David Sattler
L&S Electric
El objetivo de la impregnación por vacío y presión (VPI) es saturar completamente un devanado con resina aislante. A medida que la resina penetra en los materiales aislantes, los oscurece y al drenar la resina VPI del devanado, todo el aislamiento de las cabezas queda oscuro en un tono uniforme. El aislamiento de la conexión también debe quedar oscuro de forma pareja. Si algún aislamiento muestra un tono más claro, la bobina o el puente no han quedado completamente saturados y el devanado no está debidamente protegido. Si no se soluciona el problema, es probable que esto provoque un fallo prematuro en el equipo. Esto podría generar una garantía costosa o, como mínimo, la reparación no brindará a sus clientes la calidad que esperan y merecen.
uando el devanado no queda completamente oscuro, la causa más probable de que existan bobinas más claras, o bobinas "blancas", es que haya entrado aire durante la fase de presurización del proceso VPI. Debido a que el aire tiene una viscosidad mucho más baja que la resina, si se presenta la posibilidad, se precipitará para llenar los vacíos en la bobina antes de que la resina pueda alcanzarlos.
Note los espacios entre los conductores de la
Figura 1. Tal como se puede ver, a menudo, las bobinas son fabricadas con conductores rectangulares redondeados apilados como ladrillos, con dos columnas de ancho y con varias filas de alto. Donde quiera que se encuentren los bordes redondeados existen bolsas de aire (voids). Además, entre las capas de cinta que rodean las bobinas queda una pequeña capa de aire. Estas bolsas de aire están conectadas con otras presentes en las bobinas adyacentes mediante los puentes entre bobinas o entre grupos. Por lo tanto, si hay un camino para que el aire regrese a una bobina, este también puede llegar a una o más bobinas conectadas a ella.
Durante la etapa de vacío seco del proceso VPI, el aire que ocupa los espacios dentro de las bobinas sale a través de las capas de cinta y es evacuado de la cámara de proceso. Una vez se haya logrado la evacuación completa del aire (generalmente después de mantener el vacío por debajo de un valor establecido durante al menos una hora), la resina inunda el devanado y comienza a penetrar en las capas exteriores de cinta que cubren las bobinas del devanado que se enfría rápidamente. Mientras siga habiendo vacío en la cámara, la resina solo empapa el bobinado debido al contacto con la cinta que cubre las bobinas y la presión limitada proporcionada por la columna de resina líquida que rodea el devanado.
En este punto, ya sea que usted implemente una etapa de "vacío húmedo" o que aplique presión tan pronto como se inunde el devanado, una vez que se aplique presión, si no se ha tenido cuidado para asegurarse que no existe una vía posible para que entre aire en el devanado, el potencial de que la saturación quede incompleta aumenta.
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¿Vacío mojado o presión inmediata?
La etapa de "vacío mojado" es un período de espera de más o menos una hora que permite que la resina penetre en las capas de cinta mientras están más relajadas de lo que estarían cuando se aplique presión a la cámara.
Aplicar presión tan pronto se inunde el devanado aprovecha la menor viscosidad de la resina provocada por el calor del bobinado que se está procesando. La resina con menor viscosidad penetrará más fácilmente que una resina más fría con viscosidad mayor. La alternativa de esperar una etapa de vacío húmedo dará como resultado una resina de mayor viscosidad durante la etapa de presión porque el calor del bobinado se disipará en toda la resina.
Cada método tiene sus ventajas y desventajas, pero ambos pueden ser efectivos.
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Por ejemplo, si un estator se procesa con el núcleo en posición horizontal y se deja solo una pequeña parte del mismo sin sumergir, es probable que el aire se abra camino entre las láminas y las bobinas dejando vacíos en las bobinas. Otra ruta de retorno del aire que a menudo se pasa por alto es a través de los cables flexibles durante la presurización. Ya que el aire tiene un camino fácil alrededor de los hilos y paquetes de conductores dentro de la chaqueta de un cable flexible, la parte del cable que queda sumergida y que está conectado al devanado se debe sellar.
Procesar la unidad antes de conectar los cables flexibles es la mejor manera de evitar este problema, pero esto no siempre es práctico. Siempre que los cables se instalen antes del proceso VPI, el procedimiento para sellar los cables debe incluir un método probado que evite que el aire use los cables como canal para volver a entrar en las bobinas. Desafortunadamente, muy pocas guías escritas sobre el proceso VPI incluyen instrucciones sobre cómo sellar los cables para evitar la entrada de aire y la mayoría de ellas ni siquiera toca el tema.
El documento: Guide for Electric Motor Stator Winding Insulation Design, Testing and VPI Resin Treatment1 del Electric Power Research Institute (EPRI) establece: “Conecte los cables de salida y selle los extremos de cada cable con resina epoxi de curado a temperatura ambiente para evitar el ingreso de resina VPI durante la impregnación”. La especificación del Proceso de Epoxilite PS-43F2, paso 10, establece: “SELLADO DE CONDUCTORES: Se debe tener el cuidado especial de sellar el cable trenzado para evitar la impregnación; de lo contrario, los cables se quedarán rígidos y quebradizos”.
