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La inyección de corriente primaria es usada para multitud de aplicaciones eléctricas, la más frecuente es para conocer la respuesta de un aparato eléctrico de protección ante una determinada magnitud de corriente con objeto de producir un disparo de prueba o para realizar un ensayo de calentamiento de sus polos. Los inyectores de corriente primaria pueden ser usados para la medida de valores muy bajos de impedancia, también para ajustar la corriente de relés de protección en interruptores automáticos de baja, media, y alta tensión, para evaluar la relación de transformación de transformadores de intensidad, y mucho más. La misión de los inyectores de corriente primaria es generar corrientes en un amplio rango, desde corrientes muy débiles hasta corrientes de elevada amplitud, en el rango de pocos miliamperios hasta decenas de miles de amperios, para ajuste y prueba de circuitos y aparatos eléctricos, empleando una tensión muy segura generada por el inyector, inferior a 8 voltios AC (Corriente Alterna). Son especialmente útiles para resolver problemas de motores, evaluando la jaula de ardilla de los inducidos o ejes de los motores, cuando se pretende comprobar la presencia o ausencia de barras rotas o con conexiones flojas, para lo cual se requieren altas intensidades de corriente. La corriente máxima de nuestros inyectores puede ser ampliada con uno o más Boster de refuerzo que son controlados desde cualquiera de las unidades de control para duplicar o triplicar la corriente máxima disponible. Nuestra capacidad actual de fabricación de inyectores de corriente primaria alcanza hasta 200 Kilo Amperios nominales, para realizar las pruebas más exigentes en embarrados y aparamenta eléctrica.
A diferencia de la mayoría de inyectores existentes en el mercado, nuestros equipos de inyección de corriente primaria han sido diseñados basandonos en nuestra propia experiencia en el laboratorio, en campo, y en los trabajos de mantenimiento, empleando en su fabricación la máxima robustez para entregar la corriente de forma nominal, es decir, nuestros intrumentos de inyección primaria pueden soportar la corriente máxima de diseño indefinidamente, esto es especialmente útil para realizar ensayos de calentamiento de tiempo indefinido, o para probar las protecciones de largo retardo en aparatos de gran calibre. La gran ventaja de nuestros Inyectores de Corriente es un precio muy competitivo, y la capacidad de duplicar o triplicar la corriente mediante Boster de refuerzo.
Los principales detalles a considerar en la selección de un inyector de corriente primaria son el volumen y el peso del equipo, en relación con la intensidad que generan de forma nominal. En la mayoría de equipos de otros fabricantes se habla de grandes intensidades, pero estas solo pueden ser mantenidas durante un corto espacio de tiempo, y por lo tanto no corresponden a la intensidad nominal o permanente, se trata de técnicas comerciales, también se habla de pesos livianos cuando en realidad algunos de ellos pesan cientos de kilos y no son transportables fácilmente para utilizarlos en campo en lugares poco accesibles. En Montajes Alhama S.L.U. todos sus inyectores de corriente primaria son referidos a su máxima intensidad nominal, que es la intensidad de corriente eléctrica que puede ser generada de forma permanente, y son verdaderamente transportables. Los demás detalles como por ejemplo, medidores o comunicaciones son irrelevantes a la hora de ofrecer un precio competitivo, pues lo que se pretende de un inyector de corriente primaria es que genere amperios, la intensidad puede medirse con cualquier pinza amperimetrica, al respecto de esto último, de un "martillo" con "WI-FI" solo esperamos que pueda emplearse para dar "martillazos", el WI-FI en un martillo sería prescindible, pues solo serviría a propósitos y técnicas comerciales para marketing de ventas. Para conseguir precios competitivos nuestros inyectores de corriente primaria se suministran en su forma básica, pero pueden incorporar como "opción" una pantalla táctil con una aplicación de software a la medida altamente sofisticado, y certificado de calibración trazable.
La precisión y exactitud de la corriente que entregan nuestros inyectores de corriente primaria esta garantizada por calibración por comparación de la lectura con nuestros instrumentos de medida de corriente de los fabricantes Fluke, Hioki, Keithley, LEM, y Pearson, en rangos de corriente desde 10 mA hasta 200 KA.
El control de cada inyector de corriente primaria básico puede ser ampliado mediante APP personalizada adaptada a las necesidades del cliente, con aplicaciones que abarcan hasta el control remoto vía internet, gracias a que somos una empresa proveedora de servicios de alta tecnología de control remoto vía APPs diseñadas a medida. De esta forma podemos ofrecer instrumentos basicos a coste mínimo, que pueden ser ampliados posteriormente en prestaciones facilmente en el futuro. En opción esta disponible un amplio catalogo de accesorios de conexión para todo tipo de conexiones para pruebas.
