Mike Howell
Especialista de Soporte Técnico de EASA 

La pregunta sobre los niveles de tensión utilizados en la prueba de impulso para comprobar el aislamiento entre espiras de los estatores de pletina surge muy a menudo. ¿Y por qué nos la hacemos? Muchos centros de servicio tienen buenos fabricantes de bobinas en sus listados de proveedores calificados y varios clientes que poseen motores de pletina. No es improbable que cada fabricante de bobinas y cada cliente puedan especificar niveles de prueba diferentes. Aún más, la mayoría de las normas o guías disponibles proporcionan un rango de niveles de prueba. Esto es debido a que no todos los sistemas de aislamiento están diseñados con la misma capacidad para soportar impulsos. Además, las propiedades del aislamiento entre espiras de un sistema en particular pueden variar ampliamente, dependiendo del grado de procesamiento alcanzado al momento de la prueba.

Dado que la gran mayoría de los estatores de pletina fabricados actualmente son procesados con el sistema de impregnación global por presión y vacío (VPI), uno de los retos más comunes es probarlos antes de procesarlos, utilizando un voltaje suficientemente alto para detectar defectos significativos pero lo suficientemente bajo para evitar dañar el aislamiento “no curado” ya que su estado está sin terminar. Los trabajos efectuados en este ámbito han revelado que las pruebas de las bobinas del estator realizadas en un núcleo flotante (no aterrizado), antes del tratamiento VPI, pueden reducir los esfuerzos eléctricos a tierra en un 50%.

Amplitud y tiempo de subida del impulso
Antes de discutir cuando se debe realizar la prueba de impulso y el nivel de prueba específico, vamos a revisar los dos términos utilizados con más frecuencia para describir la prueba. La Figura 1 muestra la forma de onda típica de un impulso, en la cual el tiempo está graficado en el eje X y el voltaje en el eje Y. Los dos valores anotados son la amplitud y el tiempo de subida del impulso. La amplitud del impulso aquí se refiere al primer pico de la forma de onda y esto es a lo que normalmente llamamos voltaje de prueba. El tiempo que toma la forma de onda en subir desde el 10% al 90% de la amplitud del impulso se denomina tiempo de subida (IEEE 522) y el impulso alcanzará el valor pico al 125% del tiempo de subida. Tenga en cuenta que la IEC 60034-15 define la duración del frente como el tiempo para alcanzar el valor pico. Para que la prueba someta a esfuerzo el aislamiento entre espiras, el tiempo de subida deberá ser lo suficientemente pequeño (muy por debajo de 1 microsegundo). Las normas usualmente empleadas requieren un mínimo de 3-5 impulsos y la mayoría de los equipos de prueba comerciales superan con creces este número durante los pocos segundos requeridos para analizar la forma de onda.

Se debe verificar la capacidad del bobinado para soportar impulsos siguiendo uno o más de los siguientes pasos del fabricante: (a) Bobinas individuales antes del montaje dentro de las ranuras (b) Bobinas individuales después del montaje pero antes de que sean conectadas, cuñadas y aseguradas en su sitio y (c) Con el estator completamente bobinado y totalmente curado. La mejor práctica consiste en hacer las pruebas siguiendo los pasos (a) y (b) y realizar una prueba adicional con tensión reducida después de la conexión final, pero antes de procesar el bobinado. La prueba a tensión reducida puede dar cierta seguridad que la conexión es correcta.

Los niveles de prueba deberán ser acordados previamente entre el fabricante de bobinas, el centro de servicios y en algunos casos con el cliente. Dependiendo de la aplicación y el diseño del sistema de aislamiento, los valores típicos para las bobinas totalmente curadas (100%) y para las bobinas sin tratar o “sin curar” (60%) se muestran en la Tabla 1 para algunos de los voltajes más comunes. Dichos valores son consistentes con la IEEE 522 y la IEC 60034-15 aunque las normas incluyen un rango de niveles de voltaje reducido entre el 40% y el 80%. La IEEE 522 refiere 3.5 por unidad (p.u.) como el voltaje estándar a soportar y 2.0 p.u. como el voltaje para la prueba a tensión reducida en bobinados en los que sea improbable que vean impulsos de alta magnitud y con frente rápido (donde 1 p.u. = voltaje a tierra pico del bobinado del estator). La NEMA MG-1 adopta el enfoque opuesto, refiriéndose a 2.0 p.u. como voltaje de prueba estándar y a 3.5 p.u. como nivel de prueba para los bobinados diseñados con capacidades más altas para soportar impulsos. La IEC 60034-15 define el voltaje de la prueba de aislamiento entre espiras, U'_p en función del voltaje pico nominal para soportar descargas-impulsos, U_p.

