Procedimiento Tangente Delta

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PRUEBA PRUEBA PRUEBA PRUEBA DE TANGENTE DELTA(FACTOR DE TANGENTE DELTA(FACTOR DE TANGENTE DELTA(FACTOR DE TANGENTE DELTA(FACTOR DE POTENCIA Y DE POTENCIA Y DE POTENCIA Y DE POTENCIA Y TIPTIPTIPTIP----UP)UP)UP)UP) DEL DEL DEL DEL DEVANADO DEVANADO DEVANADO DEVANADO

DEL ESTATORDEL ESTATORDEL ESTATORDEL ESTATOR

CDIGOCDIGOCDIGOCDIGO: PQUIT-001 VERSION:VERSION:VERSION:VERSION: 01 FECHA ACT:FECHA ACT:FECHA ACT:FECHA ACT: 11-Sep/15

ENSAYO DE TANGENTE DELTA INCREMENTO DE CAPACITANCIA Y TIP-UP

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Contenido 1 TEORA ....................................................................................................................................................... 3

1.1 Influencia de los materiales del aislamiento en el factor de potencia. ...................... 3

1.2 Causas comunes del incremento del factor de potencia. ............................................... 5

1.3 Efecto de la temperatura ............................................................................................................. 5

1.4 Factor de potencia Tip-Up .......................................................................................................... 5

1.5 Efectos del volumen de aislamiento en el resultado de la prueba del Factor de potencia Tip-Up .......................................................................................................................................... 6

1.6 Efectos de la cinta gradiente en el resultado de la prueba de Tip-Up ....................... 7

2 OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 7

3 PRECAUCIONES ...................................................................................................................................... 7

4 PREPARACIN DE LA PRUEBA .......................................................................................................... 8

5 PROCEDIMIENTO ................................................................................................................................... 9

5.1 En Modo GST (Grounded Specimen Test) ............................................................................ 9

5.2 En Modo UST (Ungrounded Specimen Test) ....................................................................... 9

6 CRITERIOS DE DECISIN .................................................................................................................. 10

7 REGISTROS Y DOCUMENTOS ......................................................................................................... 11

8 BIBLIOGRAFA ....................................................................................................................................... 11

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1 TEORA Cuando se aplica una tensin al aislamiento del estator de un generador, la corriente total que fluye a travs del aislamiento es similar a la de un capacitor. Esta corriente posee dos componentes: una corriente relativamente grande Ic que adelanta 90 a la tensin aplicada, y una pequea corriente Ir la cual est en fase con el voltaje aplicado.

Figura. 1.Componentes de la corriente que fluye a travs del aislamiento

El factor de potencia dielctrica se define como: Es la medida de las prdidas dielctricas en el aislamiento. ( )

( ) AmperVoltsWatts

ItEIrE

ItIr

*cos ===

Ecuacin 1

Como el ndice de polarizacin, esta es una cantidad adimensional la cual facilita la comparacin entre diferentes volmenes de aislamiento. El factor de potencia se expresa en porcentaje. Por ejemplo el factor de potencia para un aislamiento del tipo epoxi-mica es tpicamente alrededor de 0.5 % y para un aislamiento asfltico es alrededor del 3%. El factor de Potencia es una propiedad del aislamiento elctrico, y es generalmente deseable que sea muy bajo. Pero el hecho que posea altas prdidas dielctricas no necesariamente implica que el aislamiento este deteriorado.

1.1 Influencia de los materiales del aislamiento en el factor de potencia. Los valores de factor de potencia en el aislamiento por encima del 25 % del voltaje de fase del generador son influenciados por la resistividad volumtrica del aislamiento y por la resistencia de

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contacto entre la superficie del aislamiento y la ranura del estator. La resistividad volumtrica es en gran parte funcin del material que sirve de soporte mecnico a la mica en hojuelas o en polvo (papel, nylon, fibra de vidrio), y el material que aglomera o adhiere estas capas (barniz, asfalto, polister o resina epxica). La resistencia de contacto es funcin del material en la superficie de la bobina, tal como el revestimiento de las ranuras en devanados viejos, compuestos en fibra de vidrio, asbesto y compuestos semiconductores en devanados ms modernos. La pintura (usualmente compuesta de grafito) posee una resistividad de varios miles de ohms por cuadro y es comnmente aplicada en la superficie de la armadura para asegurar un buen contacto con la ranura. La mayora de sistemas de aislamiento tienen una pintura superficial que grada la tensin justo a la salida de la barra en la ranura del estator cuando la diferencia de potencial entre bobinas supera los 11 KV de lnea a lnea. Ver siguiente figura:

Figura. 2. Ubicacin en la barra de las pinturas semiconductora y gradiente

El propsito de esta pintura gradiente es prevenir la concentracin de tensin en la superficie de la bobina adyacente a la ranura, la cual produce la descarga superficial.

