necesaria. Uso del manual El objetivo de este manual es proveer a los usuarios algunas pautas y sugerencias tecnológicas del MCA que deben seguir cuando realizan un diagnóstico del motor mediante la línea ALL-TEST Pro TM de instrumentos de MCA.. Este manual fue creado principalmente para su uso con ALL-TEST IV PRO 2000 TM (ATIV). Sin embargo, parte de la información corresponde a ALL-TEST PRO 31 TM (AT31). Si el usuario no tiene ALL-TEST PRO 31 TM ni ALL-TEST IV PRO 2000 TM, puede usar un ohmiómetro y un puente de inductancia para ciertas pruebas en lugar de uno de estos instrumentos. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 1

7 Filosofía de los instrumentos ALL-TEST Pro. Como sabemos que la respuesta de un motor a cualquier tipo de medición o prueba depende no sólo del tamaño y voltaje de un motor, sino en particular del diseño y la construcción, nuestra filosofía es hacer instrumentos que: sean fáciles y seguros de usar; sean livianos y portátiles; muestren la(s) falla(s) inmediatamente; muestren cualquier cambio a través del tiempo; y realicen varias mediciones diferentes para el análisis. Filosofía de los análisis de ALL-TEST Pro La prueba y el análisis de los motores eléctricos, transformadores o cualquier devanado no es magia negra. En realidad es muy sencillo, si se hacen las mediciones suficientes de manera precisa. La experiencia de ALL-TEST Pro TM ha demostrado que el método más preciso y completo de determinar la verdadera condición de los devanados del motor es controlar los parámetros de prueba mientras el motor está sin corriente. El método evita errores y resultados conflictivos de fuentes perdidas o desconocidas utilizadas por otros métodos. Al inyectar una señal sinusoidal conocida no destructiva de corriente alterna de voltaje bajo a través de los devanados del motor, las fallas o puntos débiles no conducen al fallo. En muchos casos, las fallas potencialmente destructivas pueden ser fácilmente corregidas antes de que ocurra una falla total del devanado. Las fallas del devanado se indican mediante las variaciones en la respuesta a la señal inyectada a través de los devanados. Estas variaciones causan asimetrías en la respuesta medida a la señal inyectada. Al usar el MCA, las fallas parecen iguales sin tener en cuenta el tamaño ni el tipo de devanado. Se han examinado con éxito desde motores tan pequeños como los de los limpiaparabrisas de los automóviles hasta devanados de los generadores de 300 megavatios. A través de la investigación y la medición adicional de estas variaciones en los devanados, las fallas se pueden identificar con facilidad y se pueden corregir antes de activar el devanado, lo cual podría conducir a la destrucción total del motor. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 2

8 Ejemplos: Una situación en la que el aislamiento a tierra está deteriorado requerirá inmediata atención, debido a que esta falla puede ser muy peligrosa y conducir a un fallo de seguridad y de la máquina. Por otra parte, un cortocircuito en desarrollo entre espiras o bobinas, especialmente en motores de bajo voltaje, en general se degrada después de un tiempo de uso y brinda la posibilidad de corregir el defecto antes de que se convierta en una falla catastrófica que requiera de una reconstrucción completa o de un costoso reemplazo. El MCA inyecta una señal de corriente alterna a través de los devanados y mide la respuesta a esta señal para identificar cualquier asimetría en los devanados que indican tanto una falla actual como una potencial. Teoría de diagnóstico del motor Los instrumentos de MCA de ALL-TEST Pro TM se basan en una teoría de electricidad comprobada. El sistema del motor puede representarse mediante el desarrollo del circuito básico del motor, que no es otra cosa que un circuito básico RCL. Este circuito representa varios componentes del sistema del motor. Cada circuito básico representa una fase del sistema del motor trifásico. Debido a que cada fase del sistema del motor es idéntica, cada circuito básico debe responder de la misma manera a la señal aplicada. Para permitir al usuario obtener el máximo beneficio de los instrumentos de ALL-TEST Pro TM y de este manual, se presenta a continuación un breve resumen de la teoría de electricidad que se aplica al diagnóstico del motor. Un breve resumen de esta sección le ayudará a comprender los resultados obtenidos de los instrumentos ALL-TEST Pro TM. Encontrará información adicional en cualquier libro sobre electricidad. ALL-TEST Pro TM además ofrece cursos de capacitación al público o en la empresa para ampliar los conocimientos de los usuarios. Para obtener las fechas y lugares de estos cursos, visite nuestro sitio web Teoría de electricidad básica R -Resistencia es la Corriente Continua, la resistencia medida en Ohmios. La resistencia debe ser la misma a través de todas las fases o los campos. Cualquier diferencia indica que existe un problema. La diferencia puede ser debido a devanado excesivo, corrosión, malas conexiones, etc. Nota: Si prueba grandes bobinas o motores con una resistencia de 100 miliohmios o menor, el operador deberá tener extrema precaución para obtener lecturas válidas. Es posible que sea necesario limpiar los contactos o conectores para obtener una medición útil o válida. Se recomienda volver a medir las fases varias veces para verificar estos valores. *Si necesita obtener mediciones precisas de resistencia baja, use un ohmiómetro de resistencia baja. Z- Impedancia es la resistencia de Corriente Continua y Corriente Alterna en una bobina o devanado. La impedancia incluye la resistencia de corriente continua, reactancia inductiva y reactancia capacitiva. La impedancia se mide en ohmios. La impedancia cero de un devanado indica un cortocircuito. Vea también I/F a continuación. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 3