A continuación, podemos ver un par de ejemplos de cómo se pueden calcular los valores para la prueba de impulso en diferentes escenarios.

Ejemplo 1
Un estator de 4 kV está siendo rebobinado para ser procesado con VPI global y la orden de compra del cliente establece que el bobinado deberá estar diseñado con una capacidad para soportar impulsos de acuerdo con la IEC 60034-15. 
U_p = 4 VL-L + 5 kV = 4 · 4 + 5 = 21 kV
U’_p = 0.65 U_p = 0.65 · 21 = 13.7 kV

Para cumplir con la IEC 60034-15, se puede realizar la prueba de impulso antes de la impregnación VPI en el rango comprendido entre 5.5 kV (40% de 13.7 kV) y 11.0 kV (80% de 13.7 kV). Si el fabricante de bobinas determina que 5.5 kV es un voltaje muy alto para el material que está utilizando, el sistema de aislamiento deberá ser modificado o será necesario realizar una excepción en la orden de compra del cliente. Si fuese requerida una prueba de impulso para el bobinado después del tratamiento VPI, esta podría ser realizada a 13.7 kV.

Ejemplo 2
Un estator de un generador de 2.3 kV está siendo bobinado in situ utilizando bobinas barnizadas y curadas. Estas bobinas tienen el aislamiento entre espiras y a tierra completamente curado. Las especificaciones de rebobinado requieren una capacidad para soportar impulsos de 3.5 por unidad de acuerdo con la IEEE 522.
1 p.u. = 2.3 √ (2/3) = 1.88 kV
3.5 p.u. = 3.5 · 1.88 = 6.6 kV

Si son diseñadas y construidas adecuadamente, estas bobinas totalmente curadas pueden ser probadas de forma segura con 6.6 kV después de su fabricación y podrán ser ensayadas nuevamente una vez se encuentren aseguradas en su sitio. Repetir la prueba de fábrica después que las bobinas están aseguradas en su sitio garantiza que durante el proceso de instalación no se ha causado o se ha evidenciado un corto entre espiras. La prueba de impulso en un bobinado de pletina completamente terminado puede ayudar a identificar errores de conexión pero no es muy efectiva para probar el aislamiento entre espiras de todo el bobinado.

El centro de servicios debe prestar máxima atención para entender los sistemas de aislamiento que está utilizando en los estatores de pletina para así prevenir causar daños al aislamiento durante el proceso. Es buena idea revisar periódicamente con su proveedor de bobinas lo que usted está especificando y verificar siempre las especificaciones del cliente antes de fabricar las bobinas. En algunos sistemas de aislamiento cuyos materiales están concebidos para VPI global, incluso los niveles del 60% mostrados en la Tabla 1 pueden llegar a ser muy altos para las pruebas durante el proceso. Las bobinas “no curadas” bien construidas pueden pasar pruebas a niveles excesivos, pero la actividad de descargas parciales que ocurre en las burbujas de aire (voids) de las capas de cinta puede iniciar un flujo de corriente por la superficie del aislamiento (tracking) que reducirá la vida del bobinado terminado. Como ocurre con muchos procesos especiales no se puede asegurar la calidad mediante pruebas. Usted la tiene que estructurar con personal calificado, materiales de calidad y mediante el control de los procesos. Utilizando los niveles adecuados de prueba dependiendo del aislamiento empleado, se deben detectar defectos significativos incluso a tensiones reducidas. Tenga cuidado de evitar “probar mucho” los devanados. Realizar muchas pruebas subsecuentes al 100% del voltaje de prueba puede dañar un bobinado que se encuentre en buen estado.

DISPONIBLE EN INGLÉS

Categories: AC motors, Stators/windings, Testing, Motor testing

Tags: Form wound Surge comparison test

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