Presentacion Baker Static and Dynamic
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SKF – Baker
• Baker fué inicialmente una empresa americana basada en Fort Collins Colorado.
• SKF de Suecia compró Baker en Junio 2007.
• Cerca de 64 empleados en las instalaciones
• Cerca de 12 ingenieros en la producción
Mejoras del producto
Soporte Técnico
Investigación
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SKF - Baker
• Oficinas de SKF y representantes alrededor del mundo
• Equipos de prueba de calidad para devanados eléctricos
• Más de 45 años de experiencia en pruebas de motores
eléctricos
• Entrenamientos (hasta 3 niveles):
En las instalaciones del cliente
En nuestras instalaciones
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Equipos para el programa de Administración de Motores Eléctricos
Empleado para el mantenimiento predictivo, diagnóstico y aseguramiento de calidad.
•Pruebas en linea o dinámicas
Explorer 4000
•Pruebas fuera de línea o estáticas
AWA (Advance Winding Analyzer)
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Programa de Administración de Motores Eléctricos
Que es lo que realmente se busca?Que es lo que realmente se busca?
Ahorros $$$$$$$ !!!!Ahorros $$$$$$$ !!!!
• Reducir paradas no programadasReducir paradas no programadas
• Análisis de Ia raíz de la causa del problemaAnálisis de Ia raíz de la causa del problema
• Ahorro de dinero en el gasto de energía Ahorro de dinero en el gasto de energía eléctrica eléctrica
• Analisis del uso de variadores de velocidad Analisis del uso de variadores de velocidad (VFD)(VFD)
• Aseguramiento de la Calidad del MotorAseguramiento de la Calidad del Motor
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Programa de Administración de Motores Eléctricos
La pregunta no es si un motor va a fallar
La pregunta es CUANDO!!!
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Causas de Fallas de Motores Eléctricos
Rodam.44%
Rotor8%
Otros22%
Estator26%
Rodam.41%
Otros14% Rotor
9%
Estator36%
Estudio IEEE Estudio EPRI
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Pasos Típicos de Fallas de Motores
1. Aislamientos nuevos tienen alto voltaje de ruptura
2. El aislamiento del motor experimenta un envejecimiento normal
- Envejecimiento Térmico
- Contaminación Química
- Esfuerzo Mecánico
- Efecto Corona / Descargas Parciales
3. La Rigidez Dieléctrica entre espiras de la bobina o el aislamiento a tierra del motor cae debajo del nivel de transitorios resultando en un arco
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Pasos Típicos de Fallas de Motores
4. Los transitorios producen arcos inducidos causando que el aislamiento se deteriore mucho más rápido
5. El voltaje de ruptura entre espiras o el aislamiento a tierra cae debajo del voltaje de operación causando un corto entre espiras o a tierra.
6. El efecto “transformador” causa alta corriente inducida, típicamente 16-20 veces la corriente a carga completa.
7. La falla de aislamiento a tierra se produce rápidamente (típicamente en minutos)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
1. Pruebas de Balanceo de Resistencia (Método Kelvin)
2. Pruebas con el Megómetro
3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica
4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)
5. Prueba de Surge (Impulso)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
1. Pruebas de Balanceo de Resistencia:
– Número de vueltas por fase
– Diámetro del cobre
– Conexiones con alta resistencia
– Cortos totales entre espiras
– Conexiones abiertas entre espiras
– Tendencias - Históricos
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
2. Pruebas con el Megohmetro:
– Mide la resistencia a tierra
– Determina fallas a tierra o posible contaminación en la superficie
– Util para crear tendencias
– No determina:
Si el motor está totalmente en buenas condiciones
Si existe fallas entre espiras, fases, o fases abiertas
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
2. Pruebas con el Megóhmetro:
IEEE 43-2000
V linea (CA) V prueba (CC)
< - 1,000 500
1,000 - 2,500 500 – 1,000
2,501 – 5,000 1,000 – 2,500
5,001 – 12,000 2,500 – 5,000
> 12,000 5,000 -10,000
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica:
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 100-200 HP
AD: para motores menores de 100-200 HP
IP = Resistance Insulation minute 1
Resistance Insulation minute 10
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica:
- Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse.
- Busca deterioro, resequedad, humedad, o contaminación del aislamiento a tierra.
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
4. Pruebas de Voltaje en Escalón - Hipot (Step Voltage)
Mide la rigidez dieléctrica del aislamiento. Se mide la corriente de fuga para asegurar que el aislamiento a tierra y cables soporten el trabajo normal durante el arranque y parada del motor (picos de voltaje). Los picos de voltajes
suceden entre 0.2 y 0.5 µsec durante el arranque del motor
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)
- Se detecta aislamiento débil a tierra.