9 Nota: Una bobina o un devanado puede tener una grave falla entre espiras o entre bobinas, pero se ve bien cuando se mide con un megóhmetro. También puede mostrar una grave falla en el aislamiento a tierra y a su vez mostrar que el devanado entre espiras está perfectamente bien. L- Inductancia es la propiedad de cambiar un flujo magnético para crear (o inducir) voltaje en un circuito. La inductancia depende de la cantidad de giros y del material en el núcleo del cuerpo del rotor o de una bobina. La inductancia se opone a cualquier cambio en la circulación de corriente a través de un conductor. El valor es una medición de la capacidad de una bobina para almacenar un campo magnético. Se mide en henrios o milihenrios. Autoinductancia es la propiedad de un circuito donde un cambio de corriente en el circuito crea (induce) voltaje en el mismo circuito. Inductancia mutua es el concepto según el cual la circulación de corriente a través de un conductor o circuito puede inducir voltaje en un circuito o conductor cercano. Nota: En un motor de inducción trifásica con el rotor en su lugar, las asimetrías de inductancia pueden ser el resultado de una inductancia mutua asimétrica, debido a la orientación angular del rotor (comúnmente conocida como posición del rotor). Ángulo de desfasamiento es una medición relativa que indica la diferencia angular entre dos formas de onda de la misma frecuencia. Los resultados de la diferencia angular se expresan en grados ( ). En el circuito eléctrico, el ángulo de desfasamiento expresa la relación de la corriente alterna con respecto al voltaje aplicado. Esta prueba se incluye en IEEE Std sec como un método efectivo para identificar los cortocircuitos de los devanados. La teoría de electricidad básica establece que: En un circuito meramente Resistivo, la corriente y el voltaje están en fase. Por ejemplo, ambos alcanzan el mismo punto en la forma de onda al mismo tiempo. En un circuito meramente Inductivo, el voltaje conduce corriente a 90 grados. Por ejemplo, alcanza el valor máximo y el mínimo de 90 grados ante la corriente. En un circuito meramente Capacitivo, la corriente conduce voltaje a 90 grados. Por ejemplo, alcanza el valor máximo y el mínimo de 90 grados ante el voltaje. Si el voltaje conduce la corriente, el ángulo de desfasamiento es positivo; si el voltaje retarda la corriente, el ángulo de desfasamiento es negativo. En el MCA, el ángulo de desfasamiento expresa la relación de la corriente medida con respecto al voltaje de corriente alterna aplicada por medio de los instrumentos de ALL- TEST Pro TM. Nota: El ángulo de desfasamiento no debería confundirse con la separación eléctrica de 120 grados entre las fases eléctricas de un sistema trifásico. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 4

10 C- Capacitancia es la capacidad de un cuerpo, sistema, circuito o dispositivo de almacenar carga de electricidad. Es una medida de la cantidad de carga eléctrica almacenada para un voltaje aplicado. La unidad de capacitancia es el Faradio (F). La capacitancia de un circuito se opone a cualquier cambio de voltaje en un circuito. La capacitancia de un circuito depende de la geometría del sistema y del material de la dieléctrica. Cualquier capacitor del circuito del motor debería probarse en forma separada del motor. INS- Prueba de aislamiento (a tierra). Medido en megohmios. Un motor puede tener un buen aislamiento a tierra pero fallar en otras pruebas entre fases y viceversa. I/F- Respuesta de Frecuencia/Corriente es una prueba diseñada fundamentalmente para probar si hay fallas entre bobinas o entre espiras. Esta prueba se incluye en IEEE Std sec como un método efectivo para identificar los cortocircuitos de los devanados. Para la prueba I/F, se aplica la señal de CA de voltaje bajo al devanado o a los devanados, a una frecuencia específica, y se mide la corriente que resulta. Luego, la frecuencia de la señal de CA aplicada se duplica y la corriente resultante se mide nuevamente. La lectura I/F es la relación de la corriente en la frecuencia doble y la corriente en la frecuencia original. Este resultado se muestra como una relación. Por ejemplo: una lectura I/F de -50 indica que la corriente en la frecuencia doble es un 50% menor que la corriente en la frecuencia original. Para un devanado de fase simple, la lectura I/F debería variar entre -50 y -15 para una buena bobina. Para un devanado abierto, la lectura será 0 (cero). Nota: Las pequeñas asimetrías ( 1) del promedio en los devanados trifásicos pueden causarse por la posición del rotor, o bien, limitaciones de pantalla del instrumento en modo automático. Esto se puede verificar por medio de una prueba compensada de rotor o una medición manual. Cómo aplicar un MCA ALL-TEST Pro TM tiene dos instrumentos diseñados para realizar un MCA. ALL-TEST PRO 31 (AT31) es una herramienta de resolución de problemas que probará una gran variedad de motores y algunos transformadores. Prueba la mayoría de los motores de CA debajo de 600V y también se puede usar para probar los motores de alto voltaje, según su resistencia, inductancia e impedancia. El AT31 debería utilizarse junto con un ohmiómetro, porque no mide la resistencia (pero sí realiza una prueba de resistencia del aislamiento a tierra). 2008, ALL-TEST Pro, LLC 5

