Puntos clave: El desequilibrio de tensión significa que las tres tensiones entre fases que alimentan un motor no son iguales. Es uno de los problemas de alimentación más dañinos, porque un pequeño desequilibrio de tensión produce un desequilibrio de corriente mucho mayor, y esa corriente adicional se convierte en calor concentrado en un bobinado. Para medirlo basta un multímetro, y la mayoría de los casos se deben a conexiones flojas, a un reparto desigual de las cargas monofásicas o a una fase de alimentación débil.
La regla que conviene recordar: un porcentaje de desequilibrio de tensión provoca aproximadamente de seis a diez veces ese porcentaje de desequilibrio de corriente. Así que una alimentación que parece casi correcta en el voltímetro puede estar quemando un motor en silencio. Esta guía explica cómo calcular el porcentaje de desequilibrio de tensión, por qué hace tanto daño, las causas habituales y cómo diagnosticarlo y corregirlo.
En una alimentación trifásica sana, las tres tensiones entre fases son casi iguales. El desequilibrio de tensión es la diferencia entre ellas. La forma estándar de ponerle una cifra (la definición de NEMA) es el porcentaje de desequilibrio de tensión:
Porcentaje de desequilibrio de tensión = (desviación máxima respecto a la tensión media / tensión media) x 100.
Un ejemplo resuelto. Supongamos que mide las tres tensiones entre fases y obtiene 400 V, 395 V y 410 V.
Esto es trabajo con tensión. Medir la tensión de línea en un circuito de motor de 400 V o 480 V en marcha debe hacerlo una persona cualificada, con un instrumento adecuado para el circuito (CAT III 600 V o superior para la distribución de planta) y el EPI contra arco eléctrico que su planta exija para ese cuadro.
OSHA exige ambas cosas: solo las personas cualificadas pueden probar circuitos con tensión, y los instrumentos de prueba deben estar clasificados para los circuitos a los que se conectan.
Mida las tres tensiones entre fases con la carga normal, no en vacío, en el arrancador o en el seccionador local que alimenta el motor, o en los bornes del motor solo con el permiso de trabajo con tensión de su planta, porque el desequilibrio a menudo solo aparece cuando circula corriente. Basta un multímetro de verdadero valor eficaz adecuado para el circuito.
Un sistema de tensiones desequilibrado puede descomponerse matemáticamente en un sistema normal (de secuencia positiva) que produce par útil y un sistema que gira en sentido inverso (de secuencia negativa) que no lo hace. El motor tiene una impedancia muy baja frente a esa componente de secuencia negativa, así que incluso una pequeña tensión desequilibrada empuja una gran corriente desequilibrada por los bobinados. Ese es el origen de la regla práctica de seis a diez veces.
El daño es el calor. La corriente adicional no se reparte por igual; se acumula en la fase con la tensión más baja, de modo que un bobinado trabaja mucho más caliente que los otros dos y envejece primero.
Las indicaciones de NEMA lo reflejan en una curva de reducción de potencia: un motor se reduce a aproximadamente 0,95 de su potencia nominal con un 2 por ciento de desequilibrio y a cerca de 0,88 con un 3 por ciento, y no se recomienda en absoluto funcionar por encima del 5 por ciento de desequilibrio.
En la práctica, un desequilibrio de tensión de unos pocos por ciento puede aumentar en decenas de por ciento el calentamiento del bobinado más caliente, y por eso se manifiesta como averías prematuras. El desequilibrio de tensión es una de las causas clásicas del sobrecalentamiento de motores eléctricos, y el calor que genera es exactamente lo que una prueba de resistencia de aislamiento revela después como aislamiento deteriorado.
El desequilibrio de tensión es casi siempre un problema de cableado o de cargas, no del motor:
Además del sobrecalentamiento ya descrito, el desequilibrio de tensión provoca mayor corriente de funcionamiento y mayor coste energético, pulsaciones de par que añaden vibración y ruido, y disparos intempestivos de la protección contra sobrecargas cuando la fase más caliente lleva el relé por encima de su límite.
Si no se corrige, provoca averías prematuras de bobinados y rodamientos. La firma de corriente de una alimentación desequilibrada también es visible en el análisis de la firma de corriente del motor, y el estrés térmico resultante es lo que hace que un relé de sobrecarga dispare aunque esté bien ajustado.