- Problemas en el aislamiento de los cables.
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #1: Contaminación en Caja de Bornes
Motor:
7,200 Voltios
1,000 HP
3,600 RPM
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #1: Contaminación en Caja de Bornes
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #1: Contaminación en Caja de Bornes
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #1: Contaminación en Caja de Bornes
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #1: Contaminación en Caja de Bornes
Resultado después de limpiar la caja:
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #1: Contaminación en Caja de Bornes
“Podemos apreciar el problema solamente elevando el voltaje de prueba sobre el voltaje normal de operación”
“Los picos de voltaje y las corrientes de fuga se pudieron registrar para detectar el problema”
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #2: Aislamiento Inestable a Tierra
Cuatro (4) Motores Identicos son probados:
4,160 Voltios
300 HP
1,770 RPM
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #2: Aislamiento Inestable a Tierra
Motor “A”
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #2: Aislamiento Inestable a Tierra
Motor “B”
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #2: Aislamiento Inestable a Tierra
Motor “C”
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #2: Aislamiento Inestable a Tierra
Motor “D”
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #2: Aislamiento Inestable a Tierra
“En el último escalón a 8,960 voltios, el motor muestra inestabilidad en el aislamiento a tierra”
“La prueba de escalón permite al operador ver la tendecia de la corriente de fuga”
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
- Consiste en aplicar una corriente alta de impulso (el tiempo de crecimiento de la onda es rápida). Se descarga el 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.
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
Fallas en el aislamiento entre las espiras
-El aislamiento de las espiras es el punto más debil de donde puede generarse una falla del motor.
-Depósitos químicos en el aislamiento deterioran su vida útil.
- Existen movimientos mecánicos en las bobinas debido a los arranques del motor. (Crawford/General Electric)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
Fallas en el aislamiento entre las espiras
-80% de las fallas del motor 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).
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
- Picos de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 µsec durante el arranque del motor- Picos de voltaje se generan al segundo cierre de contacto- Uso de variadores de velocidad
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
Ley de Paschen Distribución de Voltaje en una Bobina
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
Distribución de Voltaje en una Bobina
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
En el campo
Espiras a espira
Fase a fase
Bobina a bobina
En el taller (sin rotor)
Espira a espira, fase a fase, bobina a bobina
Bobinas invertidas
Cortos entre espiras
Desbalance de # de vueltas
Diferentes Φ de cobre
Cortos con las laminas
5. Prueba de Impulso o Surge
Detección de aislamiento débil
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
Forma de onda de un buen devanado
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
Forma de onda de un devanado con problemas
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
Estándar 43-1992 IEEE “Guia para el mantenimiento de aislamiento de máquinas eléctricas rotativas (5 hp to less than 10 000 hp)”
Estándar IEEE Std 522-1992 para obtener información de procedimientos y requerimientos para pruebas de aislamiento entre vueltas de espiras (Ver [B14] para información detallada sobre la prueba de comparación de impulso o surge
Estándar IEEE para la industria Química y Petrolera - Severe Duty Totally Enclosed Fan-Cooled (TEFC) – Motores de Inducción de Jaula de Ardilla — hasta e incluyendo 370 kW (500 hp):
d) The 2300 V and 4000 V designs shall use vacuum-pressure-impregnated form windings, capable of withstanding a voltage surge of 3.5 per unit at a rise time of 0.1 µs to 0.2 µs and of 5 per unit at a rise time of 1.2 µs or longer. (One per unit equals 0.8165 V L-L .)The test method and instrumentation used shall be per IEEE Std 522-1992
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
pu = 0.816 * VL
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
5. Prueba de Impulso o Surge
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras
Las pruebas en bajo voltaje no muestran problemas
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras
Las pruebas en bajo voltaje no muestran problemas
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras
- La prueba de impulso o Surge
es la única prueba capaz de
hallar aislamiento débil entre
vueltas.
- Fases 1 y 2 se muestran sin
problemas.
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #3: Aislamiento débil entre espiras
- Fase 3 muestra aislamiento
débil alrededor de 1000 V.
- El problema no es un corto
entre espiras, ni un desbalance
de resistencias de bobinas.
- Unico método para detectar
aislamiento débil entre espiras.
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #4: Aislamiento débil entre espiras
Motor de 480 V.
