Falla Por Aislacion
FALLA POR AISLACION
Generalidades
Los
aislamientos en un motor eléctrico juegan un papel importante en la
construcción física del motor eléctrico. Es considerado como el corazón de un
motor eléctrico y como elemento tiene un gran efecto en la duración e historial
del mantenimiento de la maquina. Se ha considerado que la duración depende de
un buen mantenimiento y que da a una gran capacidad del sistema de aislamiento.
En el funcionamiento del aislamiento está
constituido para evitar el paso de corriente, evitar esfuerzos mecánicos,
evitar hasta un límite las altas temperaturas originadas por sobrecargas y por
ultimo proteger por agentes externos como la humedad, y la contaminación por
cualquiera de los agentes químicos en el ambiente. El
sistema de aislamiento busca aislar las bobinas entre si, al igual trata de
aislar las bobinas de las diferentes fases, bobinas de la carcasa de la máquina
y aislar las láminas del núcleo magnético. Pero así como un descuido en el mantenimiento el
aislamiento del motor de esta máquina queda inutilizado.
Como
ventaja del sistema de aislamiento debido a un buen mantenimiento trae como una
reducción en los costos de energía, el aumento de la productividad y un
funcionamiento seguro. Es por ello que las empresas dedicadas al mantenimiento
en el sistema de aislamiento, han puesto interés porque de ello depende la
continuidad de la producción. De hecho es indispensable que el personal a cargo
del mantenimiento a adquiridos sólidos conocimientos en la zona de aislamiento
para establecer un programa eficaz en el mantenimiento.
Función Del Aislamiento
Todo
sistema de aislamiento es considerado como; una parte que no se desgasta ni tampoco
envejece, es por eso que son muchas las causas que dañan con facilidad el
aislamiento, como el mal uso del mantenimiento, condiciones ambientales y
otros.
Las
funciones principales que cumple el sistema de aislación es por; eléctrico,
mecánico, térmico y otros. El aislamiento como función eléctrica impide el paso
de corriente entre bobinados y tierra, el aislamiento como función mecánica
realiza una resistencia mecánica para impedir vibraciones, el aislamiento como
función térmica es impedir hasta una cierta elevación de temperatura para
evitar corto circuitos y así también es proteger contra agentes ambientales.
Véase en la Tabla las propiedades requeridas del sistema de aislación.
Eléctricas
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Térmicas
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Mecánicas
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Condiciones Del Ambiente
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Resistente a corona
Resistente a los arcos
Alta resistencia en el aislamiento
Larga duración con esfuerzos eléctricos continuos
Bajo factor de potencia
alta rigidez dieléctricas
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Resistir el calor
No se agriete
Baja pérdida de peso
Mantener resistencia física
Efectos de la expansión
Conducir calor
Choques por cambios de temperatura.
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Resistente a los choques
Alta resistencia
Compresiva
Gran integridad interna
Buena adherencia
Resistencia a la abrasión
Alta resistencia a la abrasión
Alta resistencia al desgarramiento
Alta resistencia a la tracción.
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Resistir a los ácidos
Resistir a los álcalis
Resistir al agua
Resistir a los disolventes
Resistir a la sal
Resistir a los hongos
Resistirá las llamas.
|
Tabla: Propiedades Requeridas En El
Aislamiento Para Motores (Fuente Motores Eléctricos Selección, Mantenimiento y Reparación, Schitch-gear and Control Handbook Robert W. Smeaton).
Características Del Aislamiento
El
sistema de aislamiento busca aislar las bobinas entre si, al igual trata de
aislar las bobinas de las diferentes fases, aislar las bobinas de la carcasa de
la máquina y aislar las láminas del núcleo magnético. Los componentes básicos de un aislamiento en
un motor, cumple diferentes funciones estas son:
- Aislamiento De La Ranura. Su espesor debe de ser limitado, cumpliendo la función de
aislamiento de los devanados entre sí, todo respecto a masa sin ocupar
demasiado espacio para las bobinas;
-
Separador Entre Fases. Cumple la función de aislar las fases entre cada una, para motores de mayor tamaño
normalmente son encintados;
-
Propio Del Conductor. El conductor es cubierto con un esmalte normalmente dependiendo
de las características del motor llegan a ser aislados con barniz o poliéster;
-
Aislamiento Inter Laminar. Se debe de aislar cada lámina del núcleo laminado;
-
Barniz Adicional. En cada motor existe un barniz impregnado que cumple la
función de aislar, y evitar la contaminación;
-
Cuñas. Normalmente lleva una cuña
en cada ranura cumple la función de sujetar la bobina, sirve como una sujeción
mecánica y evitar vibraciones;
Figura: Aislamiento Básico
De Un Motor Eléctrico (Fuente Impacto de los Materiales Aislantes y el Proceso de Barnizado en el
Rebobinado de Motores Eléctricos de Inducción de Baja Ten-sión, Oscar Nuñes Mata)
En la
actualidad casi todos los motores grandes tienen aislamiento clase F. un motor
quizás no requiera especificarlo para puntos calientes sin embargo, los
sistemas de aislamiento, que pueden resistir temperaturas más altas serán más
confiables por un periodo más largo, porque pueden soportar con más eficacia el
calor de las sobrecargas de corta duración.