Figura. 3. Concentracin de campo en la bobina a la salida de la ranura.

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1.2 Causas comunes del incremento del factor de potencia. El incremento en las mediciones del factor de potencia a voltajes relativamente bajos puede ser debido al envejecimiento del tipo de papel o al material aglomerante. El envejecimiento conduce a la reduccin de la rigidez fsica, estiramiento de la cinta, delaminacin y finalmente creacin huecos (vacos). En estos casos, se puede esperar un incremento en la absorcin dielctrica. El incremento en el factor de potencia tambin puede ser debido al incremento de la resistencia de contacto entre la bobina y la ranura combinadas con el deterioro de la pintura de grafito. El incremento en la resistencia de contacto es indeseable ya que se crean altas diferencias de potencial en ciertas reas de la superficie de la bobina y generan descargas de ranura, las cuales erosionan la superficie exterior del aislamiento. Adems tal incremento en la resistencia de contacto se disfraza en la condicin de un mejor aislamiento.

1.3 Efecto de la temperatura Se debe notar que el factor de potencia para el aislamiento de un devanado del estator varia directamente con la temperatura, pero depende del material involucrado. Es deseable que las medidas se realicen dentro de un rango pequeo de temperatura, es decir que permita la comparacin entre valores del factor de potencia a diferentes mquinas y en diferentes ocasiones para la misma.

1.4 Factor de potencia Tip-Up Se puede obtener informacin adicional sobre la condicin del aislamiento al determinar el incremento del factor de potencia entre el 25 % y el 100 % del rango de voltaje de lnea a tierra nominal. Este incremento en el factor de potencia es comnmente referenciado como el Factor de potencia Tip-Up. El incremento en el factor de potencia es funcin del voltaje y se considera usualmente como debido a la ionizacin del gas en los huecos del aislamiento.

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Figura. 4. Comportamiento de las bobinas ante la presencia de huecos.

Despus de cierto lmite en el incremento de la tensin aplicada al devanado, los huecos experimentan descargas parciales. Estas a su vez emiten luz y calor que al reaccionar con el oxgeno forman ozono de olor muy caracterstico. Este consumo de energa incrementa las prdidas elctricas en el devanado, lo que incrementa el factor de potencia. Entre ms grande es el factor de potencia con el incremento de la tensin, mayor es la actividad de descarga parcial y peor es la condicin del devanado. La prueba de Tip Up es por lo tanto una medida directa de la actividad de las descargas parciales. Las descargas parciales erosionan gradualmente los vacos en el material de adherencia, de esta manera se remueve el soporte fsico para la mica la cual se pulveriza por las descargas y la vibracin fsica. Aunque las reas daadas son comnmente cercanas al cobre, y en el caso de bobinas multi espira, entre espiras el resultado de este deterioro son las fallas a tierra. La prueba de Tip-Up es sensitiva a las descargas por delaminacin y descargas en cabezales de bobina.

1.5 Efectos del volumen de aislamiento en el resultado de la prueba del Factor de potencia Tip-Up

Para un devanado montado en el estator es conveniente realizar la prueba de Tip-Up a circuitos completos o toda la fase. Las pruebas de factor de potencia y factor de potencia Tip Up determinan valores promedios del aislamiento bajo prueba, si el asilamiento bajo prueba no est en condiciones uniformes, la sensibilidad de la medida en reas que contienen una cantidad significante de huecos es muy reducida. Por tanto el factor de potencia no responder a la peor rea del aislamiento, ya que una alta corriente por una bobina deteriorada de un devanado puede ser reducida por un alto nmero de bobinas buenas, las cuales individualmente tienen una baja componente en fase.

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1.6 Efectos de la cinta gradiente en el resultado de la prueba de Tip-Up La capa de Gradiente (control de descarga, carburo de silicio), se refiere a la capa especial en la superficie de la bobina que se encuentra a la salida de la barra en la ranura del estator, tiene una funcin similar a los conos de alivio y para alisar el campo elctrico. Esta capa se requiere en las mquinas de tensiones de lnea a lnea de 6.6 KV y superiores y su efecto es reducir actividad de la descarga parcial en la salida de la ranura. La capa gradiente es hecha comnmente de un material con una caracterstica resistiva no lineal. Como el voltaje en la barra o bobina se incrementa, las prdidas de potencia en la capa cambian uniformemente ms rpido. Esto es normal y deseable, infortunadamente la medida de Tip Up causado por el estrs en esta capa de gradiente puede dominar la lectura y por lo tanto esta prueba puede ser errada en devanados de alta tensin. En fbrica se realizan pruebas de control de calidad, las cuales eliminan los errores introducidos por la capa de Gradiente.

