Procedimiento Para El Analisis De Fallas En Motores Electricos En Dinámico Y Estático

Procedimiento para el Monitoreo, Medición y Análisis de Variables Eléctricas y Magnéticas en estado estático y dinámico de Motores de Inducción.

Presentación

Una vez identificado el problema de la insuficiencia de información arrojada por las pruebas tradicionales para motores eléctricos, se procedió a la elaboración de la propuesta, la cual tuvo como propósito fundamental, proporcionar un mecanismo que permita mejorar la calidad de la información que puede obtenerse para la elaboración de un diagnóstico acertado en cuanto al estado de los motores eléctricos de inducción.

Justificación

El motor de inducción es uno de los equipos eléctricos de mayor aplicación en el ámbito industrial. Muchos de estos motores de gran capacidad se utilizan en empresas de gran importancia como por ejemplo la industria minera, la petrolera, la del acero y la de papel, en donde una falla repentina puede producir graves consecuencias, por lo que resulta necesario asegurar su continuidad operativa mediante la detección oportuna de fallas incipientes originadas por los esfuerzos eléctricos, magnéticos, mecánicos y térmicos, a los que se someten durante su operación. Conocer a tiempo una falla incipiente permite planear la remoción del motor con fines de mantenimiento y reducir pérdidas de producción. (Carvajal, F., 1998).

Descripción del Procedimiento

Luego del análisis detallado de las últimas tecnologías, se propone un procedimiento basado en la triangulación de los datos de prueba obtenidos desde tres enfoques diferentes como son el eléctrico, el magnético y el térmico, tomados en estado estático y dinámico de los motores de inducción. El procedimiento incluirá dos fases principales: monitores en estado dinámico y monitoreo en estado estático.

Fase I. Monitoreo en estado Dinámico de Motores de Inducción

La posibilidad de una falla eléctrica que produzca algún tipo de arqueo en un motor ubicado en un área peligrosa resulta inaceptable, por lo que se requieren técnicas confiables de diagnóstico en estado dinámico que permitan detectar problemas incipientes en los devanados con el motor operando en línea y bajo condiciones de carga nominal. Estas técnicas de diagnóstico en línea deben ser no invasivas tanto como sea posible e intrínsecamente seguras. El diagnóstico en estado dinámico de motores de inducción estará basado en las siguientes técnicas:

- Monitoreo térmico de componentes.

- Análisis de la potencia eléctrica de alimentación

- Análisis de las corrientes de fase

Monitoreo Térmico de Componentes. Una alta temperatura en el motor (causada por el ambiente o por un problema del motor mismo) es frecuentemente causa de falla. Los motores deben operar dentro del valor límite de elevación de temperatura de acuerdo con el tipo de aislamiento de sus devanados para asegurar una vida útil adecuada. Las normas NEMA, (Standard Publication, 1993) indican que por cada 10ºC que el motor opere sobre su valor límite de elevación de temperatura, la vida útil de su aislamiento se reduce a la mitad.

El monitoreo térmico de los componentes del motor permite determinar si existe algún incremento anormal de temperatura o detectar la presencia de puntos calientes. El monitoreo térmico se lleva a cabo con la finalidad de obtener un mapa de temperaturas del motor, de detectar los puntos máximos de temperatura y de determinar las posibles causas.

Análisis de la Potencia Eléctrica de Alimentación. Las técnicas empleadas para el análisis de la potencia eléctrica de alimentación a motores de inducción se basan en la medición simultánea y en el análisis de las señales de voltaje y corriente de alimentación al motor. Este análisis permite identificar desbalances de voltajes, picos de voltajes, niveles elevados de distorsión armónica y fallas incipientes en el devanado del estator.

La presencia de conexiones de alta resistencia, tanto en el motor como en el circuito de alimentación principal, traen como resultado desbalances de voltajes y altas corrientes circulantes. Estas corrientes causan elevación de temperaturas en los devanados del motor, lo cual puede provocar daños al aislamiento. Mediante la medición y el análisis de los tres voltajes de fase y el cálculo del nivel de desbalance se puede determinar la severidad de la conexión de alta resistencia.

Los picos de voltaje dentro del circuito de potencia del motor pueden ser provocados por diferentes causas, incluyendo arranques y paros de cargas en la planta y el uso de equipos de control de estado sólido como controladores de velocidad de frecuencia variable. Los picos de voltaje de magnitud considerable someten al motor a esfuerzos eléctricos adicionales, lo que resulta, eventualmente, en fallas catastróficas del sistema aislante. Estos picos de voltaje se pueden identificar mediante el análisis de las señales de voltaje y corriente para determinar su factor de pico(relación del valor de cresta de la señal medida al valor rms de la forma de onda fundamental).

Otra causa de problemas en los motores es la presencia de armónicas en la línea de suministro, las cuales son causadas por el uso de dispositivos de estado sólido, como los variadores de velocidad. Un alto contenido armónico en la alimentación de los motores puede causar problemas como sobrecalentamiento en devanados de estator y rotor, pares pulsantes y ruido. No deben obviarse estas mediciones con el fin de verificar que el nivel de contenido armónico que alimenta al motor se encuentre dentro de los límites aceptables.

Análisis de las Corrientes de Fases. El diagnóstico en línea de motores mediante el análisis de las corrientes de fase es un método no invasivo aplicado para detectar la presencia de fallas incipientes tanto mecánicas como eléctricas. Esta técnica se basa en el análisis de los espectros en frecuencia de alta resolución de la corriente de alimentación del motor operando en línea bajo condiciones de carga nominal. Esta técnica de diagnóstico basada en el análisis de las corrientes de fase utiliza la medición simultánea de las tres corrientes de fases del motor y permite detectar diversas condiciones de falla en los motores eléctricos que no pueden diagnosticarse adecuadamente a través de la simple medición de vibraciones mecánicas como son:

- Ruptura de Barras del Rotor

- Grietas

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