Temperatura Nominal En Los Aislamientos
Es muy
difícil hacer una proyección de una larga duración, principalmente porque no se
puede prever y controlar la actividad del efecto corona, efecto de calor y los
otros factores citados. Se ha determinado que uno de los factores que afecta a la
aislación, es la temperatura de operación de las maquinas, produciendo efecto
histéresis y corrientes circulantes en las laminaciones, etc. Por esta razón es
importante que los aislamientos se mantengan en los límites de temperatura, que
garanticen su correcta operación sin perder sus propiedades aislantes.
En
materiales aislantes para maquinas eléctricas incluyendo los motores con relación a su estabilidad térmica cubre
las siguientes clases de materiales que se usa por lo general. En la Tabla se presentan las clases estándar de aislamiento con base en las temperaturas de
punto caliente.
Clase
de aislamiento
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Características
del Aislamiento
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Limite
De Temperatura
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A
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Este
aislamiento contiene papel de trapos o película poliéster. Se usan en motores
de potencia fraccionaria como taladros eléctricos, aspiradores, artefactos,
electrodinámicos pequeños.
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105
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B
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Este compuesto
laminado de tres capas: fibras película
y fibra poliéster que pueden saturar con resinas de poliéster o epoxi.
Según la norma NEMA, casi todos los comercios para instalaciones de aire
acondicionado de refrigeración. Así como motores fraccionarios para diversas
aplicaciones.
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130
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F
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Este
aislamiento consiste en materiales tales como la mica de vidrio, asbesto etc.
Se coloca este aislamiento para prolongar la vida de los motores que se
emplean en aplicaciones industriales
como compresores bombas ventiladores etc.
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155
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H
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Este
aislamiento consiste en materiales, tales como el silicón, elastometro
de materiales como la mica, fibra de
vidrio, asbesto. Se emplean en aplicaciones de alta temperatura en lo que se
requiere la máxima confiabilidad como los trenes, motores code D y en lugares
de alta temperatura ambiental y a gran altitud.
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180
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Tabla : Temperatura Nominal De Los
Aislamientos Y Características De Aislamientos (Fuente Impacto de los
Materiales Aislantes y el Proceso de Barnizado en el Rebobinado de Motores
Eléctricos de Inducción de Baja Ten-sión, Oscar Nuñes Mata).
Fallas En La Zona Del Aislamiento
Muchas son las influencias externas que afectan la
vida de los sistemas de aislamiento. Estas influencias incluyen la
contaminación, polvo en la superficie del aislamiento, químicos en el ambiente
que atacan y destruyen la estructura molecular permitiendo que el material se
vuelva conductivo ocasionando como fugas de corrientes. Los daños físicos son debido
al manejo inapropiado o choque accidental, vibraciones y excesivo calor por la
cercanía al proceso industrial. Las variaciones de voltaje en los conductores
del aislamiento, así como los picos causados por variaciones de frecuencia,
pueden disminuir el esfuerzo dieléctrico al punto de falla.
1. Fallas Por Condiciones Ambientales
Con la
contaminación produce cambios de calor en la estructura molecular hacen que el
material aislante se vuelva conductivo permitiendo que la corriente sea forzada
a través del sistema aislante, algunas que causan la falla del sistema aislante
son:
La Humedad. Los altos grados de humedad
en el ambiente causan que se acumulen humedad en el interior del equipo del
sistema aislante reduciendo así la resistencia de aislación permitiendo la
circulación de corriente alrededor del sistema aislante llevando así a daños
por corto circuitos. En los terminales partes conductivos, empalmes, laminas de
núcleo, partes metálicas en contacto con el ambiente produce la corrosión
llevando a la oxidación.
La Contaminación. La suciedad se acumula alrededor de la carcasa el cual se
comporta como un sistema aislante permitiendo que el motor no tenga una libre
ventilación elevando así la temperatura por un periodo largo sin que las
protecciones del motor puedan actuar. En el sistema aislante la acumulación de
contaminación evita la obstrucción del flujo normal del aire produciendo así el
aumento de temperatura. Si se combina
con aceites o con humedad la suciedad se puede convertir en conductor. Debido a
la gran diversidad de industrias que trabajan por condiciones de servicio en
ambiente sucio, se presta más atención a los equipos eléctricos.
2. Fallas Pro Condiciones Térmicas
Debido al ambiente que rodea a estos motores, por
procesos industriales aledaños, sobrecargas, rotor bloqueado, arranques
sucesivos, y diferentes magnitudes como rozamiento o fricción, pueden afectar
la calidad del sistema de aislamientos.