Montajes Alhama S.L.U. fabrica de serie tres modelos de inyectores de corriente primaria, además de tres Boster esclavos que pueden ser conectados a la unidad de control para duplicar o triplicar la corriente máxima, con objeto de cubrir un amplio rango de intensidades. El modelo básico es el E.L.M.-1500, se trata de un inyector de corriente primaría para trabajo de laboratorio y de campo, con capacidad para generar desde 0,01 A AC hasta 1.500 A AC, ideal para pruebas en embarrados y protecciones hasta 1.000 amperios, y pruebas de inyección de corriente secundaria. El modelo E.L.M.-2500 es un inyector con capacidad para generar desde 0,1 A AC hasta 2.500 A AC, adecuado para pruebas de embarrados y protecciones hasta 2.000 amperios, y pruebas de inyección de correinte secundaria. Por último, tenemos el modelo E.L.M.-12-KA, se trata de un instrumento muy robusto para trabajo pesado en laboratorio o en campo, con ruedas, que es verdaderamente transportable, y dispone de la potencia necesaria para generar desde 1 A AC hasta 12.000 A AC nominales, con posibilidad de mantener una corriente de pico de 24.000 A AC durante diez segundos, para realizar ensayos de disparo instantáneo de interruptores de gran intensidad, y pruebas de calentamiento o de cortocircuito en embarrados de potencia, este inyector es adecuado para pruebas de protecciones de hasta 6.300 amperios nominales.
En caso de ausencia total de suministro eléctrico por necesidades de las pruebas para probar interruptores de protección general, la alimentación del inyector primario puede provenir de una fuente de alimentación UPS de baja potencia, o de un electro generador pequeño.
En la siguiente imagen podemos ver uno de los Boster, el que aparece en esta imagen corresponde al de 5.000 A realizado íntegramente en acero inoxidable con unas dimensiones muy compactas de 30X30 centímetros y un peso de tan solo 18 kilos, que es un peso muy reducido para la intensidad que puede entregar. En la oferta tenemos en existencia Boster con un peso de 10 Kilos y otro con un peso de 5 Kilos para realizar pruebas de inyección de alta corriente es lugares poco accesibles como, por ejemplo, una torre de Alta Tensión donde se pueden encontrar instalados aparatos como interruptores de vacío, reconectadores, interruptores de protección, etc. En estos casos el Boster es alimentado con un cable de escasa sección, desde cualquiera de las unidades de control que pueden encontrarse en el suelo, o en un vehículo, alimentadas mediante UPS o por un electro generador pequeño.
Una ventaja de los Boster es que, pueden ser empleados junto a la ubicación de los objetos a ensayar, y la unidad de control puede encontrarse a decenas o centenares de metros en un vehículo, en una oficina, en el laboratorio, en el taller, aula, etc., sin que ello afecte al buen funcionamiento del Boster, pues su alimentación se realiza con un simple cable con mínima sección desde la unidad de control. Esto implica un gran ahorro de costes en cables especiales de alta flexibilidad con secciones elevadas y longitudes excesivas, que afectan negativamente al funcionamiento y al rendimiento de los inyectores primarios, "de los demás fabricantes" por supuesto, donde se emplean multitud de cables conductores conexionados en paralelo para realizar conexiones de alta corriente, debido a las pérdidas intrínsecas por longitudes excesivas entre el equipo y el objeto bajo ensayo, como así podemos comprobar en las imágenes de los inyectores que se ven por la red.
Cuando se conectan nuestros Boster esclavos a cualquiera de sus unidades de control, la capacidad de corriente de los inyectores se duplica o triplica, pudiendo generar de forma permanente el 200% o el 300% de corriente. Los Boster tambien pueden funcionar de forma independiente generando el 100 % de coriente, controlados desde cualquiera de las unidades de control. Los tres modelos de inyectores disponen de una variante trifásica para realizar ensayos en aparatos eléctricos que requieren de control del ángulo de corriente. Cada modelo de inyector se entrega con cables conductores de gran sección y de muy alta flexibilidad con aislamiento de silicona para soportar 1.800 V, de tres metros de longitud y conectores específicos para realizar las conexiones, en opción podemos suministrar cualquier longitud de cables y secciones para conectar los equipos eléctricos que se pretendan ensayar. Los tres modelos de inyectores de corriente también pueden ser fabricados en opción para generar CC (Corriente Continua) a su salida, para realizar pruebas en protecciones para motores de CC. Todos los equipos de inyección primaria son sencillos de transportar y de manejar por una sola persona, el modelo de mayor corriente E.L.M.-12-KA dispone de ruedas macizas de nylon y asas robustas para un cómodo uso.
La prueba de inyección de corriente se realiza inyectando una corriente controlada que circula por cada polo de potencia del aparato bajo ensayo, también se puede realizar la conexión en dos polos, en tres polos, o en cuatro polos a la vez, conexionándolos en serie o en paralelo con la unidad de control. En las variantes con inyección de corriente trifásica se conectan al mismo tiempo a la unidad de control los tres polos de potencia de los aparatos bajo ensayo. En comparación con otros métodos de ensayo para probar o medir los polos de potencia de los aparatos eléctricos, los ensayos por inyección de corriente primaria son sencillos de realizar, rápidos, económicos, y seguros porque emplean una tensión muy pequeña para realizar el ensayo, de ahí que no se necesita ninguna cualificación para realizar las pruebas.
Relés de diferentes fabricantes utilizados en cabinas de protección de Media Tensión. La señal de corriente que utilizan estos relés para realizar la protección proviene de tres transformadores de medida de corriente. Para verificar el correcto funcionamiento del sistema de protección se ha de realizar una prueba de inyección de corriente en el "primario", es decir, la señal de corriente del inyector se realiza sobre los transformadores de corriente, con ello se prueba todo el sistema de protección contra sobrecargas y cortocircuitos, o séa, transformadores de medida, cables de conexión, relé de protección, bobina de disparo, y relojería de disparo del interruptor. Es importante conocer que los inyectores de corriente primaria para estas aplicaciones deben poder generar corrientes suficientes para realizar las pruebas de protección contra cortocircuitos, lo cual requiere en ocasiones corrientes de varios cientos o miles de amperios, segun la corriente ajustada en los relés.