Trabaje desde el motor hacia la alimentación:
Una bifurcación importante en el diagnóstico: si las tres tensiones están equilibradas pero las tres corrientes no, el problema está dentro del motor (un fallo de bobinado), no en la alimentación. Tensión equilibrada con corriente desequilibrada apunta al motor; tensión desequilibrada apunta al cableado y a las cargas.
Añada comprobaciones del equilibrio de tensión a la ronda periódica de los motores críticos, instale relés de protección contra pérdida y desequilibrio de fase que disparen antes de que se queme un bobinado, y mantenga las cargas monofásicas bien repartidas cuando se añadan circuitos. La versión lenta es la peligrosa: un desequilibrio que se mantiene en el 3 por ciento durante meses no da ninguna alarma, simplemente consume vida del motor.
Seguir la tendencia de la tensión, de la corriente y del tiempo de inactividad que causan estas averías convierte esa deriva silenciosa en algo visible. Fabrico registra las paradas que provocan las averías por alimentación desequilibrada con un OEE verificado por visión por ordenador y convierte las recurrentes en acciones de mantenimiento con seguimiento, de modo que un motor que sigue fallando en una fase aparece como la pérdida de capacidad que es en lugar de rearmarse y olvidarse. Para el conjunto más amplio de referencias de máquina, consulte el índice de guías de solución de problemas de máquinas.
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La regla práctica de NEMA dice que el calentamiento adicional del bobinado más caliente, en porcentaje, es aproximadamente dos veces el cuadrado del porcentaje de desequilibrio de tensión. Con un 2 por ciento de desequilibrio son aproximadamente un 8 por ciento más de calor, con un 3 por ciento aproximadamente un 18 por ciento y con un 3,5 por ciento aproximadamente un 25 por ciento.
Los motores NEMA están diseñados para soportar la carga nominal con hasta un 1 por ciento de desequilibrio de tensión. Por encima de eso, reduzca la potencia del motor:
Por encima del 5 por ciento, no haga funcionar el motor hasta que se corrija la alimentación.
Si el motor funciona con un variador de frecuencia, el variador genera su propia tensión de salida, así que revise el equilibrio de la alimentación en la entrada del variador y no en el motor.
Una fase de alimentación muy desequilibrada o ausente aparece como un disparo por fase de entrada en el variador, como PHF input phase loss en un Schneider Altivar o F003 Power Loss en un PowerFlex 525, que Rockwell describe como funcionamiento monofásico detectado con carga excesiva.
¿Qué desequilibrio de tensión es aceptable para un motor?
Por debajo del 1 por ciento es lo ideal. Entre el 1 y el 2 por ciento conviene reducir ligeramente la potencia del motor; por encima de aproximadamente el 5 por ciento, NEMA aconseja no hacer funcionar el motor hasta corregir la causa, porque el calentamiento del bobinado se vuelve grave.
¿Cómo calculo el porcentaje de desequilibrio de tensión?
Tome las tres tensiones entre fases, calcule su media, busque la mayor desviación de cualquier lectura respecto a esa media, divida esa desviación por la media y multiplique por 100. Para 400, 395 y 410 V el resultado es aproximadamente 2,1 por ciento.
¿Por qué un pequeño desequilibrio de tensión sobrecalienta un motor?
La tensión desequilibrada crea una componente que gira en sentido inverso (de secuencia negativa) a la que el motor apenas opone resistencia, así que un pequeño desequilibrio de tensión provoca un desequilibrio de corriente mucho mayor. Esa corriente adicional se concentra como calor en un bobinado.
¿Puede el desequilibrio de tensión hacer disparar el relé de sobrecarga?
Sí. El relé de sobrecarga detecta la corriente elevada en la fase más caliente y dispara. Los disparos intempestivos repetidos sin una sobrecarga mecánica evidente son una fuerte pista para medir el equilibrio de tensión.
¿El desequilibrio de corriente es lo mismo que el desequilibrio de tensión?
No. La tensión desequilibrada provoca corriente desequilibrada, pero si las tensiones están equilibradas y las corrientes no, el fallo está en los bobinados del motor y no en la alimentación.
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