11 ALL-TEST IV PRO 2000 TM (ATIV) es un instrumento analítico que probará casi todos los motores, generadores, transformadores o dispositivos con bobina. Se utiliza no sólo para la inspección y resolución de problemas futuros, sino también para el mantenimiento predictivo (PdM) o basado en la condición (CBM) (tendencia de datos y tiempo estimativo de falla). El ATIV no sólo detecta la mayoría de las fallas eléctricas de los motores, sino que también ayuda al usuario a determinar cuánto tiempo funcionará. Prueba manual La prueba de motores se convirtió en una tarea de rutina en las plantas que reconocen la importancia de maximizar su seguridad. Las pruebas de motores se convirtieron en obligatorias, como los criterios de aceptación para los controles de inventario. Si piensa colocar los motores nuevos y reconstruidos en un depósito por períodos prolongados, antes pruébelos sin corriente. Las pruebas manuales de los motores se realizan tanto con AT31 como ATIV. Los motores se pueden probar directamente desde la caja de conexión o desde los cables de la línea ubicados en el controlador del motor. Probar el motor en forma remota desde el controlador tiene la ventaja adicional de que también permite probar todo el cableado y los conectores en el sistema del motor. La prueba manual requiere conectar el instrumento ALL-TEST PRO al devanado que se va a probar y seleccionar manualmente los parámetros y las mediciones que se van a realizar. Los resultados se pueden ver simplemente o ver y registrar. Luego, estas mediciones se pueden analizar e interpretar según las pautas provistas en este manual. Las mediciones que se toman con AT31 también pueden incluirse en ALL-TEST PRO Condition Calculator 4.0 TM, para análisis, almacenamiento y generación de informe (motores trifásicos de CA solamente). El AT31 proporciona capacidades de diagnóstico adicionales, debido a que puede realizar pruebas en diferentes frecuencias de prueba y mostrar en pantalla en tiempo real el valor probado. Las pruebas también se pueden realizar con ATIV en el modo manual (consulte el manual de ALL-TEST IV PRO 2000 TM para obtener detalles específicos). El modo manual del ATIV proporciona un análisis mejorado sobre el modo automático para las mediciones de inductancia o impedancia menores a 10, debido a que los valores medidos se visualizan con decimales en lugar de sólo números enteros. Prueba en modo automático En el modo automático: 1) el ATIV prueba automáticamente la condición de los devanados del motor. 2) establece automáticamente los parámetros de medición y permite que se almacenen los datos medidos en la memoria no volátil. 3) almacena los datos, los cuales pueden cargarse luego al software TREND/EMCAT PRO 2005 TM que lo acompaña, para realizar análisis, comparar tendencias y generar órdenes de trabajo e informes. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 6

12 Procedimiento de prueba del motor Es importante destacar que un motor trifásico perfecto es muy difícil de encontrar basado en las tolerancias de fabricación, etc. En otros casos, los motores pueden tener una diferencia particular en el diseño para satisfacer aplicaciones especiales. En ambos casos, con el rotor montado en el motor, es posible que sea necesario realizar pasos adicionales para aislar las fallas del rotor o estator. Lecturas preliminares En algunos casos, algunos motores pueden exhibir niveles no comunes de asimetrías. Esto puede deberse a un gran número de razones, entre ellas: 1) La posición y la relación de la barra del rotor con el devanado estatórico. 2) Diseño del devanado estatórico (bobina concéntrica en oposición a la enrollada). 3) Otros problemas relacionados con la tolerancia, incluso los vacíos del fundido del rotor. Si se detecta una serie de lecturas inusuales con el ATIV, hay varias formas de aislar la causa. Un método requiere el uso de un AT31 o un medidor de inductancia junto con el ATIV (Consulte Prueba compensada del rotor en la Sección de resolución de problemas del motor), el otro método incluye una serie breve de pruebas adicionales mediante el ATIV (Prueba de reposición del rotor, en la Sección de resolución de problemas del motor). Cómo realizar diagnósticos de motor con un MCA Análisis de devanado/motor Realizar un análisis de devanado/motor se ha simplificado mucho con el desarrollo de herramientas de diagnóstico avanzado, como AT31 y ATIV, Condition Calculator 4.0 TM y TREND/EMCAT PRO 2005 TM ; sin embargo, incluso con la excelente calidad de estas herramientas, es posible que se necesiten pruebas e información adicional antes de que se evalúe de manera precisa la condición final de la máquina. Para ayudar a maximizar los datos obtenidos de las herramientas ALL-TEST PRO TM, las próximas secciones le van a ofrecer al analista los procedimientos, las técnicas, las sugerencias y los métodos necesarios para ayudarlo a diagnosticar de manera correcta y precisa la mayoría de las fallas de devanado mediante el Análisis del Circuito del Motor (MCA). La regla básica para el MCA es la siguiente: si los datos indican un buen devanado, entonces el devanado está generalmente bien. Sin embargo, si el MCA indica una falla, se deben realizan pruebas adicionales antes de desaprobar un devanado. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 7

