Prueba de comparación de impulsos (surge) en devanados de motores y generadores

Qué es

La prueba de comparación de impulsos, también llamada prueba de surge, verifica el aislamiento entre las espiras de un devanado. Un probador de impulsos envía una serie de pulsos de voltaje idénticos y muy rápidos a un devanado o fase y, al mismo tiempo o en rápida alternancia, a otro devanado que debería ser eléctricamente idéntico al primero. La forma de onda reflejada de cada devanado se muestra en una pantalla o se almacena en un analizador, y las dos trazas se comparan. Si los devanados son iguales y están sanos, las trazas se superponen. Si uno tiene una espira en cortocircuito o un aislamiento de espiras debilitado, su traza se desplaza o cambia de forma, y la diferencia es visible. La prueba se aplica a los devanados del estator de motores y generadores de inducción trifásicos y de máquinas sincrónicas, a los devanados de armadura y de campo de máquinas de corriente continua, y a devanados de campo y bobinas de polos donde existen partes idénticas. Figura como medición opcional en las normas de aceptación y de mantenimiento. Se valora porque el aislamiento entre espiras es una parte del devanado que ninguna lectura ordinaria de resistencia de aislamiento, prueba a tierra o medición de resistencia del devanado verifica bien.

Por qué se realiza

En un devanado, el voltaje entre espiras adyacentes es una pequeña fracción del voltaje a tierra durante la operación normal, pero puede hacerse mucho mayor durante maniobras, arranques con cable largo u operación desde un variador electrónico, porque los pulsos de subida rápida no se reparten de manera uniforme a lo largo de la bobina y se concentran en las primeras espiras. Un aislamiento debilitado por calor, humedad, contaminación, vibración, defectos de fabricación o una falla anterior puede fallar entre espiras mientras el aislamiento a tierra sigue sano. Un cortocircuito entre espiras forma un lazo cerrado que lleva una gran corriente circulante, se sobrecalienta localmente y tiende a crecer hasta convertirse en una falla a tierra, con daño al núcleo y una salida prolongada. Las pruebas de resistencia y de polarización no lo ven, porque el aislamiento a tierra no se ve afectado, y la resistencia del devanado puede cambiar demasiado poco para notarse. La prueba de comparación de impulsos encuentra la debilidad en una etapa temprana, durante la aceptación o una salida programada, cuando todavía están disponibles una reparación, un rebobinado o una decisión sobre las condiciones de servicio. También verifica que un devanado nuevo o rebobinado se construyó correctamente y que dos devanados nominalmente idénticos lo son en realidad.

El principio

Un devanado se comporta como una red de inductancia y capacitancia. Cuando se aplica un pulso rápido de voltaje, el pulso viaja hacia el interior del devanado y su forma se refleja de vuelta de una manera que depende de la inductancia, la capacitancia y las pérdidas de la bobina. Dos devanados idénticos dan formas de onda reflejadas idénticas, de modo que la comparación es una manera muy sensible de detectar una diferencia. Una espira en cortocircuito reduce la inductancia del devanado, lo que cambia la frecuencia de la oscilación que sigue al pulso y desplaza lateralmente la forma de onda, y además aumenta el amortiguamiento. Un aislamiento de espiras debilitado que se rompe momentáneamente bajo el pulso produce un salto o un colapso repentino en la traza a un cierto voltaje. El voltaje del pulso se sube gradualmente, de modo que la prueba también somete a esfuerzo el aislamiento entre espiras, y un punto débil puede revelarse al romperse antes de alcanzar el nivel de prueba nominal. Como la comparación se hace entre devanados y no contra una forma de onda patrón fija, el resultado no depende del tamaño ni de la capacidad de la máquina, y se parte de que las tres fases, o dos bobinas idénticas, deben coincidir.

