Cómo las pruebas continuas de resistencia de aislamiento mejoran la fiabilidad y productividad del motor

Durante décadas, el personal de planta ha realizado pruebas de resistencia de aislamiento con megohmímetros portátiles para prevenir fallos de motor que conducen a costosos cierres no planificados, penalizaciones por incumplimiento de producción y reparaciones de rebobinado. Sin embargo, estas pruebas solo proporcionan una "instantánea" de la salud del motor. En cuestión de días, los devanados y cables del motor expuestos a humedad, químicos, contaminantes o vibración pueden verse comprometidos y fallar al arranque.

Los megohmímetros portátiles también requieren que los técnicos eléctricos desconecten manualmente los cables del equipo y conecten los cables de prueba en equipos potencialmente energizados o dañados para realizar las pruebas manuales. Estas pruebas exponen a los técnicos a posibles arcos eléctricos cuando acceden al armario. En Estados Unidos, los incidentes no fatales de arco eléctrico ocurren aproximadamente de cinco a diez veces al día, con fatalidades a una tasa de aproximadamente uno por día.

Con tanto en riesgo, los gerentes de planta están reconociendo el valor del monitoreo continuo de megohmios de la resistencia de aislamiento que se inicia en el momento en que el motor se apaga hasta que se reinicia.

Armados con esta información en tiempo real, el personal de mantenimiento puede tomar acciones correctivas con antelación para evitar un fallo que interrumpiría la producción. Al hacerlo, pueden ahorrar a las empresas de servicios cientos de miles de dólares en tarifas de reparación por rebobinado costoso, penalizaciones por incumplimiento de producción y tiempo de producción perdido.

Además, los dispositivos de prueba automáticos instalados permanentemente permiten un monitoreo "sin intervención" sin tener que acceder a los armarios —manteniendo a los técnicos fuera de peligro.

Protección de motores en servicios públicos

Sin importar la industria, las plantas de fabricación y procesamiento dependen en gran medida de los motores, aunque el número y tipo varían según el tamaño de la planta y el tipo de combustible quemado. Algunas plantas pueden tener hasta 20-30 motores críticos, con un promedio de cinco a diez.

Los motores críticos son aquellos que podrían afectar significativamente la capacidad de cumplir de forma segura los objetivos del negocio o afectar los niveles de producción si se desconectan inesperadamente. Ejemplos incluyen motores de 480-13,800 V utilizados para operar compresores, bombas y ventiladores.

La mayoría de los servicios públicos mantienen estos motores a través de programas de mantenimiento preventivo (MP) basados en tiempo. Las pruebas de resistencia de aislamiento se programan típicamente semestralmente. Sin embargo, dada la reducción de personal en la mayoría de las plantas, puede ser incluso menos frecuente. Basándose en estas pruebas, los motores pueden programarse para ser enviados a talleres de reparación para reacondicionamiento.

Típicamente, las pruebas de resistencia de aislamiento también se realizan al inicio de revisiones anuales o paradas planificadas para identificar cualquier motor que también pueda necesitar reparación. Aun así, a pesar de los programas de MP, los motores que están fuera de línea o se ciclan frecuentemente pueden verse comprometidos rápidamente. “Hemos tenido nuestra cuota de fallos de motor, y se volvió bastante costoso”, dijo Richard Hohlman, quien se jubiló después de 37 años trabajando en plantas de generación de energía.

“A veces los fallos pueden ser realmente caros”, dijo. “En esa planta en particular, teníamos un par de motores de inducción CA de dos velocidades Westinghouse PAM y rebobinar uno de ellos habría sido un gasto de seis cifras”.

Desde una perspectiva de O&M (Operaciones y Mantenimiento), “si podemos identificar un motor débil y evitar el riesgo de intentar arrancarlo y que falle, eso es un gran ahorro”, añadió.