13 1) Los cables de prueba que se suministran con el instrumento ATIV son útiles para la mayoría de las aplicaciones, pero no para todas. Se puede utilizar cualquier cable conector de tipo banana, blindado de 4 mm. Nota: La repetibilidad de las lecturas de resistencia se puede mejorar con un cepillo de alambre pequeño para limpiar el óxido de la superficie de los puntos de conexión y al apretar suavemente las mordazas de prueba mientras gira suavemente las abrazaderas de los puntos de conexión para asegurarse de que sea lo más sólida posible. Si se requiere alta precisión en las mediciones de resistencia del devanado, se recomienda usar un ohmiómetro de baja resistencia. Nota: Se debe tener extremo cuidado durante la parte de la prueba de cable comp. del modo de medición automática para mejorar la precisión y repetibilidad de la medición de la resistencia. 2) El ATIV utiliza el método de dos cables para realizar la medición de resistencia de CC y no es tan preciso como el ohmiómetro de baja resistencia, que usa un método de 3 ó 4 cables cuando la medición es de muy baja resistencia. La precisión de ATIV es +-1% entre 1 y 999 ohmios; por consiguiente, cuando se pruebe menos de 1 ohmio, la precisión del valor medido del instrumento se distorsionará. Nota: Para el MCA, se utilizan las mediciones de resistencia de CC para detectar los problemas relacionados con las conexiones y no se las utilizan para detectar fallas de devanado (Fi y I/F indican mucho mejor las fallas de devanado). 3) El ATIV en modo automático mide y muestra los valores de inductancia (L) e impedancia (Z) como números enteros. Por ejemplo: 2.9 Ω se convierte en 2 Ω, 2.1 Ω también se mostrará como 2 Ω. Esto puede causar un error de interpretación en el software TREND/EMCAT PRO 2005 TM con impedancia (Z) e inductancia (L) que coincidan. Generalmente, se sospecha que existe contaminación en el devanado si la impedancia no sigue a la inductancia entre fases. El algoritmo del software de análisis evalúa la diferencia entre fases de la inductancia e impedancia. Cuando el software evalúe las mediciones de la Z y L con valores menores de 10, debido a que ATIV trunca los decimales menores de 10, no podrá diagnosticar de manera correcta la contaminación o el sobrecalentamiento de los devanados. Siempre verifique las mediciones de L y Z por medio de una medición manual. La medición manual del ATIV mide y muestra los decimales. Ejemplo de resultados de prueba Lectura T1-T2 T1-T3 T2- T3 Resistencia Impedancia Inductancia Ángulo de desfasamiento I/F , ALL-TEST Pro, LLC 8

14 Criterios de desaprobación Las suposiciones originales del MCA se basan en que la mayoría de los motores industriales son trifásicos, de inducción de CA con rotores en jaula. Las reglas y limitaciones presentadas a continuación se basan en esas suposiciones. Sin embargo, eso no evita que los MCA se apliquen satisfactoriamente a otros tipos de motores/ rotores. De hecho, los MCA se aplican con éxito a los motores de CC, los motores monofásicos, motores sincrónicos de imán permanente y de propulsión externa, generadores, transformadores de distribución y transmisión. Además, en la mayoría de las aplicaciones, el tamaño del devanado no es un problema. Los siguientes criterios continúan vigentes. Sin embargo, para algunos motores trifásicos no inducidos, con rotores que no están en jaula, se requieren procedimientos y pruebas especiales. Muchos de estos están representados en el Apéndice de esta guía. Sugerencias de análisis de datos Cuando se implementa primero un programa de prueba de motor, se espera que entre el 20 y el 40% de los sistemas de los motores probados puedan exhibir algunas condiciones de alarma cuando se evalúan con el software TREND/EMCAT PRO 2005 TM (el software proporciona alarmas codificadas con colores para su fácil interpretación). Cuando un motor está en un estado de alarma, no necesariamente significa que el motor fallará o que no debería utilizarse, sino que los valores medidos excedieron los límites predeterminados establecidos para la mayoría de los motores comunes. Los límites de alarma del software del TREND/EMCAT PRO 2005 TM se determinan para los motores trifásicos de inducción en jaula. Algunos motores pueden tener un diseño especial, lo cual hace que los valores medidos estén normalmente fuera de estos límites estándar. De hecho, muchos motores nuevos tendrán una asimetría en la inductancia y en la impedancia, debido a la relación de devanado de la barra del rotor. Por consiguiente, es virtualmente imposible establecer los límites de todas las configuraciones de diseño. A partir de estos casos, es necesario que los analistas evalúen estas lecturas de acuerdo al caso. El software señala cualquier motor que exceda estos límites para informar al analista que se han excedido los límites normales. Las siguientes sugerencias de análisis proporcionan un método para evaluar con mayor detalle estas circunstancias especiales. A continuación de las sugerencias de análisis se encuentran varias hipótesis que usan lecturas reales. La revisión de estas hipótesis le brindará una percepción adicional para determinar cómo evaluar los datos de la prueba. Prioridad de desaprobación El software TREND/EMCAT PRO 2005 TM simplemente genera las alarmas cuando los valores medidos exceden los límites predeterminados. Sin embargo, no todas las fallas son las mismas. Las pautas provistas a continuación ayudarán al analista a establecer una prioridad sobre las alarmas generadas por el software TREND/EMCAT PRO 2005 TM. Una de las primeras consideraciones con respecto a las fallas de devanado debería ser el carácter crítico del motor. Obviamente, los motores más críticos deberían tener mayor prioridad que los motores menos críticos. La segunda consideración es el tipo y la ubicación de la falla. Las consideraciones adicionales incluyen disponibilidad de repuestos, programas de mantenimiento y otras operaciones de planta. Estas prioridades asumen que los datos de prueba son válidos y que 2008, ALL-TEST Pro, LLC 9

