Pruebas del estátor del generador

MI 3288 Comprobador de aislamiento de tierra

Los materiales actuales de aislamiento de cables eléctricos han avanzado mucho desde los tiempos de la seda y la gutapercha (látex natural), que, paradójicamente, había que mantener húmedos para que se adhirieran al cable y no se desprendieran. Tienen propiedades dieléctricas incomparablemente mejores, son más baratos y duraderos, y pueden fabricarse con cualquier forma. Sin embargo, no son inmunes a la degradación por elementos como las altas y (muy) bajas temperaturas, la radiación UV, la sobretensión, la humedad y las fuerzas mecánicas.

Dadas las graves consecuencias del fallo de los materiales, el análisis del aislamiento es uno de los métodos básicos para evaluar el correcto funcionamiento de prácticamente cualquier máquina, aparato, instalación o sistema eléctrico. Sin embargo, los requisitos, directrices y normas difieren enormemente de unos a otros. Los generadores y otras máquinas eléctricas rotativas (de gran tamaño) son ejemplos claros, ya que el aislamiento está sometido a mayores tensiones que en otras aplicaciones, en particular altas temperaturas y fuerzas mecánicas. Sin embargo, sigue siendo susceptible a elementos a primera vista mundanos como la humedad, que, si se dan las condiciones adecuadas, puede causar estragos y dañar irreparablemente la máquina.

Humedad, temperatura y aislamiento

Independientemente del material aislante exacto utilizado, el principal efecto de la humedad es (además de la degradación física del material provocada por diversos procesos químicos) la creación de vías de fuga conductoras que provocan una gran disminución de la rigidez dieléctrica y, en consecuencia, un aumento de la probabilidad de rotura (dieléctrica). En el caso de los generadores, la humedad del aire puede entrar en la máquina a través de los orificios de refrigeración o a través de grietas poco visibles en los que tienen un sistema de refrigeración de circuito cerrado (sistema de refrigeración por líquido).

Las fluctuaciones de temperatura en el interior de la máquina hacen que la humedad se condense en forma líquida y se filtre en el aislamiento de los bobinados. Si no hay medios para secar los devanados o nadie ha comprobado la calidad del aislamiento, la máquina puede tener una vida útil muy corta. Pero la humedad puede entrar en la máquina incluso cuando no está en funcionamiento, es decir, en condiciones de almacenamiento inadecuadas, expuesta al sol y a otras influencias ambientales perjudiciales. Una máquina así debe inspeccionarse a fondo antes de ponerla en funcionamiento, y eso fue exactamente lo que tuvo que hacer un inspector de seguridad eléctrica afiliado a Metrel en el caso de un generador de 100 kW del que se sospechaba que estaba afectado por la humedad debido a las condiciones de almacenamiento.

Fuera del almacén, pero aún no en funcionamiento

Un generador de 100 kW (trifásico, 50 Hz, 400 V / 195 A, 1000 r/min) se utilizó durante unos 10 años en una microcentral hidroeléctrica (turbina Francis), hasta que se desmanteló la central por problemas con el caudal de agua. El generador se almacenó entonces en un almacén bastante ruinoso, no lejos de la antigua central, pero cerca de un pequeño estanque, junto con otra maquinaria eléctrica, incluidos varios motores eléctricos de gran tamaño. Se descubrió que el estator (inducido) y el rotor estaban mal aislados y hubo que repararlos, y se sospechaba que el generador, que estaba a punto de instalarse en una nueva central (hidroeléctrica), podría tener problemas similares.

Pruebas PI, DAR y DD

El generador se transportó a un taller de reparación de un fabricante de transformadores. Las grandes cantidades de interferencias electromagnéticas que pueden encontrarse en este entorno y en otros similares pueden ser problemáticas a la hora de realizar pruebas y mediciones, pero el comprobador de aislamiento de tierra MI 3288 que utilizó el inspector viene con cables de prueba apantallados que mitigan en gran medida este problema. Además, dispone de terminales de entrada de protección y los cables de prueba vienen con las derivaciones de conexión adecuadas, lo que elimina las posibles corrientes de fuga derivadas de la contaminación superficial y la humedad y que pueden influir en la precisión de la medición.

Sin embargo, antes de comprometerse con cualquier medición/análisis de la resistencia de aislamiento, se debe pensar más que de pasada en la resistencia mínima deseada para la máquina/sistema en cuestión. Una buena regla general es al menos 1 MΩ de resistencia por cada kV. Aunque este número (1 MΩ) sólo es válido a temperatura ambiente (20 °C). A temperaturas más altas, los requisitos aumentan muy rápidamente: por cada 10 °C, el requisito de resistencia aumenta más del 50 % (máquinas rotativas de clase B). Por ejemplo, a 40 °C la resistencia debe ser de al menos 2,5 MΩ por cada kV (nominal).

La relación entre la humedad y los cambios en la resistencia no es tan sencilla y varía enormemente en función de los distintos materiales aislantes, pero aún así se puede afirmar cómodamente que cualquier humedad reduce la resistencia del aislamiento. En cualquier caso, el inspector conectó los devanados del rotor y del estator del generador al comprobador de aislamiento a tierra MI 3288 y realizó tres mediciones distintas para cada uno: método de aumento de tiempo/índice de polarización (PI), relación de absorción dieléctrica (DAR) y prueba de descarga dieléctrica. De las tres, la mejor opción para evaluar los daños causados por la humedad en el aislamiento es la prueba de descarga dieléctrica (DD).

El objeto sometido a prueba se mantiene bajo alta tensión durante un periodo de tiempo prolongado, normalmente entre 10 y 30 minutos. A continuación, se desconecta la tensión y se mide la corriente de descarga. Las corrientes (de descarga) medidas del generador eran, como se predijo inicialmente, muy altas, al igual que (obviamente) el resultado de la DD, superior a 5 (un buen valor suele ser inferior a 2).

En consecuencia, se revisó el generador; se desmontó el rotor y se limpió a fondo, al igual que el estator. Se comprobó visualmente que ambos no estuvieran dañados y se almacenaron en una sala con calefacción y atmósfera controlada para que se secaran por completo. Una vez montado, el generador se volvió a evaluar con el comprobador de aislamiento a tierra MI 3288 y salió airoso: el aislamiento se consideró bueno y el generador se puso en funcionamiento en la nueva central eléctrica.