2 OBJETIVOS

Detectar imperfecciones en la estructura del aislamiento, ocasionados en la mayora de los casos por defectos en la colocacin del aislamiento, golpes esfuerzos electromecnicos o fabricacin.

Identificar la presencia de vacos en el aislamiento, que presenten descargas parciales. Detectar la presencia de humedad, contaminantes y efecto corona en el aislamiento del

estator de las mquinas.

3 PRECAUCIONES

La temperatura del devanado debe estar unos grados sobre el punto de condensacin del agua para evitar la concentracin de humedad en el aislamiento del devanado.

Es necesario desconectar la mquina de los terminales, y abrir el neutro para que cada fase sea completamente aislada. As probando cada fase individualmente se da una comparacin entre fases que ser til para evaluar y cualificar la condicin del devanado.

Los terminales de conexin, cables, interruptores, condensadores, pararrayos, y otro equipo externo pueden influir en un marcado grado la lectura de la prueba. As pues es deseable medir el factor de potencia de un devanado sin intervencin del equipo externo de la mquina.

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Se debe proteger los cables desconectados y conservar distancias para realizar chequeos libres de efecto corona que afectan mucho las medidas.

Los cables que unen la fuente de tensin con los devanados no deben tener contacto con tierra o entre s. De otra manera la corriente de fuga y las prdidas por efecto corona pueden introducir errores en los datos de la prueba.

Un factor importante en la medida es que el ncleo del estator debe ser aterrizado. Por lo tanto los instrumentos deben estar en capacidad de trabajar con dispositivos aterrizados.

Antes de efectuar la medida de resistencia de aislamiento se debe verificar la calibracin de los elementos de medida que se usen.

Segn la norma IEEE Std 286-2000(R2012) los voltajes recomendados para determinar el factor de potencia Tip-Up son 25% y 100% del voltaje fase-tierra de operacin de la mquina para el cual la bobina fue diseada.

Es esencial que el potencial aplicado sea constante para prevenir que la corriente de carga flucte e interfiera en la medicin.

Despus de realizada una medida de resistencia de aislamiento a un devanado, ste debe quedar slidamente conectado a tierra, para eliminar las cargas almacenadas debido a la capacitancia geomtrica y a la absorcin. La eliminacin de las cargas acumuladas en los devanados se realiza como medida de seguridad y para garantizar que las cargas acumuladas no afecten la exactitud en las futuras medidas. El tiempo de conexin a tierra debe ser un mnimo de cuatro veces el tiempo de carga.

4 PREPARACIN DE LA PRUEBA

La prueba de factor de potencia y Tip Up requiere una fuente de alimentacin de alto voltaje de AC libre de descargas parciales para energizar el devanado por encima del voltaje de fase nominal. Puede ser necesario una fuente de alimentacin superior a 50 kVA para grandes motores y generadores.

La superficie del aislamiento debe estar limpio y seco. Verificar la limpieza y amarres del estator. Aterrizar todos los elementos de medida que puedan verse afectados por la prueba. Alrededor del estator a una distancia de por lo menos un metro, debe de colocarse una

barrera (Cinta de seguridad) que lmite el rea de prueba como una zona restringida para quienes no estn participando en la prueba.

Verificar cuidadosamente el circuito de prueba.

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Para grandes mquinas se debe de disponer estratgicamente de varias personas que observen atentamente los devanados durante la realizacin de la prueba. Estos deben conocer las caractersticas de una falla (Chispa, ruido o humo).

Todo el personal debe conocer el momento exacto en que comienza la prueba, las precauciones a tener y la tensin que se va aplicar.

5 PROCEDIMIENTO

El diagrama de conexin es el siguiente:

Figura. 5. Circuito de prueba

La secuencia a seguir durante la medicin es la siguiente:

5.1 En Modo GST (Grounded Specimen Test)

a) Terminal LNEA del E quipo (Cable negro) energiza la fase A, fases B (Rojo) y C (Azul). b) Terminal LNEA del E quipo (Cable negro) energiza la fase B, fases A (Rojo) y C (Azul). c) Terminal LNEA del E quipo (Cable negro) energiza la fase C, fases A (Rojo) y B (Azul).