15 se hicieron buenas conexiones. Las malas conexiones de los cables de prueba pueden impactar de manera negativa en todas las lecturas. 1) Los cortocircuitos de los devanados son generalmente más graves que la contaminación o las fallas de un rotor, por consiguiente, los motores con asimetrías en I/F y Fi solamente, deberían evaluarse primero para determinar la condición del devanado. 2) Los motores con alarmas en Fi y I/F, así como en la inductancia o impedancia, deben ser evaluados luego. Es posible que sea necesario realizar una reposición o la prueba compensada del rotor para separarlo de las fallas de devanado. 3) Los motores que muestren solamente pequeñas asimetrías de resistencia tienen la más baja prioridad. Sugerencias de desaprobación 1) Nunca desapruebe un motor del Centro de Control del Motor. Las fallas en el cableado o en las conexiones entre el punto de prueba y el motor mismo pueden causar lecturas asimétricas. Antes de desaprobar una bobina, siempre realice una prueba del motor para confirmar, con los cables del motor desconectados del suministro. A) Para determinar si la falla está en el motor o el cableado, vuelva a probar el motor en el próximo punto de conexión entre el motor y el arrancador. B) Es posible que se necesite una prueba de reposición del rotor para separarlo de las fallas de devanado (consulte la sección Resolución de problemas de este manual para la Prueba de reposición del rotor). 2) Por lo general, nunca desapruebe un motor basado en una inductancia o impedancia asimétrica solamente (puede requerir una prueba adicional). La relación de devanado/barra del rotor puede causar una asimetría más grande en la inductancia mutua, así como pequeñas asimetrías en las lecturas I/F y Fi. 3) Siempre verifique la lectura antes de desaprobar un motor. La energía almacenada en un sistema de motor puede corromper el conjunto de datos. Recuerde: es mucho más fácil tomar lecturas nuevamente que quitar el motor. 4) Los cortocircuitos de los devanados están indicados primero por las asimetrías en la respuesta de Corriente/Frecuencia (I/F) y Ángulo de desfasamiento (Fi). 5) Las conexiones flojas se indican mediante asimetrías en las mediciones de resistencia de devanado. 6) Se indica contaminación o recalentamiento de devanado cuando el patrón de impedancia (Z) no sigue al patrón de inductancia (L). 7) Nunca desapruebe un motor si las lecturas no se repiten. La IEM o el giro del eje también darán lecturas inconsistentes. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 10

16 Análisis de motor no ensamblado Si se quita el rotor del estator, la inductancia mutua creada por el campo magnético del estator que induce voltaje en el rotor no creará más una asimetría de inductancia. Por consiguiente, la única parte del circuito básico del motor que responde a la señal de CA inyectada desde el instrumento es el devanado estatórico y la chapa del estator. Se elimina cualquier asimetría causada por un error en la relación de devanado/barra del rotor. Por consiguiente, los criterios de falla son mucho más estrictos para los motores probados cuando se quita el rotor. A continuación se encuentran las tolerancias para los estatores de los motores solamente (motores con el rotor removido). Nota: La experiencia ha demostrado que estas tolerancias se mantienen independientemente del tamaño del motor. Resultado de prueba Tolerancia Resistencia (R) <5% Impedancia (Z) <3% Inductancia (Z) <5% Ángulo de desfasamiento (Fi) +/- 0 Respuesta de frecuencia de la corriente (I/F) Resistencia de aislamiento < 600 voltios Resistencia de aislamiento > 600 voltios +/- 0 > 5 megaohmios > 100 megaohmios Esta tabla corresponde solamente a los motores con el rotor removido 2008, ALL-TEST Pro, LLC 11

17 Tolerancias y reglas básicas para la interpretación de datos Hay reglas específicas que abarcan virtualmente todas las aplicaciones de prueba de los motores trifásicos en los cuales los motores están ensamblados y un rotor está instalado. El método común para realizar la prueba es desde un MCC, o bien, desconectado con el rotor fijo. Análisis del motor ensamblado Si el rotor está instalado en el estator, la inductancia mutua del rotor puede causar grandes asimetrías de inductancia que resultarán en una gran asimetría de impedancia. La relación de devanado/barra de rotor puede causar también pequeñas asimetrías en I/F y Fi. Resultado de Tolerancia Detalle prueba Resistencia (R) <5% Posibles conexiones flojas Impedancia (Z) e Inductancia (L) La Impedancia sigue a la Inductancia Cualquier asimetría es muy posible que se deba a la posición del rotor o el diseño del motor Impedancia (Z) La Impedancia no Posible contaminación del devanado o e Inductancia (L) sigue a la Inductancia recalentamiento del devanado Ángulo de desfasamiento (Fi) Dígito +/- 1 (grado) del promedio Indica un cortocircuito en el devanado: 74, 75, 76 OK; 74, 74, 76 sospechosos; 73, 73, 76 fallaron I/F Dígito +/- 2 (%) del promedio Indica un cortocircuito en el devanado: -44, -45, -46 OK; -44, -46, -46 sospechosos; -42, -45, -45 fallaron Resistencia de aislamiento >5 megaohmios Voltaje de suministro < 600V Indica un pobre aislamiento a tierra (por ejemplo, fallo de conexión a tierra) Resistencia de aislamiento >100 megaohmios Voltaje de suministro > 600V Indica un pobre aislamiento a tierra (por ejemplo, fallo de conexión a tierra) Resistencia (R) Las asimetrías en la resistencia son indicadores de conexiones flojas, conectores marcados, juntas con soldaduras en frío, etc. En algunos casos las asimetrías de la resistencia han sido el resultado de las malas conexiones de los cables de prueba. Siempre vuelva a realizar las mediciones de resistencia si existe una asimetría de resistencia. Los cambios en las mediciones de resistencia con lecturas repetitivas indican problemas con el cable de prueba o con su conexión. Intente limpiar la conexión y luego vuelva a realizar las lecturas de resistencia. Si las lecturas fueron tomadas en el centro de control del motor, realice lecturas progresivamente más cercanas al motor para ubicar la(s) conexión(es) de alta resistencia. Asimetría de inductancia (L): Cuando se instala un rotor en jaula en el motor, es posible que haya asimetrías de inductancia, especialmente en los motores más pequeños y menos caros. Si esto ocurre, estas asimetrías son generalmente el resultado de la inductancia mutua asimétrica creada por la relación de devanado/barra del rotor desigual que resulta de la posición del rotor. Para verificar que esta asimetría sea el resultado de la posición del rotor, se debe realizar la prueba de reposición del rotor (consulte la sección Prueba de reposición del rotor). 2008, ALL-TEST Pro, LLC 12