Estas instrucciones describen la importancia de sellar los cables de salida para evitar que se endurezcan si la resina penetra en ellos, pero tampoco plantean la importancia de evitar que el aire fluya a través de los cables hacia el devanado, lo que es aún más preocupante. Si bien los cables de salida rígidos y quebradizos ciertamente son indeseables, como se indicó antes, la entrada de aire puede evitar la penetración completa del devanado y provocar un fallo prematuro del equipo.
En el documento de EPRI antes mencionado que establece: “Selle los extremos de cada cable con resina epoxi de curado a temperatura ambiente" el sellado del extremo de cada cable es aceptable, incluso si algo de aire escapa de los cables durante la etapa de vacío seco del proceso. Lo importante es que no se permita que entre resina en el cable y que no ingrese aire en el devanado durante la etapa de presión del proceso.
Independientemente del método empleado, los cables deben quedar completamente sellados y tener la resistencia adecuada para manejar la diferencia de presión entre la cámara y las bobinas casi al vacío total. Los métodos de sellado de cables se pueden probar sumergiendo una muestra en agua y aplicando gradualmente aire comprimido al extremo no conectado del cable. Si no se forman burbujas, el cable está sellado correctamente. (Si bien con este método nunca he experimentado fallos en la chaqueta del cable debido a la presión aplicada dentro del mismo, siempre se debe tener cuidado al trabajar con aire comprimido).
Afortunadamente, durante el proceso VPI, la presión que actúa sobre un cable que tiene un extremo sin sellar por encima del nivel de resina es la misma en el interior que en el exterior (vea la Figura 2). En este sentido, sellar un cable no es como el intento inútil de parchar con cinta el exterior de una manguera de jardín con fugas. Se puede desarrollar un procedimiento que funcione de forma consistente para su proceso y vale la pena el esfuerzo.
Pero, incluso después de que se haya desarrollado un método probado para sellar cables, no descuide la búsqueda de bobinas "blancas" como parte de sus inspecciones posteriores al proceso. Si se observan bobinas “blancas”, trate de determinar la causa. ¿Estaba la unidad completamente sumergida o podría haber entrado aire a través de las láminas expuestas? ¿Habría entrado aire por los cables de salida? Si es así, ¿El proceso de sellado de los cables debe ejecutarse con mayor cuidado o el proceso actual aún necesita mejoras?
Independientemente de la causa, no ignore el problema de las bobinas "blancas" y solo espere "hacerlo mejor la próxima vez". Si las bobinas “blancas” son causadas por aire que vuelve a entrar en los devanados a través de los cables flexibles, es probable que las bobinas afectadas sean las bobinas conectadas a los cables de salida que están sometidas a tensiones entre espiras y a tierra más altas que cualquiera de las demás bobinas del devanado. Si no se soluciona este problema, los fallos prematuros y las costosas reparaciones por garantía se convierten en posibilidades reales.
Afortunadamente, si durante la inspección observa bobinas "blancas" en el devanado, no necesita comenzar el proceso de rebobinado desde cero. Primero mueva el estator sin curar a un lugar de trabajo seguro. Luego, con guantes desechables, retire con cuidado los amarres de las conexiones para acceder a todas las áreas afectadas (por lo general, donde los cables flexibles están conectados al devanado). Retire toda la cinta de los cables conectados a las bobinas que tienen un color más claro. Asegúrese de que las conexiones estén expuestas hasta el punto en que la resina entre en contacto con ellas y que no ingrese aire al cable principal. Vea la Figura 3. A continuación, vuelva a procesar el devanado duplicando o triplicando los tiempos de las etapas de presión junto con los ciclos de golpe (liberación de presión y re-presurización). Se necesita más tiempo porque la unidad está fría y se reduce la velocidad de impregnación de resina.
Después del reproceso, se debe observar un devanado que ha quedado oscurecido uniformemente debido a la resina. Vuelva a encintar las conexiones afectadas, usando resina procesada para humedecer completamente las cintas y los cordeles de amarre a medida que se aplican. (Si se requiere que las personas que hicieron el bobinado inicial y el sellado de los cables realicen este engorroso reproceso, estas comprenderán rápidamente la importancia de desarrollar y seguir técnicas comprobadas para sellar los cables. ¡No es un trabajo que querrán repetir!)
Si bien cada paso del proceso es importante, sellar los cables para evitar la entrada de aire es un paso que a menudo se ignora y que puede reducir ostensiblemente el problema de las bobinas "blancas" durante el proceso VPI. Agregar este paso al proceso de su empresa podría mejorar la calidad de su producto, reducir las costosas garantías y garantizar que sus clientes obtengan los motores confiables que esperan y merecen.
- Guide for Electric Motor Stator Winding Insulation Design, Testing and VPI Treatment
EPRI (Electric Power Research Institute) 1009700, Technical Update, October 2004, Section 7
- Process Specification PS-43F
Epoxylite document 8B6052
DISPONIBLE EN INGLÉS
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