Para evitar motores fallidos, Hohlman dijo que requería que todos los motores críticos en una planta de 1,500 mW en Long Island Sound que estuvieran apagados durante 24 horas o más fueran probados manualmente con un megohmímetro antes de ser reiniciados. “Eso se convirtió en un gasto en sí mismo, porque las pruebas a menudo se realizan a diferentes horas del día, a tarifas de horas extra”, dijo Hohlman. “Pero, al hacerlo, evitamos una serie de fallos de motor”.

Hohlman dijo que un miembro de su equipo descubrió Meg-Alert, un dispositivo de prueba y monitoreo continuo fabricado por Meg-Alert, Minocqua, Wisconsin. La planta lo instaló inicialmente en cuatro bombas de circulación y varios ventiladores de tiro inducido. Más tarde, los dispositivos también se añadieron a varios ventiladores de tiro forzado y otros motores críticos en toda la planta.

La unidad Meg-Alert se instala permanentemente dentro del compartimento de alta tensión del MCC o seccionadora y se conecta directamente a los devanados del motor o generador. La unidad detecta cuando el motor o generador está fuera de línea y luego realiza una prueba dieléctrica continua en el aislamiento del devanado hasta que el equipo se reinicia.

La unidad funciona aplicando un voltaje de prueba DC no destructivo y limitado en corriente a los devanados de fase y luego mide de forma segura cualquier corriente de fuga a través del aislamiento hasta tierra. El sistema usa niveles de voltaje DC de 500, 1,000, 2,500 o 5,000 V que cumplen con los estándares IEEE, ABS, ANSI/NETA y ASTM International para el voltaje de prueba de resistencia de aislamiento adecuado basado en el voltaje de operación del equipo.

La prueba no causa deterioro del aislamiento e incluye tecnología de limitación de corriente que protege al personal.

“Con monitoreo continuo, el equipo de O&M está al tanto en todo momento de la aptitud del motor para el servicio”, dijo Hohlman. “Cada vez que el motor se apaga —ya sea por segundos, un día, o los 10 días de una parada— el motor está siendo probado. Y si baja de un nivel seguro, alarma inmediatamente y puede bloquear el motor para que ni siquiera arranque”.

Esto contrasta marcadamente con la instantánea tomada por un megohmímetro al inicio de una parada. El motor puede captar rápidamente una humedad considerable debido a la humedad y contaminación.

“Un motor eléctrico puede absorber suficiente humedad en tan solo unas horas en la región sur del país para causar daño al arranque”, dijo Ricky Loupe, gerente eléctrico e de instrumentación en una gran planta que produce una forma en polvo de cloruro de polivinilo (PVC) así como el ingrediente principal, cloruro de vinilo. “Hay muchos días lluviosos con alta humedad aquí en el Sur, y la humedad y la electricidad no se mezclan.

“Cuando un motor está lleno de humedad y se arranca, los devanados irán a tierra y dañarán el motor”, continuó Loupe. “Así que ahora tienes un motor crítico con devanados dañados que costará una cantidad significativa de dinero reparar”.

Ingeniero en ese momento, él y su equipo realizaron un análisis para determinar la causa raíz del problema y cómo prevenirlo. Al aprender más sobre el Meg-Alert, compró uno como prueba. Loupe dijo que se instaló en un motor de 4,160 V, 1,200 hp, envolvente WP, que se usaba para accionar un compresor en una unidad de enfriamiento.

Basado en requisitos de producción, algunos de los enfriadores se apagaban y solo se usaban cuando se necesitaban. Esto significaba que los motores en algunas de las unidades podían estar inactivos. Antes de volver a ejecutar un enfriador, los motores tenían que ser probados usando megohmímetros portátiles. “A menudo este trabajo era fuera de horario, debido a las demandas de operaciones y requisitos de arrancarlos lo más rápido posible”, explicó Loupe. “Hacíamos venir técnicos los fines de semana —frecuentemente a tarifas de horas extra— solo para probar los motores para que pudieran arrancar”.