18 La impedancia (Z) sigue a la inductancia (L): Debido a que la reactancia inductiva es generalmente la mayor colaboradora de la impedancia, si la posición del rotor crea una asimetría en las mediciones de devanado, entonces ésta debería crear una asimetría en las mediciones de impedancia también. Sin embargo, la asimetría en impedancia debería seguir la asimetría en inductancia. Por ejemplo: una asimetría de inductancia puede ser 10, 14, 8 o un patrón de Media, Alta, Baja; la impedancia debería seguir con un patrón Medio, Alto, Bajo, como 120, 133, 115. En este caso, la impedancia sigue a la inductancia. Sin embargo, si la impedancia fuera 133, 115, 120, el patrón de impedancia sería Alto, Bajo, Medio y la falla debería estar indicada. Consulte La Impedancia (Z) no sigue la Inductancia (L) a continuación. La Impedancia (Z) no sigue la Inductancia (L). Los cambios en la impedancia de manera tal que no sigan la inductancia se generan normalmente por cambios en el sistema de aislamiento. El sistema de aislamiento es un dieléctrico grande. Un cambio en la condición material del sistema de aislamiento se reflejará como un cambio en la capacitancia del circuito del motor. Un cambio en la capacitancia del sistema cambiará la reactancia capacitiva (Xc) y esto causará normalmente que la Impedancia (Z) no siga la inductancia (L). El hecho de que la impedancia no siga la inductancia (Z) es un buen indicador de los cambios del sistema de aislamiento, como: contaminación del devanado, devanados quemados (sobrecalentados), asimetrías de fase muy grandes o muy malas condiciones de la barra del rotor. Ángulo de desfasamiento (Fi) El tiempo de retardo de la corriente al voltaje aplicado en el circuito básico del motor es una de las mediciones más sensibles en el circuito básico del motor. Fi es generalmente una de las primeras mediciones que se deben cambiar cuando el sistema de aislamiento se deteriora (devanado en cortocircuito). Las asimetrías de >1 grado del promedio indican un devanado en cortocircuito. Respuesta de frecuencia de la corriente (I/F): Los sistemas de aislamiento del devanado degradados responden de manera diferente a frecuencias diferentes. La medición I/F también es una de las primeras indicaciones de degradación del sistema de devanado. Las lecturas I/F deberían variar entre -15 y -50. Todas las lecturas I/F deberían equilibrarse dentro de los 2 dígitos (por ciento). Las asimetrías de >2 por ciento del promedio indican devanados en cortocircuito. Un margen de >4 dígitos entre el máximo y el mínimo de las mediciones I/F también indica fallas del devanado. Estas lecturas son para la posición del rotor no compensada en el motor. Sin embargo, si se indica una falla de devanado, es necesario realizar una prueba adicional para verificar dicha falla. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 13

19 ANÁLISIS DE MEDIDAS Y CAMBIOS La interpretación de los datos recabados de ALL-TEST IV PRO 2000 TM se puede realizar a través del software TREND 2005/EMCAT PRO 2005 TM. Reglas de resolución de problemas A continuación se encuentran las reglas básicas para la resolución de problemas con ATIV: Devanados en cortocircuito: Las fallas de devanado que puedan surgir, así como los devanados en cortocircuito, se evalúan al observar las lecturas Fi y I/F de bobinas similares o entre fases: Ángulo de desfasamiento (Fi): El ángulo de desfasamiento debería estar dentro de 1 dígito de la lectura promedio. Por ejemplo, una lectura de 77/75/76 sería buena porque la lectura promedio es 76. Una lectura de 74/77/77 sería mala. Respuesta de frecuencia de la corriente (I/F): La respuesta de la frecuencia de la corriente debería estar dentro de los 2 dígitos de la lectura promedio o <4 dígitos dentro de las medidas I/F mínimas y máximas. Por ejemplo, una lectura de 44/-45/-46 sería buena. Una lectura de -40/-44/-44 sería mala. Sin embargo, una lectura tal como -42/- 44/-44 debería considerarse sospechosa. Contaminación del devanado y posición del rotor La posición del rotor dentro del motor eléctrico puede causar una asimetría de fase normal. La contaminación del devanado puede causar también asimetrías de fase. La diferencia entre ambas puede evaluarse rápidamente si se observa el patrón de impedancia e inductancia. Prueba de reposición del rotor: Para verificar la asimetría de la Impedancia (Z) o Inductancia (L) como resultado de las asimetrías de la relación de devanado/barra del rotor es necesario evaluar la relación de las asimetrías de Z y L. Si las asimetrías están relacionadas con el rotor, cambiarán la relación al cambiar la posición del rotor. Por ejemplo, si hay inductancias de 17/18/19 y valores de impedancias de 24/26/29 con el rotor en su posición actual Si se gira el eje aproximadamente a 90 grados (1/4 de giro), los valores deberían cambiar la relación, como las inductancias de 16/19/17 y los valores de impedancia de 23/30/25. Esto indica que las asimetrías se deben a la posición del rotor. NOTA: Debido a que ATIV almacena la Z y L como números enteros solamente, cuando los valores medidos son < 10, los valores más bajos de medición de L y Z pueden ser confusos. Por ejemplo, este puede ser el caso si las inductancias son 5/5/5 y las impedancias son 8/9/8. Para confirmar el análisis, mida manualmente la Impedancia e Inductancia de los tres devanados mediante el modo manual del instrumento. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 14