Los inyectores de corriente primaria se emplean en multitud de aplicaciones donde se requieren corrientes para pruebas y ensayos, sin que dichas corrientes sean proporcionadas por la fuente del circuito eléctrico de la propia instalación. Por ejemplo, si quisiéramos probar la protección contra sobrecarga de corriente del motor eléctrico de una electrobomba sumergida en un pozo, primero necesitaríamos poner el motor en sobrecarga, cosa difícil de realizar si la parte hidráulica no se puede modificar, la única posibilidad consistiría en arrancar el motor con solo dos de las tres fases, lo cual podría quemar el devanado eléctrico del motor si la protección contra sobrecarga de corriente se encuentra desajustada o no funciona. Con un inyector de corriente primaria podemos generar la corriente necesaria para probar la protección contra sobrecarga de corriente sin necesidad de arrancar el motor de la electrobomba.
La principal aplicación de los inyectores de corriente primaria consiste en verificar el funcionamiento de los interruptores de protección magneto térmica, por ejemplo, los interruptores de protección general de Baja Tensión de los transformadores. El ensayo se realiza inyectando en los polos del interruptor una intensidad de corriente en ascenso hasta que es superado el humbral de ajuste y se produce el disparo de éste. Las pruebas de ensayo para los interruptores automáticos de protección contra sobrecarga de corriente son tres, la primera es la prueba de "largo retardo", realizado generalmente con una intensidad de 1,2 X In (Intensidad nominal) del interruptor, para probar la curva de disparo "I*xT" (Intensidad x Tiempo) de funcionamiento del interruptor frente a sobrecargas de intensidad similares al arranque de motores o puesta en funcionamiento de transformadores. La segunda es la prueba de "corto retardo", realizado a una intensidad comprendida entre 1,5 y 2 X In del interruptor, para probar el funcionamiento de la protección contra las sobrecargas de intensidad bruscas producidas por defectos en la instalación, o arranques de tiempo excesivo. La tercera es la prueba de "disparo instantáneo" del interruptor, realizado con una intensidad comprendida entre 2 y 6 X In, para ensayar el funcionamiento de la protección contra los defectos de las sobrecargas de intensidad producidas por los cortocircuitos.
Curvas de disparo de interruptores automaticos magneto termicos (izquierda), y curvas de disparo de interruptores automáticos Schneider Eléctric con centralita Micrologic 2.0 (derecha)
Por ejemplo, para un interruptor de protección de BT (Baja Tensión) de un transformador de 1.250 KVA con tensión de salida de 400 V AC, se necesita un interruptor general de protección de Baja Tensión de: 1.250.000 VA / (400 V X √³) = 1.804,27 A, el escalón del calibre normalizado que cubre dicha corriente es 2.000 A. Para realizar el ensayo de este interruptor ajustando sus relés de protección al 100 % de intensidad, con el fin de garantizar que la protección efectiva del interruptor funciona correctamente necesitaremos hacer un ensayo inyectando una intensidad de corriente AC de 1,2 X In = 2.400 A, para probar la protección de "largo retardo". Del mismo modo, para probar la protección de "corto retardo" del mismo interruptor, hay que realizar un ensayo inyectando a sus polos una intensidad de 2 X In = 4.000 A. Por último, para ensayar la protección contra los defectos producidos por los "cortocircuitos", tenemos que hacer circular por los polos del interruptor una intensidad que depende del ajuste de corto retardo del interruptor, de entre 2 y 6 X In = 4.000 - 12.000 A. Los tiempos de disparo del interruptor para estas intensidades deben coincidir con los de las curvas de disparo mostradas en las tablas de características I*T del fabricante del interruptor, sin exceder dichos tiempos para cada una de las intensidades. El exceso de tiempo de disparo, o la ausencia de disparo, en uno de los ensayos, deber ser considerado como rechazo del objeto bajo ensayo, en este sentido el interruptor que se está probando, deberá ser reparado si ello es posible, o sustituido por uno nuevo si su reparación no es posible, con objeto de garantizar la protección efectiva, en nuestro ejemplo del transformador.
Calibración previa del Boster de 5.000 A realizada en nuestro laboratorio de Baja Tensión, antes de proceder a realizar ensayos de disparo por inyección de corriente primaria a interruptores de protección. En este caso la calibración se realiza a 2033 A, equivalente a (1,27 X In) de un interruptor automático magnetotérmico de 1.600 A.
Ensayo de disparo de la protección de largo retardo de un interruptor automático ABB de 1.600 A, empleando el Boster de 5.000 A previamente calibrado. Para ofrecer una garantía adicional de que las protecciones contra sobrecargas de intensidad de corriente funcionan adecuadamente, Montajes Alhama S.L.U. ensaya todos los Interruptores automáticos magnetotérmicos de cualquier calibre, pequeños, medianos, y grandes, desde 6 A hasta 6.300 A, que instala a sus clientes, garantizando de este modo que la protección que realizan los interruptores automáticos dispara para despejar los posibles defectos frente a eventos de sobre corriente de largo retardo, de corto retardo, y de disparo instantáneo por cortocircuito. Todos los interruptores se ensayan a 1,2 X In, a 2 X In, y a 6 X In.
