2014 Presentacion Static Dynamic NetEp (1)

Marzo 2009 © SKF Group Slide 0

Análisis Estático y Dinámico de Máquinas Rotativas

Presentado por:

Luis Beltrán, E.E., M.B.A.

Gerente de Producto, América Latina

SKF CMC Fort Collins


SKF y Baker Instrument

Company

1


SKF y Baker Instrument Company

• SKF compró Baker en Junio 2007.

• SKF CMC Fort Collins (Baker Instrument Company)

esta localizado en Fort Collins Colorado, USA.

• 65 empleados +


SKF – Baker Instrument Company

• Oficinas de SKF y distribuidores alrededor del mundo

• Equipos de prueba de calidad para devanados eléctricos

• Más de 50 años de experiencia en pruebas de motores

eléctricos

• Entrenamientos (hasta 3 niveles):

En las instalaciones del cliente (Español)

Cursos abiertos al público (Español)

En nuestras instalaciones (Inglés)


SKF y Comulsa Perú

Distribuidor exclusivo en Perú:

Ing. Leopoldo Chaname

[email protected]


Equipos para el programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas

Empleado para el mantenimiento predictivo, diagnóstico

y aseguramiento de calidad.

•Pruebas fuera de línea o estáticas

AWA DX

•Pruebas en linea o dinámicas

Explorer 4000


Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas

Que es lo que realmente se busca?

Ahorros $$$$$$$ !!!!

• Reducir paradas no programadas

• Análisis de Ia raíz de la causa de los problemas

• Ahorro de dinero en el gasto de energía eléctrica

• Análisis de la interacción: Energía – Motor - Carga

• Aseguramiento de la Calidad del Motor (nuevo o

reparado)


Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas

La pregunta no es si un motor va a

fallar

La pregunta es CUANDO!!!


2Vida útil de una máquina

rotativa


Aislamiento, Voltaje de Ruptura vs. Tiempo

Leopoldo Chanamé Carpio

Gerente de Ventas

RPC: +51 1 991763326

Skype: COMULSA.Leopoldo.Chaname

E-mail: [email protected]

Innovamos con energía junto a ti

mailto:[email protected]


Pasos Típicos de Fallas de Motores

1. Aislamientos nuevos tienen alto voltaje de ruptura

2. El aislamiento del motor experimenta un envejecimiento normal y además:

- Envejecimiento Térmico

- Contaminación Química

- Esfuerzo Mecánico, humedad, etc.

3. El aislamiento entre espiras de la bobina o el aislamiento a tierra del motor cae debajo del nivel de transitorios resultando en un arco eléctrico


Pasos Típicos de Fallas de Motores

4. Los arcos eléctricos aceleran la degradación del

aislamiento

5. El voltaje de ruptura del aislamiento entre espiras y el

aislamiento a tierra caen debajo del voltaje nominal de

operación de la máquina causando un corto entre

espiras o a tierra.

6. La falla de aislamiento a tierra se produce rápidamente

(típicamente en minutos)


3Pruebas Estáticas o Fuera de

Línea en Motores Eléctricos


Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores



1. Pruebas de Balanceo de Resistencia (Método Kelvin)

2. Pruebas con el Megómetro (Megado) IEEE-43

3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica IEEE-43

4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)

IEEE-95

5. Prueba de Surge (Impulso) IEEE-522

6. L,C,Z (Ind., Cap., Imped.)

7. D/Q

8. RIC test

(Rotor Influence Test)



1. Pruebas de Balanceo de Resistencia

Problemas a detectar:

– Número de vueltas por fase

– Diámetro del cobre

– Conexiones con alta resistencia

– Cortos totales entre espiras

– Conexiones abiertas entre espiras

– Tendencias - Históricos



2. Pruebas con el Megohmetro (IEEE Std.43)

– Mide la resistencia a tierra

– Determina fallas a tierra o posible contaminación

en la superficie a voltajes similares al de

operación pero en corriente contínua.

– Util para crear tendencias

– No determina:

Si el motor está “totalmente” en buenas

condiciones o si existe fallas entre espiras

internas de la máquina



3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE

Std.43)

Prueba similar al usar el megómetro, pero dura:

Si la resistencia obtenida es mas de 5000 MΩ en un

minuto, entonces se realiza la prueba de Absorción

Dieléctrica, que es similar a la IP, pero con los valores

tomados en 30 sg. y 3 minutos.

IP: para motores mayores de 100 HP

AD: para motores menores de 100 HP

IP = minuto 1 en aResistenci de Valorminutos 10 en aResistenci de Valor



3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE

Std.43)

- Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse.

- Busca deterioro, resequedad, fisuras, o contaminación

del aislamiento a tierra.



Hasta aqui, son suficientes la prueba de Megado

como herramienta de diagnóstico?



