Cómo determinar la ubicación de un cortocircuito en los devanados de máquinas eléctricas de CA

En los devanados de máquinas eléctricas de corriente alterna son posibles los siguientes cortocircuitos: entre espiras de una bobina, entre bobinas o grupos de bobinas de la misma fase, entre bobinas de distintas fases.

El signo principal por el cual puede encontrar un cortocircuito en los devanados de un motor de CA es el calentamiento por cortocircuito. Para hacer esto, debe sentir el devanado del motor eléctrico después de apagarlo. ¡La sensación de la bobina solo debe hacerse con la bobina apagada!

Para detectar una falla en la fase del rotor de un motor de inducción, se desacelera el rotor y se conecta el estator a la red. En caso de cortocircuito de una parte importante del devanado del rotor o si el motor tiene una gran potencia, el frenado a la tensión nominal se hace imposible, ya que provoca una gran corriente en el estator y el disparo de la protección del motor. En tales casos, se recomienda que la prueba se realice a voltaje reducido.

Figura 1.Explicación de signos de cortocircuito en devanados cuando se conectan en estrella a) y delta (b)

En algunos casos, la parte en cortocircuito del devanado del motor se puede identificar de inmediato por su apariencia: aislamiento carbonizado.

Debe tenerse en cuenta que en presencia de ramas paralelas en el devanado, un cortocircuito en una de las fases de la fase (con un número importante de vueltas cerradas) puede provocar el calentamiento de la otra rama, que no tiene un cortocircuito, ya que este último resulta estar cerrado por las vueltas de la rama de bobinado defectuosa.

La fase que tiene un cortocircuito se puede encontrar por la asimetría de la corriente consumida por la red. Al conectar el devanado de un motor eléctrico con estrella (Fig. 1, a) en una fase en cortocircuito, la corriente (A3) será mayor que en las otras dos fases. Al conectar el devanado de un motor eléctrico con un triángulo (Fig. 1, b) en dos fases de la red a la que está conectada la fase defectuosa, las corrientes (A1 y A3) serán más altas que en la tercera fase (A2) .

Se recomienda que el intento de determinar la fase defectuosa se realice con una tensión reducida (1/3 — 1/4 de la nominal), en el caso de un motor asíncrono con rotor devanado, el devanado de este último puede estar abierto , y en el caso de un motor asíncrono con rotor en jaula de ardilla o en el caso de un motor síncrono, el rotor puede girar o estar bloqueado. Al realizar un experimento con un motor síncrono en reposo, su devanado de excitación debe estar cortocircuitado o por resistencia de descarga.

En el experimento con una máquina síncrona estacionaria, las corrientes en sus fases diferirán incluso si la máquina está en buen estado de funcionamiento, lo que se explica por la asimetría magnética de su rotor. Al girar el rotor, estas corrientes cambiarán, pero con un buen devanado, los límites de sus cambios serán los mismos.

Una fase cortocircuitada también se puede determinar por el valor de su resistencia a la corriente continua, medida por un puente o por el método amperímetro-voltímetro, la fase cortocircuitada tendrá una resistencia menor. Si no es posible separar las fases, se miden resistencias trifásicas.

En el caso de conectar las fases del motor eléctrico con estrella (Fig. 1, a), la mayor será la resistencia entre líneas, medida en los extremos de las fases sin cortocircuitos, las otras dos resistencias serán iguales entre sí y será más pequeño que el primero. En el caso de un motor eléctrico de conexión de fase con un triángulo (Fig. 1, b) la resistencia más pequeña estará en los extremos de la fase que tiene un cortocircuito, las otras dos medidas darán valores de resistencia grandes y ambos ser el mismo.

Los grupos de bobinas o bobinas que tienen un cortocircuito se pueden encontrar cuando toda la bobina se alimenta con corriente alterna o solo la fase defectuosa por calentamiento o por el valor de la caída de tensión en sus extremos. Las bobinas o devanados en cortocircuito estarán muy calientes y tendrán una caída de voltaje menor (al medir el voltaje, es conveniente usar sondas afiladas que perforan el aislamiento de los cables de conexión). En este caso, como en el caso anterior, las bobinas defectuosas se pueden encontrar por el valor de la resistencia de CC.