Cuando se produce el disparo de un interruptor automático causado por un cortocircuito, la superficie de los polos del interruptor de protección pueden quedar afectados creando "micro surcos" debido a la elevada corriente de defecto que circula por los polos durante el cortocircuito, reduciendo de este modo la calidad general de la conexión del interruptor, esto provoca que posteriormente los polos del aparato se calienten en exceso durante el servicio normal, y como consecuencia este defecto puede producir el disparo del interruptor, que no es causado por la corriente térmica ajustada, sino por una anomalía en la conexión del interruptor.
Del mismo modo, que para los contactores, podemos calcular la impedancia de paso de los interruptores automáticos despues de una apertura provocada por la corriente de defecto ocasionada por un cortocircuito. La medida se realiza cerrando el contactor o el interruptor sin potencia y mididiendo la tensión en bornes cuando éstos son atravesados por la corriente generada mediante el inyector de corriente primaria, y realizando el cálculo según la ley de Ohm (Z = V / I), el resultado se debe comparar con los datos mostrados en las hojas de características del fabricante, una desviación superior al 20 % significa que los polos del contactor o interruptor disiparan una magnitud de energía eléctrica inadmisible, generando alta temperatura y riesgo elécrico durante el funcionamiento.
Las siguientes tablas muestran la potencia disipada por polo en interruptores automáticos Schneide Electric, hasta 630 A (izquierda), y hasta 3200 A (derecha). En los interruptores de los demás fabricantes la potencia disipada por polo es similar. En interruptores de gran calibre los defectos de conexión provocados por aumentos de la resistencia en el contacto de los polos debidos a la apertura del interruptor bajo condiciones de "cortocircuito", incrementan la resistencia y con ello la potencia disipada por polo en el interruptor aumenta de forma exponencial.
Se da por hecho que los interruptores generales de gran intensidad siempre se encuentran en buen estado porque núnca o casi núnca disparan, sin embargo, esta premisa será cierta si se realizan ensayos de rutina para verificar el correcto funcionamiento de los interruptores, sobre todo a los interruptores antiguos o con muchas horas de funcionamiento, pues éstos representan el mayor riesgo de avería de la protección, y por ello son los más importantes. Del mismo modo, a los interruptores que han soportado cortocircuitos de elevada magnitud, como quemados de motores de gran potencia, y cortocircuitos en acometidas o embarrados, se les debe realizar inmediatamente despues del evento un ensayo tras producirse este tipo de sobrecargas, con objeto de verificar el correcto estado de resistencia de paso de sus polos, así como el correcto funcionamiento de la protección que pretenden realizar. Todos los defectos de sobrecargas y cortocircuitos soportados por los interruptores de protección generan "alteraciones" en la superficie de los contactos de potencia del interruptor que son "acumulativas". Si los mismos interruptores continúan soportando intensidades elevadas de forma continuada tras un cortocircuito, la instalación podría estar en riesgo sin que se sepa, o incluso puede originarse un siniestro.
Ensayo por inyección de corriente primaria realizado en el laboratorio de Baja Tensión de Montajes Alhama S.L.U., a un interruptor automático magnetotérmico nuevo, del fabricante Schneider Electric con un calibre de 4.000 A, antes de proceder a su instalación en la fábrica del cliente. En el ensayo se utiliza el Boster de 5.000 A, previamente calibrado a 4.800 A, para probar el disparo de la protección contra sobrecargas de intensidad de corriente de largo retardo a 1,2XIn.
Puede ser casualidad o falta de mantenimiento por no realizar pruebas de rutina para evaluar la protección, resulta que en los interruptores de protección de MT (Media Tensión) que hemos "probado" nosotros, en el 80 % de los mismos las protecciones se encontraban con defectos que impedian su funcionamiento, y en otros casos simplemente no funcionaban. Las causas verificadas fueron diversas como, fallo o avería de la centralita de protección, gripado de la relojería, bobina de disparo atascada y en otros casos quemada, defectos en los enclavamientos, suciedad general, humedades generadas por el ozono y las DP (Descargas Parciales), como principales causas. Al igual que en los interruptores generales de gran intensidad de Baja Tensión, la protección general de MT es incluso más importante, y nunca o rara vez se realizan ensayos para verificar su funcionamiento, debido a que, para realizar este tipo de pruebas "se ha de parar toda la instalación" y dejar sin servicio eléctrico la industria que alimenta el centro de transformación.
En la imagen siguiente podemos ver un ejemplo de las consecuencias producidas por un defecto de disparo de la protección general de Alta Tensión Schneider, causado por resistencia elevada de conexión en los polos del interruptor. Estos aparatos funcionaban como protección de un CT (Centro de Transformación) donde se encontraban instalados tres transformadores de 1.000 KVA de poterncia, los cuales quedaron calcinados por el fuego.
Vista de las consecuencias de un defecto de conexión de los polos de un Interruptor magnetotérmico de Protección General de Baja Tensión Siemens de 3.200 A que protegía a un transformador de 2.000 KVA. El defecto en la conexión de los polos provoco una elevada temperatura en los contactos del interruptor y el los conductores conectados al mismo, que derritió todo el contenido del armario eléctrico, "sin llegar a alcanzar la temperatura de combustión" de los materiales.