60 HP
1760 RPM
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #4: Aislamiento débil entre espiras
Las pruebas en bajo voltaje no muestran problemas
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio #4: Aislamiento débil entre espiras
- La onda de color blanca
mostró un cambio en la
frecuencia cuando se
detectó aislamiento débil
(ocurrió a los 1,490 V)
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Motor
CCM
Carga
Diagnostican problemas en la línea de alimentación,motor, carga, y la interacción entre ellas
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Explorer 4000
•Softwares opcionales:
– VFD4000
– DC4000
– CM4000
– DT4000
– TM4000
– V4000
•EP-1000 Modulo de conexión
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Conexión del Explorer en un Gabinete:
• Abrir el gabinete (CCM)• Conectar los TC’s y puntas de voltaje
– Voltaje máximo 1000 V.– Mayor de 1000 Voltios, conectar en el lado
secundario de los TV’s y TC’s• Tiempo de conección cerca de 4 minutos• Tiempo de prueba de 15 a 60 segundos
dependiendo de los niveles de tiempo de adquisición
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Motor
CCM
Carga
Interruptor
Exp
Voltaje < 1000 V
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Motor
Carga
TCs
Interruptor
Paso 1: Motor en funcionamientoPaso 2: Conectar Explorer a los TCsPaso 3: Conectar Explorer a los TVsExplorer
TVs
Voltaje > 1000 V
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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
- Tiempo de prueba de 15 a 60 segundos dependiendo de los niveles de tiempo de adquisición
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Motor
TCs
Interruptor
TVs
EP
Explorer
Panel Exterior
Panel Interior
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Carga
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Análisis de la Calidad de Energía
- Voltajes y corrientes: niveles y desbalances
- Distorsión de armónicos y distorsión total
- Potencias reactivas, activas y aparentes.
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.
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Desempeño del Motor:
Sobrecalentamiento del motor
Corriente Temperatura
Nominal Nominal
100% 100%
110% 121%
120% 144%
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Desempeño del Motor:
Factor de Servicio y Temperatura
Potencia
102050100200
Temperatura (C)
Carga Completa FS 1.15 FS 1.25
49 64 7756 75 9175 102 12864 80 9469 89 106
* Courtesy U S Motors
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Desempeño del Motor
- Desbalance de Voltajes
- Distorsión de Armónicos
- Derateo NEMA
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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 0.6F. de Servicio Efectivo 1.28
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Eff. s.f. = % NEMA derating
% Load
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Condiciones del Motor: Barras Rotas en el Rotor
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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 se muestra diferente a la de una señal normal, el problema se encuentra en la carga.
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Software Análisis de Torque: Bomba Sumergible 4160V
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Software Análisis de Torque:
Análisis Mecánico FFT
- Diagnostica problemas mecánicos
desde el CCM:
Rodamientos
Desbalance en Ventiladores
Etc.
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Software Análisis de VFD (Variadores de Velocidad):
VFD:Accionamiento de faja 60 hp, 1200 rpm
Frecuencia
Voltaje
Torque
Velocidad
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Software Análisis de VFD (Variadores de Velocidad):
Beneficios
•Programar accionamientos
•Análisis de cargas
•Fallas en IGBT’S
•Problemas de realimentación en accionamientos
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
Software de Monitoreo Contínuo:
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Fallas que los equipos Baker identificarán
• Calidad de la Energía • Transformadores de bajo performance• Programación de los disparos de corriente• Problemas de conexión (Borneras, en el motor)• Deterioro del aislamiento en cables • Aislamiento débil entre espira a espira, bobina a bobina, fase a fase• Aislamiento a tierra:
DébilidadSuciedadHumedadResequedadGrietas
• Circuito del MotorCortos entre espiras, conexiones abiertasBobinas invertidasDesbalance de fases (número de vueltas odiámetros del cobre)
• Rotor Barras con rajadurasCuñas en mal estadoBarras rotasExcentricidad
• Problemas con la cargaSobrecargaProcesos
• Mecánicos RodamientosAlineamientoDesbalance de ventiladoresCorreas o fajasDesgastes en ventiladores
• Variadores de Velocidad - VFDCalidad de energíaCortos en los IGBT’sRealimentación de accionamientosInformación de procesosProgramación
• Arrancadores Suaves - Soft StartersProgramaciónCargas
• Etc.
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Resúmen
•Las pruebas dinámicas proveen información acerca de las condiciones de la energía, el motor, la carga, y la interacción entre ellas (Explorer).
• Las pruebas estáticas miden la integridad del sistema de aislamiento del motor (AWA).
• Juntos representan una imagen de la salud del motor y suministran información requerida para diagnosticar y predecir eminentes fallas. Se mejora el control de calidad y la capacidad del diagnóstico de fallas.
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Organizaciones que respaldan las pruebas
• IEEE 522
• IEC 34-15
• NEMA MG-1
• NFPA 70B
• EASA