4. Pruebas de Alto Voltaje en Escalón - Hipot (Step

Voltage)

(IEEE Std. 95)

Asegura que el aislamiento a tierra soporte el trabajo

normal durante el arranque y parada del motor (peaks de

voltaje durante los transitorios).Suceden entre 0.2 y 0.5 µsec durante el arranque y parada del motor




Voltaje de Prueba = 2 x Vn + 1000 V




(IEEE Std. 95)



Caso de Estudio: Contaminación en Caja de Bornes

Motor Síncrono:

7,200 Voltios

1,000 HP

3,600 RPM




“Resultado después de limpiar la caja”



5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)

- Consiste en aplicar una corriente alta de impulso. Se

genera un voltaje por una fase del motor, teniendo las

otras fases a tierra.

- Es el único método disponible para detectar aislamiento

débil entre las espiras, permitiendo al operador realizar

un mantenimiento predictivo.



Tom Baker con un primer probador de Impulso




-El aislamiento de las espiras es el punto más débil de

donde puede generarse una falla del motor.

-Condiciones externas en el aislamiento pueden acelerar

el deterioro de la vida útil.

- Existen movimientos mecánicos en las bobinas debido

a los arranques del motor. (Crawford/General Electric)




-80% de las fallas del motor (aislamiento) empiezan

como fallas entre espiras (General Electric Paper).

- La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa

raíz del problema se basa en una falla entre espiras

(General Electric Paper - EASA).




- Peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 µsec durante el arranque del motor

- Peaks de voltaje se generan al segundo cierre de contacto

- Uso de variadores de velocidad



Caso de Estudio: Aislamiento débil entre espiras

Estator de voltaje nominal de 4160V



6,7. Mediciones de L, Z, C (Inductancia, Impedancia,

Capacitancia), D y Q

Marzo 2009 © SKF Group Slide 393/10/2014 © SKF Group Slide 39


I

V

IV

360˚



3/10/2014 © SKF Group Slide 40

ZL

XL

R

L: Inductanciaφ: Angulo

C: Capacitancia

ZC

XC

R

Q: Calidad

D: Disipación


Ejemplos: Errores en Devanados

3/10/2014 © SKF Group Slide 42

Zreference

XL

R

1) Alambre mas delgado, mismo # vueltas

Q1: R, L, crece, decrece, igual?

Q2: Z y φ?

Q3: Q cambia?

2) Mismo alambre, menos # vueltas

Q1: R, L cambian?

Q2: Z y φ cambian?

Q3: Q cambia?

Z2

3) Mismo Alambre, igual # vueltas, bobina invertida

Q1: R y L cambian?

Q2: Z y φ cambian?

Q3: Q cambia?

Z3

Z1



8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)

Puede hallar cuatro tipos de problemas en el rotor:

• Excentricidad Estática

• Excentricidad Dinámica

• Barras rotas en el rotor

• Posibles fallas en el Estator



Prueba RIC (Rotor Influence Check)


Ejemplo de Excentricidad Estática

Variaciones de amplitudes de

Peaks entre fases, implican

Excentricidad estática.

Notar que las amplitudes de

los peaks para cada fase

se mantienen constantes.


Ejemplo: Excentricidad Dinámica

Variaciones dentro de una fase

Indica excentricidad dinámica

(Baldor 125hp)




NO ES TOTALMENTE CONFIABLE!!!!


¿Por que realizar las pruebas estáticas?


4Pruebas Dinámicas o en

Línea en Motores Eléctricos


Motor

CCM

Carga

Diagnostican problemas en la línea de alimentación,

motor, carga, y la interacción entre ellas

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores



Explorer 4000

Softwares opcionales:

1. VFD4000: Variadores de Velocidad

2. DC4000: Motores de Corriente

Contínua (500V máximo)

3. CM4000: Monitoreo Contínuo

4. DT4000: Instalación en

computadoras

5. TM4000: Análisis de Torque

6. V4000: Análisis de Vibración



Calidad de Energía

Voltajes y corrientes: niveles y

desbalances

Distorsión de armónicos y distorsión

total

Potencias reactivas, activas y

aparentes.

Desempeño del motor

Factor de servicio efectivo

Niveles de carga

Condiciones de operación

Eficiencia

Tiempo de retorno de inversión

Datos de Corrientes

Sobrecorriente

Desbalances

Sumas de corrientes

Espéctros

Barras rotas del rotor

Espectros de V/I

Armónicos

Diagrama de conexiones

Formas de ondas

ABC/Componentes SYM

Fasores



Motor

CCM

Carga

Interruptor

Exp

Voltaje < 1000 V



Motor

Carga

TCs

Interruptor

Explorer

TVs

Voltaje > 1000 V



Conexión del modulo EP-1000:

- Se instala una sola vez

- Futuras mediciones sin abrir el gabinete

- Reconocimmiento automático del motor en la base de datos


Motor

TCs

Interruptor

TVs

EP

Explorer

Panel Exterior

Panel Interior


Carga



Análisis de la Calidad de Energía

- Voltajes y corrientes: niveles y desbalances

- Distorsión de armónicos y distorsión total

-Potencias reactivas, activas y aparentes

-Armónicos e inter-armónicos

Importancia:

- Una baja calidad de energía causa incremento de temperatura

- Por cada 10 ºC de incremento de temperatura, la vida del

aislamiento se reduce a la mitad (IEEE Std 43).