Imagen correspondiente a un siniestro producido por defecto de disparo y resistencia elevada de paso en los polos de un interruptor automático de Protección General de Baja Tensión ABB de 2.500 A, que protegía a un transformador de 1.250 KVA de potencia, el cual también quedo destruido por el fuego.
Para evitar desastres como los mostrados en los ejemplos anteriores, se deben realizar pruebas de ensayo de disparo y de calentamiento a las protecciones generales de Baja Tensión, y de Media Tensión, de forma rutinaria, solo de este modo podremos garantizar que un interruptor de protección no se calentara en exceso durante el servicio, y que actuara adecuadamente en presencia de un defecto por sobrecarga de corriente o cortocircuito, "despejando" dicho defecto con la apertura del circuito que las protecciones pretenden proteger.
El funcionamiento de las protecciones contra defectos por sobre carga de corriente o cortocircuitos solo pueden ser garantizadas mediante ensayos de las protecciones con inyectores de corriente primaria, y "comparando" los datos de corriente de largo retardo y de corto retardo, más sus correspondientes tiempos de disparo registrados, con las tablas de las curvas de disparo de los fabricantes de las protecciones. Desviaciones importantes sobre la corriente o el tiempo de disparo obtenidos durante el ensayo significan que la protección se encuentra desajustada, averiada, o no funciona adecuadamente, por tanto, en presencia de sobrecargas o cortocircuitos, las protecciones "no actuaran a tiempo" para despejar el defecto y pueden suceder siniestros como los mostrados en los ejemplos anteriores.
Imagen detalle del boster de 5 KA conexionado en la parte trasera, en las barras de un interruptor de 1.250 A para realizar pruebas de ensayo de disparo por inyección de corriente primaria en un interruptor automático de protección contra sobrecargas de corriente, instalado en un armario eléctrico en proceso de fabricación, esta prueba se realiza como único método fiable para garantizar la protección efectiva que debe realizar un interruptor de protección. Los ensayos de inyección de corriente se realizan en Montajes Alhama S.L.U. a interruptores de protección de cualquier calibre con sus conductores conexionados, como parte de la rutina de verificaciones durante el proceso de fabricación de los armarios eléctricos.
Los inyectores de corriente primaria no son aparatos concebidos para ser utilizados en lo alto de torres de AT. Los Boster si están concebidos para ser utilizados en cualquier lugar, incluido en las torres de AT para realizar toda clase de pruebas, utilizando los modelos de 1.500 A con un peso de 5 Kg., 2.500 A con un peso de 10 Kg., y 5.000 A con un peso de 18 Kg., según la corriente que se precise para cada aplicación de prueba. La alimentación y ajuste de la corriente que inyecta el Boster puede encontrarse abajo en el suelo o en un vehículo, alimentando la unidad de control mediante una fuente UPS de baja potencia, o por un electro generador pequeño.
Imagen de los Boster de 1.500 A izquierda y 5 KA derecha, los cuales por su peso y tamaño pueden ser utilizados los dos en lugares donde los equipos "pesados de laboratorio" no pueden ser manejados fácilmente, como por ejemplo, en lo alto de torres de Alta Tensión, o dentro de armarios poco accesibles.
Los inyectores de corriente primaria también pueden ser utilizados como medidores de impedancia de los contactos de potencia en los aparatos eléctricos como, contactores, interruptores, automáticos, relés, filtros, etc. haciendo circular por sus polos la corriente nominal del dispositivo y midiendo la tensión entre sus bornes. Los fabricantes de aparamenta eléctrica muestran en sus hojas de características la impedancia "Z" en ohmios que ofrecen los polos de los aparatos al paso de la corriente nominal, por ejemplo, un contactor de 400 A del fabricante Schneider Electric muestra en sus hojas de características una impedancia de 0,26 mOmios a 20 ºC cuando sus polos son atravesados por una corriente ith de 500 A AC a 50 Hz. Si desconectamos la potencia de los polos y cerramos el contactor accionando su bobina, y hacemos circular una corriente de 500 A AC por sus polos mediante el inyector de corriente primaria, podemos medir a continuación la tensión entre sus bornes y realizar el cálculo de la impedancia según la ley de ohm Z=V / I, para obtener la impedancia real de los polos. Con esta medida podemos averiguar el estado real de la calidad o desgaste de los polos del contactor, interruptor, relé, etc., esta prueba es especialmente útil en interruptores de protección con muchas horas de funcionamiento para conocer si el aparato eléctrico ensayado puede continuar operando o hay que sustituirlo. Una elevación de la impedancia mayor a 20 % en la conexión de los polos de un interruptor de protección significa que el aparato no podrá operar con la corriente nominal, y por lo tanto la instalación podría encontrarse en riesgo de producir un siniestro, sin que anteriormente se hubiese conocido este detalle, hasta el momento del ensayo de disparo por inyección de corriente primaria.