Loupe dijo que con las unidades Meg-Alert, esa información ahora está disponible en tiempo real. Quedó aún más convencido después de que el dispositivo, que está conectado al arrancador, no permitiera que el motor arrancara debido a lecturas bajas de resistencia en megohmios después de un día lluvioso. “El Meg-Alert no permitió que el motor arrancara porque había demasiada humedad en el motor”, explicó Loupe. “Eso, ahí mismo, pagó la unidad de monitoreo continuo diez veces”.

Hoy, la planta tiene Meg-Alerts en todos los diez motores de enfriadores así como en cuatro bombas de torre de enfriamiento de 900 hp en otra área de la planta.

Monitoreo "sin intervención"

El sistema de monitoreo continuo también permite un enfoque "sin intervención" que no requiere que los técnicos de servicio accedan a los armarios de control para realizar una prueba manual de resistencia de aislamiento. En su lugar, un medidor analógico fuera de la puerta del armario de control muestra las lecturas de resistencia de aislamiento medidas en megohmios en tiempo real. El medidor también indica niveles de aislamiento bueno, regular y malo a través de un simple esquema de color "verde, amarillo, rojo".

Cuando se alcanzan niveles de punto de ajuste de resistencia de aislamiento predeterminados, las luces indicadoras se encienden para señalar una condición de alarma y las notificaciones automáticas pueden enviarse a la red de monitoreo. El monitoreo continuo también puede mostrar si los calentadores utilizados para mantener temperaturas térmicas o prevenir condensación están funcionando correctamente.

La mayoría de los motores utilizan calentadores para mantener la temperatura dentro del motor para que no varíe drásticamente de la temperatura de operación o las temperaturas ambientales fuera de la unidad. Si baja del punto de rocío, el motor comenzará a captar condensación mientras está fuera de línea.

Sin embargo, si estos calentadores fallan al operar correctamente o el interruptor de circuito se dispara, el personal de mantenimiento puede no ser consciente de ello hasta que el motor falle al arranque. Aunque estos calentadores de motor se revisan regularmente, esto puede dejar motores y generadores críticos desprotegidos durante semanas o incluso meses.

Prevención de arcos eléctricos

Quizás lo más importante, Loupe dijo que el enfoque sin intervención reduce la exposición de los empleados a posibles daños por arcos eléctricos. “Con los dispositivos de monitoreo continuo de resistencia de aislamiento, eliminas el daño potencial de arcos eléctricos al no tener al técnico abrir armarios para pruebas de megohmios en absoluto”, dijo Loupe.

Los arcos eléctricos son una descarga eléctrica no deseada que viaja a través del aire entre conductores o desde un conductor a tierra. El destello es inmediato y puede producir temperaturas cuatro veces la superficie del sol. El calor intenso también causa una expansión repentina del aire, lo que resulta en una onda de choque que puede arrojar a los trabajadores a través de habitaciones y tirarlos de escaleras. Las lesiones por arco eléctrico incluyen quemaduras de tercer grado, ceguera, pérdida auditiva, daño nervioso, paro cardíaco e incluso la muerte.

Entre las causas potenciales de un arco eléctrico enumeradas por NFPA 70E incluye el "uso inadecuado de equipo de prueba". Aunque se recomienda desenergizar el equipo antes de probar y usar equipo de protección personal (EPP) apropiado, la mejor solución es eliminar la necesidad de acceder a los armarios de control para realizar pruebas de resistencia de aislamiento.

Además del riesgo de arcos eléctricos, Loupe ha presenciado de primera mano otro riesgo potencial que puede ocurrir si un motor hace cortocircuito a pocos pies de un empleado. En la planta, el personal está a solo unos cinco pies del motor al arrancar el enfriador. Si el motor hace cortocircuito, puede hacer un ruido enorme y lanzar una masa de chispas.

“Con monitoreo continuo de resistencia de aislamiento, no tienes un empleado en peligro si el motor falla al arranque”, dijo Loupe. “El dispositivo previene esa preocupación de seguridad también”.

Para más información visite www.megalert.com o llame al 800-778-5689.