20 Resistencia de aislamiento: La resistencia de aislamiento (lecturas en mega ohmios) mostrará una descarga a través del aislante entre los conductores del devanado y la tierra. La última edición del IEEE Std establece que la resistencia de aislamiento del devanado debería variar entre los siguientes rangos: Lecturas de resistencia de aislamiento Tipo de aislamiento Valores de resistencia de aislamiento Todo sistema de aislamiento antes de 1974 Motores de devanado aleatorio Motores de devanado conformado e inducidos de CC 1 mega ohmio + 1 mega ohmio/kv. > 5 mega ohmios > 100 mega ohmios Conexiones flojas Las conexiones flojas o los vidriados en los contactos se visualizan como asimetrías de resistencia. La asimetría de resistencia máxima debería ser de 5%. MANTENIMIENTO PREDICTIVO Ya en la década del 60, muchas compañías comprendieron que con una revisión de rutina para controlar el estado del funcionamiento del equipamiento de rotación es posible obtener una advertencia por adelantado de los problemas de funcionamiento u otros que podrían impactar en el funcionamiento eficiente. Esta advertencia temprana proporciona tiempo para quitar la maquina de funcionamiento y hacer reparaciones y ajustes menores antes de que ocurra una falla crítica. Esta filosofía de mantenimiento, conocida como Mantenimiento Predictivo (PdM) ha evolucionado desde principios de la década de los 80, con la introducción de recopilaciones de datos basados en microprocesadores. Muchas de las características de funcionamiento de la máquina, como temperatura, presión, condición del aceite, vibración y rendimiento pueden tomarse como tendencia para identificar cambios. Sin embargo, uno de las falencias más grandes en el mantenimiento predictivo ha sido la incapacidad para identificar de manera fácil y precisa las fallas de los equipos eléctricos, como motores, transformadores, solenoides y otros equipamientos similares. Una de las principales razones fue la falta de instrumentos de mantenimiento predictivo, fáciles de usar, para probar motores u otros equipos electrónicos. Los instrumentos de mantenimiento predictivo deben: 1) ser manuales; 2) ser fáciles de usar; y 3) proporcionar corriente de salida en unidades convencionales. 2008, ALL-TEST Pro, LLC 15

21 Implementación del mantenimiento predictivo Implementar un programa de mantenimiento predictivo exitoso requiere mucho más que simplemente comprar un instrumento y tomar los datos. El programa de mantenimiento predictivo, cuando se emplea de manera correcta, requiere de un entendimiento completo del proceso de PdM. Un mantenimiento predictivo exitoso consiste en tres fases: detección, análisis y corrección. Cada una de estas fases es importante en su sentido propio. Los problemas aparecen cuando se intenta evitar o combinar alguna de estas fases. Detección: La fase de detección incluye el monitoreo periódico de las características de operación del equipo seleccionado. Estos valores se usan como tendencia, comparados con datos registrados anteriormente de esa máquina o de máquinas similares, luego comparados con los valores estándares publicados o predeterminados o revisados para cualquier cambio. Durante la fase de detección, el proceso de recopilación de datos debería realizarse rápida y cuidadosamente, con la intención de revisar tantas máquinas como sean posibles. Cuando se detecta un cambio, es posible que se necesiten datos adicionales para determinar la causa del cambio de estado de la máquina. Esto se realiza durante la fase de análisis. En la mayoría de los casos, los datos del MCA tomados durante la fase de detección pueden ser suficientes para identificar los cortocircuitos u otros problemas de devanado. Sin embargo, muchas veces, se deben realizar pruebas o recopilar datos adicionales para identificar el problema con mayor precisión. Generalmente, realizar estas pruebas para obtener un análisis más detallado durante el proceso de detección es una pérdida de tiempo, ya que retrasa el proceso. Los departamentos de mantenimiento predictivo más experimentados han reconocido la importancia de separar estos dos procesos. Análisis: el proceso de análisis incluye realizar pruebas adicionales y quizás diferentes de las del proceso de detección. Esta prueba adicional puede requerir desconectar el motor de la carga, girar el eje o separar los cables del motor y necesitan más tiempo para registrar los datos. Debido a que generalmente sólo unas pocas máquinas durante la inspección de detección muestran algún cambio significativo, es generalmente más efectivo en cuanto al tiempo registrar solamente los datos necesarios para identificar un cambio durante el proceso de detección y luego realizar a una revisión más detallada, una vez que se haya detectado el cambio. Sin embargo, si el lugar de la planta está lejos o tiene otras limitaciones de acceso, se puede justificar un registro de datos más detallados durante el proceso de detección. Corrección: la fase de corrección incluye corregir y eliminar el problema que desencadenó el análisis. Esto puede requerir una limpieza del motor, un ajuste de las conexiones o un completo rebobinado del motor. El tipo exacto de corrección y de 2008, ALL-TEST Pro, LLC 16