Evaluación de barras partidas o con soldaduras flojas en la jaula de ardilla de los rotores,
Gracias a la elevada magnitud de corriente que pueden proporcionar de forma constante los inyectores de corriente primaria modelos E.L.M.-1500, E.L.M.-2500, y sobre todo el E.L.M.-12-KA, los mismos puede ser utilizados como analizadores para evaluar la calidad del estado en las barras y sus conexiones en la jaula de ardilla en los rotores de los motores eléctricos de cualquier potencia, con la ayuda de una cámara termo gráfica de alta resolución para detectar barras cortadas o conexiones deficientes. El ensayo se realiza inyectando una corriente elevada entre los extremos del rotor del motor, de una magnitud proporcional a la corriente del devanado del motor, y verificando con la cámara termo gráfica que el calentamiento de las barras se produce por igual en todas ellas. Cuando se inyecta una elevada corriente entre los aros de puesta en cortocircuito situados en los extremos del rotor, las barras cortadas o con conexión deficiente se calentarán por desigual, debido a las diferencias de intensidad de corriente que circula por las que tienen conexiones deficientes o cortadas, lo que implica temperaturas diferentes en comparación con las demás barras que están sanas. Estas diferencias de temperatura pueden ser detectadas mediante una cámara termo gráfica de alta resolución. La inspección visual de las barras o la medida de su resistencia con micro óhmetros resulta inútil, porque la resistencia en "CC" (corriente continua) que presentan todas las barras conectadas en cortocircuito en el anillo colector, se encuentra fuera del alcance en rango de corriente de los micro óhmetros, incluidos los de alta intensidad. La inspección visual tampoco es útil porque las conexiones deficientes de las barras solo se manifiestan con el rotor montado en el motor, cuando el mismo efectúa el arranque, o si la deficiencia de conexión es severa también se manifestará durante la operación normal del motor. Podemos resumir que este tipo de averías en los inducidos de los motores, normalmente no es visible a simple vista, y su diagnóstico siempre es complicado si no se dispone de un inyector de corriente primaria más una cámara termográfica de alta resolución. Todos estos detalles conducen en multitud de ocasiones a un diagnóstico erróneo, achacando el problema a otros factores como la parte mecánica del motor, es estado de la red eléctrica en el momento del arranque, la sección de los conductores, defectos en el sistema de accionamiento del motor, etc. Normalmente los problemas de barras en el inducido son sinónimo de arranques "duros frecuentes" o de arranques de tiempo prolongado con caídas de tensión elevadas, síntomas que merece la pena analizar antes de proceder a realizar cambios significativos en las instalaciones.
Forma de conectar un inyector de corriente primaria para detectar barras cortadas o con soldaduras flojas en la jaula de ardilla de los rotores de motores eléctricos, la corriente a inyectar dependerá de la potencia del inducido del motor, (rotor) que se pretenda evaluar.
Si se sospecha o se tiene la certeza de un posible problema de barras en el inducido de los motores, existe otro método alternativo de avaluación cuando el motor se encuentra instalado, mediante el análisis de la firma espectral de corriente.
Como es lógico, las medidas e interpretación de los resultados deben ser realizadas por personal técnicamente competente con experiencia y medios adecuados para estas aplicaciones. Además de los parámetros estáticos, si necesitamos conocer la integridad eléctrica completa de un motor tendremos que averiguar si el devanado secundario del motor se encuentra en buenas condiciones operativas, dicho devanado secundario es el inducido o rotor del motor. En efecto, la "jaula" del rotor de los motores de inducción actúa como devanado secundario, similar a un transformador, el mismo está formado por barras unidas a dos anillos en cortocircuito conectadas desde un extremo al otro del rotor. Estas barras soportan intensidades muy elevadas en la fase de aceleración durante el arranque de los motores, y en ocasiones debido a la repetición de arranques "duros" de tiempo prolongado, pueden provocar aflojamientos en las conexiones de las soldaduras de las barras, o incluso la rotura de las mismas por sobre corriente, debido a las altas temperaturas que alcanzan las barras, provocadas por los arranque duros.
La integridad de las barras de la jaula del rotor de un motor y la calidad de sus conexiones puede ser verificada de forma dinámica, es decir, con el motor en marcha con su carga nominal, si ello es posible, mediante analizador de espectro y la ayuda de un sensor de corriente de precisión y alta frecuencia que disponga de gran ancho de banda y sensibilidad suficiente. Este tipo de análisis y su interpretación debe ser realizado por personal técnicamente competente con experiencia y medios.
Ya que en el rotor de los motores eléctricos de elevada potencia es complicado averiguar la integridad de las barras de la jaula, y la calidad de sus soldaduras sin desmontar el motor, existe la posibilidad de averiguar la calidad de su estado, o el nivel de falla, o barras rotas, si fuese el caso, sin desmontar el motor, mediante análisis espectral dinámico, de corrientes y tensiones simultáneamente en las tres fases del devanado del motor, utilizando el analizador de SFRA modelo E.L.M. 1G-2, y con la ayuda de los sensores específicos para la medida de corrientes de alta frecuencia, diseñados por Montajes Alhama S.L.U. para esta aplicación.