Fallas por sobrecarga. Típicamente esto daña las tres
fases del bobinado, estos son debido a demandas de cargas mecánicas que exceden
la potencia del motor. Otras sobrecargas son debido a variaciones de voltaje
bruscas por periodos largos excediendo así los estándares NEMA del propio
motor.
Fallas Por Rotor Bloqueado. Un severo deterioro térmico del aislamiento
en las tres fases del motor es causado por corriente excesivamente altas debido
a la operación a rotor bloqueado o semi-bloqueado. Esto también puede ocurrir
por arranques o reversión de giro.
Arranques
Sucesivas De Motores. Cuando un motor no
está diseñado para cargas intermitentes permite que al arrancar cada momento el
motor se eleve la temperatura más que anteriormente esto es que al operar el
motor de inducción, este arranca con corrientes excesivamente altas provocando
excesivamente altas temperaturas y desbalances el cual aparecen un calentamiento
indebido.
3. Fallas Por Condiciones Eléctricas
Fallas
por desbalances de voltaje. El
deterioro térmico del aislamiento en una fase del bobinado puede resultar de
voltaje desbalanceado. Cuando los voltajes de línea aplicados a un motor de
inducción no son iguales, corrientes de secuencia negativa son introducidas en
los devanados del motor. Estas corrientes producen en el entrehierro un flujo
opuesto al flujo del motor. Esto reduce el par afectando la operación e
incrementando la temperatura del motor.
Grafica: Variación Del Factor De Potencia
Vs Porcentaje De Voltaje Variable (Fuente Motores Eléctricos Selección,
Mantenimiento y Reparación, Schitch-gear and Control Handbook Robert W.
Smeaton).
NEMA
recomienda niveles de degradación basados en el porcentaje del desequilibrio de
voltaje. No opere un motor cuando el desequilibrio de voltaje se encuentra por
encima del 5%.
Bajo
voltaje. Para
operar con una carga fija mecánica, un motor debe de trabajar con una cantidad
de potencia constante. La cantidad de potencia está relacionada aproximadamente
por el producto de voltaje y corriente. Con un voltaje inferior habrá un
aumento de la corriente para mantener la potencia requerida. Es necesario
entender otros efectos importantes del funcionamiento del motor tales como el
arranque, paradas, torque, etc. De esta manera una reducción del 10 % del
voltaje de placa (100 a 90 %, 480 a 432 voltios) de los valores a voltaje
nominal. Claramente será difícil arrancar con aquellas cargas en determinadas
condiciones.
Alto
voltaje. El
voltaje alto en el motor tiende a saturar la parte magnética de este. Esto hace
que se presente una corriente excesiva en el esfuerzo para magnetizar el hierro
más allá del nivel al cual puede ser magnetizada rápidamente. Por ejemplo
motores antiguos fueron diseñados para
220/440 V. Sin embargo, a pesar de esta tolerancia el mejor funcionamiento será
al voltaje de diseño. Estas tolerancias existen no para ser un estándar que
pueda ser usado todo el tiempo, sino para las oscilaciones de voltaje normales
de planta.
Grafica: Porcentaje De Parámetros Del
Motor Vs Porcentaje De Variación De Voltaje (Fuente Motores Eléctricos
Selección, Mantenimiento y Reparación, Schitch-gear and Control Handbook,
Robert W. Smeaton).
Los gráficos mostrados en la Grafica 3-4 es usado
ampliamente para ilustrar los efectos generales de alto y bajo voltaje sobre el
funcionamiento de motores de carcasa tipo T. estos efectos cambia
significativamente de un diseño de motor a otro. Simplemente para una operación
eficiente de los motores eléctricos deben de trabajar a voltajes nominales.
Fallas Por Picos De Voltaje.
Esta falla en el aislamiento es causado por picos de voltaje. Los picos
de voltaje son frecuentemente el resultado de switcheo, descargas eléctricas atmosféricas,
descarga de capacitores y los efectos de dispositivos de estado sólido tales
como variadores de frecuencia.
Por lo general los picos de tensión duran pocas
décimas de segundo por lo tanto no afectan a los motores. Existe otro tipo de
pico de tensión originado por una descarga eléctrica de tipo atmosférico, en
ese caso se notará el motor deteriorado en un punto localizado el cual no es
repetitivo. Vale la pena destacar que las fallas por picos de tensión no son
muy comunes, por lo tanto suelen estar aterrados evitando así el daño a los equipos.
4. Fallas por Condiciones Mecánicas
Mal Mantenimiento. El
personal inapropiado en el mantenimiento del motor, causa que debido a choques
accidentales, mal uso de las herramientas, mala realización en la limpieza del
aislante con químicos inapropiados etc. Son también causantes de los daños
causados por el sistema aislante.
Vibración. Si los bobinados eléctricos del estator están
ligeramente sueltos, como el deterioro de las cuñas de aislación que permiten
que los bobinados estén sueltos estos causan que los niveles de vibración
aumenten. Este tipo de fallas es muy destructivo, ya que daña el aislamiento de
los conductores, provocando cortocircuitos entre los devanados, incluso a
tierra y fallo del estator.
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