22 reparaciones lo determina el análisis. Los detalles para la corrección y eliminación de estos problemas no se incluyen en este manual. Consejos para el mantenimiento predictivo Las siguientes recomendaciones provienen de más de 20 años de experiencia con el MCA mediante la línea de probadores de motores ALL-TEST Pro TM. Se debe recordar que estas son sólo recomendaciones y que se diseñaron como sugerencias para ofrecer un programa óptimo. Es posible que no implemente todas y cada una de las sugerencias en todas las aplicaciones: 1) Cuando realice un Mantenimiento Predictivo (PdM) en motores eléctricos trifásicos, intente colocar el rotor siempre en la misma posición (por ejemplo: la chaveta del eje en la posición 12 en punto) ya que esto minimizará los cambios en la recopilación de datos debido a la posición del rotor (además, puede usar AT31 junto con ATIV para hacer una prueba compensada del rotor). Este paso se recomienda para tendencias a largo plazo. 2) Cuando se realiza la prueba inicial, si hay variaciones en las mediciones de inductancia de 5 a 15% entre las fases, realice una prueba de reposición del motor para determinar si la variación se debió a una relación de devanado/barra del rotor o si hay una falla en el rotor. Estas variaciones pueden ser normales o puede haber asimetría debido a la posición del rotor. Revise la sección de posición del rotor de este manual para obtener más información. 3) El límite máximo de tamaño del equipo que puede probarse de manera correcta depende principalmente de la resistencia de la CC del devanado. Para el ATIV, la resistencia de la CC del devanado tiene que variar entre 0,001 y 999 ohmios en cada fase. La capacitancia e inductancia del devanado más el largo del cable pueden impactar también en el rango de equipamiento que se va a probar. 4) Siempre marque los cables del motor y recopile datos de 1-2, 1-3, y 2-3. Este es el orden en el que el software TREND 2005/EMCAT PRO 2005 TM registra y muestra los datos. Establezca un patrón cuando enumere los cables, por ejemplo: de izquierda a derecha, de adelante hacia atrás o de arriba hacia abajo. También ofrece consistencia en las lecturas. Esta consistencia también ayuda a identificar en qué fase ocurrió la falla. Por ejemplo: si ocurre un incremento en la resistencia en 1-2 y 1-3, entonces se deben verificar las conexiones de la fase 1. Problemas con los resultados de la prueba y la recopilación de datos Hay problemas inherentes a los motores con fallas y a los procesos de recopilación de datos de motores en un entorno industrial. A continuación detallamos algunos de los problemas con la recopilación de datos mediante ATIV y sus resoluciones: 2008, ALL-TEST Pro, LLC 17

23 Malos resultados 1) La IEM (Inducción electromagnética) puede causar problemas con las lecturas de resistencia. Esto solamente ocurre cuando se realizan pruebas desde el MCC. La IEM puede provenir de cables muy cargados ubicados directamente junto a los cables del motor que está a prueba. Los valores están normalmente dentro del rango de milivoltios y no siempre son detectables con un multímetro o voltímetro. La frecuencia de voltaje bajo interfiere con el puente de resistencia en ATIV. Use la característica IEM de AT31 para medir el nivel IEM. Si no se puede quitar la IEM, se debe probar el motor desde el motor mismo. 2) Giro del rotor del motor. Si el eje de la máquina que se está probando gira, inducirá voltaje dentro del circuito del motor básico. Esto afectará todas las lecturas. Nota: Para determinar si el resultado malo surge del IEM o del eje que gira, use la característica del rotor del AT31. Si el eje está girando, el gráfico de barras en la pantalla se moverá hacia atrás y hacia adelante en la pantalla de AT31. Si el gráfico de barras se mueve de manera errática en la pantalla, verifique el nivel de IEM con la función IEM de AT31. 3) Resistencia baja. Si la resistencia de devanado es menor a 0,001 Ω, instalar un resistor pequeño (aproximadamente a 0,25 Ω) en serie con los cables de prueba puede incrementar la medición de resistencia en el rango de medición permitido. En espera 1) Cables de prueba en puertos incorrectos. La razón más común por la cual la pantalla de ATIV se muestra en espera es que los cables de prueba quedaron en los puertos de prueba de resistencia de aislamiento, después de medir la resistencia de aislamiento a tierra. 2) Circuito abierto. Si los cables de prueba están en el puerto correcto, entonces la señal de ATIV no tiene un trayecto completo y hay un circuito abierto. Realice la prueba más de cerca del motor para encontrar algún circuito abierto. El circuito abierto debe estar en los cables de prueba. Contrólelos para ver su continuidad. Lecturas incorrectas 1) Capacitores o tubos de descarga. En el circuito del motor, éstos filtrarán los resultados de prueba y crearán lecturas incorrectas que podrían proporcionar resultados positivos falsos o resultados negativos falsos. Siempre desconecte todos los capacitores o tubos de descarga que estén conectados al circuito del motor. Nota: El modo manual de ATIV proporciona un método conveniente de prueba para los capacitores averiados. 2) Mediciones de resistencia que no se repiten. La interferencia de la IEM causará valores de resistencia que no se repiten (vea Malos resultados previamente). La contaminación en el motor o en el cableado puede causar lecturas de resistencia que no se repiten. También, la acumulación de carbón o contaminación excesiva en el cableado. Desconecte los cables del motor en la caja de conexiones y vuelva a realizar la prueba. Las malas conexiones en las abrazaderas de prueba normalmente afectarán la resistencia solamente, pero también pueden afectar otras lecturas, según la gravedad. Si existe una asimetría en la resistencia, siempre vuelva a realizar la lectura antes de desaprobar al motor. Si las 2008, ALL-TEST Pro, LLC 18