Los rotores de los motores eléctricos "asincrónicos", o sea, prácticamente la totalidad de motores, giran a una velocidad que es dependiente de la cantidad de polos magnéticos del devanado del estator que resulta de multiplicar la frecuencia de la red por 120 y dividir el resultado por el número de pares de polos del devanado del motor, por ejemplo, un motor de 2 polos alimentado con una red de 50 Hz gira a 3.000 rpm, esta es la velocidad teórica. La velocidad de rotación real cuando el motor opera a plena carga viene marcada en su placa de características, y es menor que la velocidad teórica, a esto se le denomina "velocidad de deslizamiento", dicho deslizamiento de velocidad se produce en todos los motores asincrónicos. Como consecuencia del deslizamiento de velocidad, el rotor del motor induce una cierta proporción de energía en el espectro de corrientes armónicas que son siempre de orden impar, donde predomina mayoritariamente en magnitud el armónico 5º, los demás armónicos anteriores y posteriores son de menor magnitud. Cuando existen barras cortadas o con conexiones flojas se produce un aumento del deslizamiento de velocidad en el rotor debido al menor par disponible en el rotor, esta pérdida de par es provocada por la disminución de la fuerza del campo magnético del rotor a causa de las barras cortadas o con conexiones flojas. En estos casos el aumento de deslizamiento de velocidad del rotor incrementa la magnitud del armónico 7º, el cual será el predominante. Dependiendo de la cantidad de barras averiadas en el rotor, el motor ya no arrancara.
En la siguiente imagen podemos ver la "firma espectral" del rotor de un motor eléctrico de una electrobomba funcionando con su carga nominal, el cual tiene barras rotas en el rotor, obsérvese que el armónico 7º tiene una magnitud superior a la de armónico 5º, lo cual es un indicador evidente de la presencia de un problema de barras rotas o flojas en el rotor.
Medida de Inductancias con inyector de corriente primaria
En ocasiones nos encontramos con la necesidad de conocer el valor exacto en Henrios de una inductancia, por ejemplo, para calcular un filtro o para conocer si el que tememos funciona adecuadamente, dicho valor de inductancia solo es posible obtenerlo si el medidor tiene capacidad para hacer circular por la inductancia, su intensidad nominal. Por ejemplo, si tenemos una inductancia trifásica para una corriente de 180 A para conectarla en serie con un condensador como medio para desintonizar el condensador y evitar la resonancia con armónicos, deberemos hacer circular por las bobinas de dicha inductancia una corriente de 180 A, de lo contrario el valor de Henrios medidos con aparatos convencionales no será real. El valor "real" de inductancia en Henrios de las inductancias industriales no puede ser medido con exactitud por ningún aparato de medida (Inductametro), pues éstos solo suministran algunos mili amperes, incluso utilizando sus complementos de polarización apenas logran suministrar algunos amperios en el mejor de los casos. Para solucionar este problema y medir con precisión inductancias de elevada corriente nominal se debe emplear un inyector de corriente primaria con capacidad de suministro de corriente para hacer circular por las bobinas de la inductancia su corriente nominal de diseño, y mediante un voltímetro medir la tensión presente en bornes de la inductancia cuando circula la corriente nominal. Una vez conocidos los valores de corriente y tensión en bornes procedemos a calcular los Henrios de la inductancia mediante simples ecuaciones del siguiente modo: primero calculamos la inductancia de cada fase del inductor, el valor es expresado en (Henrios) = V/(2*PI*F*I), una vez obtenido el valor de H (Henrios) podemos contrastar la exactitud del valor obtenido con esta otra ecuación, H (en Henrios) = XL/ω = (2*PI*F*L)/(2*PI*F). De este modo disponiendo de un inyector de corriente primaria podemos conocer el valor de inductancia exacto de los inductores de alta potencia.
Ejemplo práctico, "los condensadores" de las baterías de condensadores con filtros mediante inductancias para desintonizar los armónicos de baja frecuencia, como 5º armónico, 7º armónico, 9º armónico, etc., los condensadores de la batería pierden capacidad por envejecimiento con el tiempo y las alteraciones del suministro eléctrico, esto es normal. La consecuencia de la pérdida de capacidad de los condensadores es que la frecuencia de sintonía del filtrado LC (Inductancia + Condensador) se eleva en frecuencia, acercándose peligrosamente al 5º armónico que es el de mayor magnitud, lo cual provocará la destrucción del condensador en poco tiempo, debido al mayor consumo que produce el armónico en el condensador.