Desempeño del Motor

- Desbalance de Voltajes

- Distorsión de Armónicos

- Derateo NEMA


Desempeño del Motor:

Valores RMS de operación

Nivel de Voltaje 658.2 V 99.7%

Nivel de Corriente 378.4 A 91.4%

Nivel de Carga 312.6 Kw 78.1%

All OK?Desbalance de Voltaje 3.66%

Distorsión de Voltaje 9.80%

% demérito de NEMA 0.6

F. de Servicio Efectivo 1.28




Estudio de Armónicos:

NEMA MG-1 30.1

Motor trabajando con VFD (Variador de Velocidad)

“Armónicos incrementan pérdidas, elevan la temperatura

del motor, disminuyen la eficiencia y la vida útil del

motor”.

THD Múltiplos de la frecuencia fundamental

TD Inter-armónicos + otros



Caso de Estudio:

Motor eléctrico de 770 hp, 1786 rpm, 460 V, 850 A.

Variador de velocidad ABB

Rodamiento: 6220 C3



Caso de Estudio:


Condiciones del Motor: Barras Rotas en el Rotor



Caso de Estudio: Barras Rotas en el Rotor




Análisis de Transientes

Ayuda a:

- Establecer los rangos de

disparos de las corrientes

- Programar los arrancadores

suaves o soft starters

- Diagnosticar problemas en

bombas y ventiladores



Caso de Estudio: Arrancador suave – Estado Sólido



Software Análisis de Torque

- Herramienta muy útil para separar los problemas

eléctricos de los mecánicos (ayuda a resolver

discusiones entre mecánicos y electricistas)

- Si la señal de torque de una máquina se muestra

diferente a la de otra máquinas similar, el problema se

encuentra en la carga.


Software Análisis de Torque: Bomba Sumergible

4160V



Pruebas Eléctricas Dinámicas en MotoresCaso de Estudio:

Cavitación en bomba

sumergible de 750 HP

Perspectiva de

diagnóstico:

Dos bombas identicas en

funcionamiento…una esta

con problemas…

Pregunta: Cual de estas

bombas gemelas a veces

cavita?



Software Análisis de Torque:

Análisis Mecánico FFT

- Diagnostica problemas mecánicos

desde el CCM:

Rodamientos

Desbalance en Ventiladores

Cajas reductoras

Etc.



Software Análisis de

VFD (Variadores de

Velocidad):

VFD:

Accionamiento de faja

60 hp, 1200 rpm

Frecuencia

Voltaje

Torque

Velocidad


Software Análisis de VFD

(Variadores de Velocidad):

Beneficios

•Programar accionamientos

•Análisis de cargas

•Fallas en IGBT’S

•Problemas de realimentación

en accionamientos




Software de Monitoreo Contínuo:


4NetEp – Sistema de Análisis

de Motores en Línea (On-

Line)


Tipos de motores a monitorear

•Asíncronos

•Estatores de motores Síncronos

•Estatores de motores de rotor bobinado

•Estatores de generadores

•En el futuro, disponibilidad para motores asíncronos

trabajando con variadores de velocidad y motores de

corriente contínua.


NetEP – Descripción del Sistema

•El monitoreo se realiza a través de los

NetEps que son instalados en diferentes

lugares de la planta.

•Se obtiene información de los voltajes y

corrientes de cada motor, se determina

los niveles de desempeño y las

mediciones de espectros.

•Programación de alarmas para identificar

mediciones fuera de rangos permitidos.



Una caja NetEp puede tener 7 barras de voltajes

diferentes

Es permanentemente instalado, capaz de monitorear

hasta 32 motores en 7 barras diferentes de voltajes a

través de transformadores de corriente para cada motor

La distancia máxima de cableado desde la caja NetEp

hacia cualquier tablero, gabinete o CCM es de 300

metros



Supervisor

NetEpsServido

r

Mas motores!Mas

supervisores!

Port 1100 TCP o

Port 1150 UDP Multicast

TCP/IP Port 1100

o UDP Port 1150

SQL Database



•Se puede monitorear mas de 40 parámetros de

motores eléctricos, compara los resultados con los

límites permitidos, y muestra alarmas si alguno de los

límites es excedido.

•Puede mostrar tendencias de los parámetros

(históricos), que es importante para el mantenimiento

predictivo.



•Diagnósticos similares al efectuado por la unidad

portátil Explorer 4000


Resúmen

•Las pruebas dinámicas proveen información acerca de

las condiciones de la energía, el motor, la carga, y la

interacción entre ellas (Explorer, NetEp).

• Las pruebas estáticas miden la integridad del sistema

de aislamiento del motor (AWA).

• Juntos representan una imagen de la salud del motor y

suministran valiosa información para predecir eminentes

fallas. Se mejora el control de calidad y la capacidad del

diagnóstico de fallas.

Gracias!!

2014 Presentacion Static Dynamic NetEp (1)

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