Los cortocircuitos en el devanado del generador se pueden encontrar por el valor de la FEM inducida en las fases del devanado, en sus grupos de devanados o en bobinas. Para ello se pone en marcha el generador, se le da una ligera excitación y se miden las tensiones de fase; si los devanados están conectados en triángulo, las fases deben desconectarse. La fase cerrada tendrá un voltaje más bajo. Para encontrar un grupo de bobinas o una bobina que esté en cortocircuito, mida el voltaje en sus extremos. Para máquinas de alto voltaje, el experimento se puede hacer con voltaje residual.

En los casos en que sea necesario determinar si existe un defecto en el devanado del estator o del rotor, proceda de la siguiente manera.

El devanado del estator se enciende a un voltaje reducido (1/3 - 1/4 del nominal) con el rotor abierto y el voltaje en los anillos del rotor se mide girando lentamente el rotor. Si los voltajes de los anillos del rotor (en pares) no son iguales entre sí y varían según la posición del rotor con respecto al estator, esto indica un cortocircuito en el devanado del estator.

En el caso de un cortocircuito en el devanado del rotor (con falla del estator), el voltaje entre los anillos del rotor será desigual y no variará dependiendo de la posición del rotor.

El experimento se puede realizar alimentando el rotor y midiendo el voltaje de la abrazadera del estator, en cuyo caso se obtendrá la imagen opuesta. El voltaje suministrado al rotor debe ser 1/3 — 1/4 del voltaje nominal de los anillos del rotor, es decir, el voltaje de los anillos con un rotor estacionario y un estator encendidos a voltaje nominal.

Después de determinar cuál de los devanados (rotor o estator) tiene una conexión de vuelta a vuelta, la fase, el grupo de devanado o el devanado defectuoso se determina mediante los métodos discutidos anteriormente.

En casos difíciles (cuando se cierra una gran cantidad de devanados) o cuando por alguna razón no se puede detectar un cortocircuito, recurren al método de dividir el devanado en partes. Para hacer esto, primero se parte la bobina por la mitad y se verifica la conexión entre estas partes con un megóhmetro. Luego, una de estas partes se divide en dos partes nuevamente y se verifica que cada una esté conectada a la primera mitad y así sucesivamente hasta que se encuentran bobinas que tienen una conexión.

Para mayor claridad, la fig. 2 muestra esquemáticamente este método de detección de una falla en una fase que tiene ocho grupos de devanados cuando existe una conexión entre las bobinas 2 y 6 de los grupos de devanados. La división de la bobina en partes se muestra en orden secuencial.

El método de división secuencial en partes iguales le permite tratar con una cantidad menor de cableado que al dividir la bobina completa en grupos de bobinas.

Arroz. 2 Encontrar un cortocircuito entre las bobinas de una fase

Si ocurre un cortocircuito entre dos fases, entonces la unión se ubica de manera similar a la anterior, dividiendo los devanados en fases.Los devanados de una de las fases que tienen una conexión se dividen en dos partes, y con un megaohmímetro verifican la presencia de conexiones de cada una de esas mitades con la segunda fase. Luego, la parte que está conectada a la otra fase se vuelve a dividir en dos partes y cada una de ellas se vuelve a verificar, y así sucesivamente.

El método de separación en serie de partes se utiliza cuando se encuentran cortocircuitos en devanados con ramas paralelas.En este caso, es necesario dividir las fases defectuosas en ramas paralelas y primero determinar qué ramas tienen una conexión, y solo luego aplicarles este método.

Dado que los cortocircuitos entre fases o grupos de devanados se encuentran con mayor frecuencia en las partes frontales de los devanados o cables de conexión, a veces es posible encontrar de inmediato el punto de conexión levantando y moviendo las partes frontales mientras se verifica simultáneamente con un megaohmímetro.