Pasamos a describir el evento, disponemos de un condensador trifásico de 50 KVAR que tiene una capacidad de 487 μF, en la placa de características del condensador marca 66,07 A, más un inductor trifásico de 50 KVA, el cual puede soportar una intensida maxima de corriente de 81,8 A nominales, (dicha intensidad es incluyendo las posibles corrientes de los armónicos), y dispone de 0,767 mH = 757 µH (micro Henrios), como filtro de armónicos sintonizado para que produzca una frecuencia de resonancia con el condensador conectado en serie, de 189 Hz. Para conocer la frecuencia real de resonancia del circuito LC serie formado por el condensador y la inductancia, hacemos pasar por una de las tres bobinas 66 A mediante el inyector de corriente primaria, con el voltímetro medimos una caída de tensión en bornes de la bobina de 15.91 V, el valor exacto de inductancia de la bobina será: V/2*PI*F*I = 25 V/2*3.141592*50 Hz*66 A = 0,0007673 H, o lo que es lo mismo 767,3 μH. Hemos de precisar que el valor de la inductancia real que será puesta en serie con el condensador trifásico, corresponde a la suma de dos, de las tres bobinas que tiene el inductor, pues para cada fase del condensador se tiene dos bornes que son alimentados por dos, de las tres fases de red, por lo tanto la corriente también atraviesa dos de las tres bobinas del inductor trifásico. Para el caso del ejemplo anterior se tiene una inductancia serie de 2*767,3 = 1.534,6 μH, si conectamos el inductor trifásico en serie con el condensador, la frecuencia de resonancia será F(0) = 1/2*PI*V(LC) = 184,1 Hz, siendo el valor de resonancia real muy cercano al valor teórico de los 189 Hz requeridos. Hasta aquí todo parece correcto, generalmente los inductores trifásicos que actúan como filtros en las baterías de condensadores, mantienen sus propiedades (inductancia) con el tiempo y el funcionamiento, pero en ocasiones debido a los armónicos, los inductores se calientan en exceso durante el servicio y pueden cortocircuitarse parte de sus espiras, lo cual se traduce en pérdida de inductancia. Solo falta medir la capacidad del condensador para asegurar que la frecuencia de sintonía del condensador es la correcta, si por el contrario el condensador ya ha perdido más del 7 % de su capacidad original, se deberá sustituir el condensador, ya que una disminución de la capacidad en más del 7 % equivale a un incremento en el consumo del condensador del 15 % en presencia de armónicos en la red. Desafortunadamente en la actualidad, debido a la proliferación de los variadores de frecuencia, todas las redes eléctricas se encuentran contaminadas por armónicos. Hemos seleccionado este ejemplo y su correspondiente explicación porque éstas son las causas frecuentes de la destrucción de las baterías de condensadores con filtros.
Imágenes correspondientes a la inductancia empleada en el ejemplo explicado anteriormente, donde podemos ver la inductancia de 50 KVA de potencia y 81,8 A nominales, con 767 µH, en la imagen derecha podemos ver que se está haciendo circular una corriente cercana a la nominal de la inductancia.
Registro de análisis espectral de armónicos en sala de motores de alta potencia de una depuradora de aguas residuales, donde podemos ver que la magnitud de los armónicos de Baja Frecuencia es muy elevada. Esta gran distorsión armónica es producida por el funcionamiento de los Variadores de Frecuencia que se utilizan para el accionamiento de los motores.
La causa del origen del problema de la falta de filtrado eficaz de los armónicos del ejemplo anterior reside en la "ineficacia" del Filtro mediante inductancia de baja calidad utilizado en los armarios eléctricos de los Variadores de Frecuencia. En la imagen siguiente podemos ver en el análisis de SFRA que la frecuencia de corte "Fc" de la inductancia analizada se sitúa a 105 KHz, es decir, todas las tensiones pertenecientes a las frecuencias de Baja Frecuencia "se cuelan" a través de la inductancia que se utiliza supuestamente como filtro, para que dichas tensiones a esas frecuencia no pasen. Esto implica que la acción del filtro, es solo para cubrir expediente en el armario eléctrico que acciona el motor de la soplante, pues su ineficacia es total y se muestra inútil para esta aplicación.
La forma más exacta de medir la inductancia de inductores trifásicos consiste en hacer circular la corriente nominal en serie por dos de las tres bobinas que dispone la inductancia, ya que las tres bobinas no suelen tener el mismo valor debido a las diferencias físicas constructiva y a la posición de la bobina central que suele tener alguna diferencia de inductancia con respecto a las de los extremos. Hemos de precisar que, si un inductor no es atravesado por la corriente nominal de diseño, su inductancia no será la misma, esto se debe a que la inductancia de las bobinas cambia con la frecuencia, la intensidad, y otros factores de menor peso como la temperatura y la tensión. Al respecto de todo lo mostrado en el ejemplo anteior, "lo que no se conoce no se puede corregir".
Estas son solo algunas de las aplicaciones de un inyector de corriente primaria, para nuestras necesidades existen multitud de aplicaciones en las que necesitaremos hacer circular por los dispositivos eléctricos una corriente elevada, sin que ésta sea proporcionada por la red eléctrica, principalmente porque el voltaje suministrado por nuestros inyectores de corriente es muy pequeño, generalmente menor a 8 voltios AC, este es un voltaje seguro para realizar pruebas sin ningún riesgo para el operador.
Principales aplicaciones de los inyectores de corriente
Simulación de condiciones reales de falla por sobrecarga o cortocircuito.
Ensayos de calentamiento de embarrados generales.
Ensayos de corriente de cortocircuito en embarrados.
Evaluación de barras rotas o con conexiones flojas en la jaula del rotor de los motores.
Medida de valores de inductancias de alta corriente.
Medida de Impedancia de contactores e Interruptores de alta potencia de BT y de MT.
Análisis de circuitos de puesta a tierra, para verificar la calidad de las conexiones de embarrados del conductor de puesta a tierra.
Medida de interconexión de cableados a las tomas de tierra.
Medida de puesta a tierra de pararayos.
Evaluación de conexiones y pruebas de disparo de aparatos de MT y AT instalados en torres metálicas.
Ensayo de calentamiento de materiales y aparamenta eléctrica al paso de corrientes nominales, o sobre corrientes.
Prueba de seccionadores, interruptores, interruptores automáticos, relés térmicos, medida de la calidad de los contactos de potencia en contactores.
Medida de resistencias ultra bajas en el rango de nano ohmios.
Medidas de relaciones de transformación en transformadores de intensidad.
Ensayos de sobre corriente en relés de protección.
Puesta a punto de sistemas de control de carga por intensidad.