Cómo se realiza

La máquina se desenergiza, se aísla de toda fuente, se comprueba la ausencia de tensión y se pone a tierra según los procedimientos de bloqueo y permiso del propietario, y los cables, capacitores, protección contra sobretensiones y el variador electrónico se desconectan del devanado, ya que los pulsos no deben llegar a otros equipos. Los devanados están limpios y secos, y se abren las demás conexiones del devanado, incluido el puente del neutro de una conexión en estrella, según lo exija el procedimiento, para poder probar cada fase por separado. El probador de impulsos se conecta entre dos fases, o entre un devanado y su gemelo, con el devanado restante y la carcasa a tierra como indiquen las instrucciones. El voltaje de prueba se elige a partir del voltaje nominal de la máquina según el procedimiento aplicable y la guía del fabricante, y se sube desde un nivel bajo en pasos mientras se observa la pantalla, hasta el nivel objetivo y no más. Las trazas de los dos devanados se comparan en cada paso, y luego se cambia la conexión para cubrir todas las combinaciones, por ejemplo A con B, B con C y C con A. Cualquier señal de desplazamiento, separación o salto repentino se investiga repitiendo la prueba y revisando las conexiones y la limpieza del devanado. Al terminar, el voltaje se lleva a cero, el devanado se descarga y se pone a tierra, y se anotan la temperatura del devanado y las condiciones.

Qué se registra

El registro contiene las combinaciones de devanados probadas, el voltaje de prueba alcanzado en cada una, las formas de onda observadas o su comparación, y una nota sobre si las trazas coincidieron o se separaron y dónde. También anota el tipo y la identidad de la máquina, la temperatura y la limpieza del devanado, el arreglo de conexiones, el instrumento y su estado de calibración, y las pruebas repetidas para confirmar una indicación. En máquinas con varias bobinas o polos idénticos, se identifican las bobinas comparadas. Estos datos permiten a un lector posterior comparar las trazas nuevas con las anteriores y distinguir un cambio real del devanado de una diferencia de configuración.

Cómo se juzgan los resultados

Ningún valor aislado decide si un devanado es aceptable, y esta página no ofrece ninguno. La comparación de impulsos se juzga comparando las formas de onda entre devanados que deberían ser idénticos, que es el criterio primero y principal. Unas trazas que se superponen estrechamente durante toda la prueba sugieren un aislamiento de espiras sano, mientras que un desplazamiento visible de frecuencia, un cambio de amplitud o de amortiguamiento, o un salto repentino indican una falla en desarrollo. El segundo es el comportamiento al subir el voltaje, porque una traza que se mantiene estable hasta el objetivo y luego cambia es distinta de una que se mueve desde el principio. El tercero es la repetibilidad, ya que un resultado que aparece y desaparece al cambiar una conexión apunta a un problema de configuración. El cuarto es la tendencia frente a resultados anteriores de la misma máquina. El quinto es contrastar con los resultados de resistencia del devanado, de resistencia de aislamiento y de descargas parciales. El carácter opcional de la prueba en ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 hace que los criterios del propietario y la experiencia de la agencia de pruebas tengan peso. Para el texto que rige y cualquier guía de voltaje de prueba, consulte su propia copia con licencia de las normas mencionadas.

Variaciones

Las pruebas de aceptación y de mantenimiento difieren en su propósito. En la aceptación, la prueba revisa devanados nuevos o rebobinados en busca de defectos de fabricación e instalación, y las trazas almacenadas sirven como línea base. En el mantenimiento examina máquinas que han operado durante años, sobre todo las que funcionan con variadores, las que arrancan con frecuencia y las que han sufrido una sobrecarga o una falla anterior. El tipo de máquina cambia los detalles. En los estatores trifásicos de inducción y sincrónicos se comparan las fases entre sí. En las máquinas de corriente continua se comparan bobinas de armadura o polos de campo, y la comparación del comportamiento de los polos de campo puede apoyarse con una verificación de caída de voltaje en los polos. Las máquinas sincrónicas grandes pueden incluir devanados de campo del rotor, y la prueba se hace con el rotor colocado o retirado. Las bobinas preformadas y las de alambre al azar se comportan de manera distinta, y las máquinas con circuitos en paralelo pueden ser más difíciles de leer. La prueba de impulsos complementa, y nunca sustituye, las mediciones de resistencia de aislamiento, de descargas parciales y de incremento del factor de potencia, que examinan el aislamiento a tierra, y la medición de resistencia del devanado, que examina el conductor.