5.2 En Modo UST (Ungrounded Specimen Test)

a) Terminal LNEA del E quipo (Cable negro) energiza la fase A, fase C cortocircuitada y aterrizada, fase B en terminal UST.

b) Terminal LNEA del E quipo (Cable negro) energiza la fase B, fase A cortocircuitada y aterrizada, fase C en terminal UST.

c) Terminal LNEA del E quipo 1 (Cable negro) energiza la fase C, fase B cortocircuitada y aterrizada, fase A en terminal UST.

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6 CRITERIOS DE DECISIN 6.1 Los valores de factor de potencia y Tip-Up pueden ser comparados entre fases, y con

resultados de pruebas anteriores, siempre y cuando se hallan realizado bajo condiciones similares.

6.2 Segn recomendacin de la Doble Engineering Company [3]. El factor de potencia en

mquinas con aislamiento clase F debe ser del siguiente orden:

FACTOR DE POTENCIA TENSIN DE LA MQUINA EN Kv F.P. < 1.0% 13.8 - 14.4 Kv F.P. < 1.5% 15 - 18 Kv F.P. < 2.0% 19 - 26 Kv

6.3 Para generadores con aislamiento clase B (Mica - Asfalto) el F.P. debe ser menor o igual al

4.0%. 6.4 El autor J.H. Walker [4], observa los siguientes lmites como mximo valor absoluto de tan.

i. Para bobinas con aislamiento de asfalto, a la tensin Vn 0.08 ii. Para bobinas con aislamiento epxico.

a. A 0.2*Vn 0.02 b. A Vn 0.035 c. tan (0.6 V 0.2 V) 0.005 d. tan (0.8 V 0.6 V) 0.005

Donde Vn es la tensin nominal de la mquina.

6.5 El Tip-Up para los Generadores Sincrnicos debe ser: Tip-Up

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7 REGISTROS Y DOCUMENTOS

Formato de prueba de Tangente Delta (Factor de Potencia y Tip up) del estator P03-FGI-005

Protocolo prueba de Tangente Delta (Factor de Potencia y Tip up) del estator P03-RGI-004

8 BIBLIOGRAFA

[1] IEEE Std 286-2000(R2012) IEEE Recommended Practice for Measurement of Power Factor Tip-Up of Electric Machinery Stator Coil Insulation

[2] IEEE Std-62.2-2004 Guide for Diagnostic Field Testing of Electric Power Apparatus-Electrical

Machinery. [3] DOBLE. Engineering Company. Rotating Machinery, Insulation Test Guide. [4] Large Synchronous Machines. J.H. Walker. Clarendon Press Oxford 1981.

Planta: Documento:

CMedidor de Tangente delta %

x

1 T2-T32 T2-T33 T2-T34 T2-T35 T2-T36 T2-T37 T2-T38 T2-T39 T3-T110 T3-T111 T3-T112 T3-T113 T3-T114 T3-T115 T3-T116 T3-T117 T1-T218 T1-T219 T1-T220 T1-T221 T1-T222 T1-T223 T1-T224 T1-T2252627282930313233343536373839404142434445464748

DD MM AA

Unidad No:

Realiz:

Revis:

Aprob:

12:00:00 a. m.12:00:00 a. m.

FORMATO DE PRUEBA DE TANGENTE DELTA (FACTOR DE

POTENCIA Y TIP-UP) DEL DEVANADO DEL ESTATOR

CDIGO: P03-FGI-033VERSIN: 02FECHA ACT: 26-Mar/15

EPOXICOPOLIESTER

% TIP-UPMEDICIN I (mA)GND/UST

Temperatura promedio Humedad relativa

00/01/190000/01/1900

PUESTOFUERARESIN RICH

% F.P.Tensin(Kv)

IEEE Std-62.2-2004, Manual Doble.Norma/Doc: IEEE Std-286-2000 (R2012).

ASFALTO

C (pF)

Hora inicio:Fecha de realizacin:Fecha ltima inspeccin:

1. CIRCUITO DE PRUEBA EMPLEADO

Cab UST

Cbc UST

Hora Finalizacin:

GND

P (W) Frecuencia

2. INSTRUMENTOS

3. FORMULAS A EMPLEAR

4. MEDICIONES

Ca(+Cab+Cac)

5. CRITERIOS DE DECISIN: 6. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES:

Por Fase. Power factor < 2% (Un); Tip UP < 1%

Cac UST

Cb(+Cbc+Cba)

GND

Cc(+Cca+Ccb)

GND

ROTOR

%)25(%)100( FPFPUpTip =

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