Generating Insights: clases de aislamiento y vida útil

Este artículo explica el significado de las clases térmicas y las subidas de temperatura y ofrece una visión general de la vida útil media de un sistema de aislamiento.



Clases térmicas/de aislamiento

La definición de clases térmicas especificada por el IEC 60085-2008 y por el IEEE Std1 -2001 se resume en la tabla 1. La clase térmica se refiere a la designación que 

es igual al valor numérico de la temperatura total continua máxima recomendada en grados Celsius (0C).



Clasificación del sistema de aislamiento según NEMA MG1, donde los sistemas de aislamiento se dividen en cuatro clases según la resistencia térmica del sistema para fines de clasificación de temperatura. Estas clases se han establecido de acuerdo con IEEE Std1.



Los aumentos de temperatura se clasifican como aumentos de temperatura por resistencia y aumentos de temperatura por ETD (Embedded Temperature Detector).

Tabla 1: Asignación de clases térmicas

Los aumentos por resistencia se establecen midiendo la temperatura en frío y después de condiciones de estabilidad térmica. Los aumentos de temperatura por resistencia indican el aumento máximo de temperatura (Delta T) según lo especificado en la tabla IEC60034-1.7 y la tabla NEMA MG1 parte 32.32-3 y basado en la temperatura ambiente de 40ºC.

Los aumentos máximos de temperatura por ETD están especificados por IEC60034-1 y NEMA MG1 parte 32 y se basan en la temperatura ambiente de 40ºC.

Si la temperatura total de funcionamiento se eleva en 10 ° C, la vida útil térmica del sistema de aislamiento se reduce en un 50%

Figura 1: Vida media del aislamiento del sistema de aislamiento de clase H frente a la temperatura.

Gráfico de vida media del sistema de aislamiento de clase H

Underwriters Laboratories (UL) ha establecido las temperaturas de funcionamiento y los niveles de esperanza de vida asociados para todos los materiales de aislamiento eléctrico disponibles y ha agrupado estos materiales en las diversas clases familiares para todos los involucrados con máquinas y equipos eléctricos.

UL utilizó la ecuación de Arrhenius para modelar la relación entre el tiempo y la temperatura. La ecuación de Arrhenius que describe la dependencia de la temperatura en el coeficiente de velocidad de la reacción química se puede utilizar para modelar la relación entre la vida útil de la prueba del sistema y la temperatura. La ecuación de Arrhenius se simplificó tomando los logaritmos naturales para trazar la relación entre el tiempo y la temperatura.

La curva de vida media del sistema de aislamiento de clase H descrita por la norma UL se ilustra en la figura 1.

■ Para operar el sistema de aislamiento de clase H a su temperatura máxima de funcionamiento de 180ºC, la esperanza de vida útil del sistema de aislamiento es de 20kHrs.

■ Para operar el sistema de aislamiento de clase H a 155ºC, la esperanza de vida útil del diseño es de 120kHrs.

■ Para operar el sistema de aislamiento de clase H a 130ºC, la esperanza de vida útil del diseño es de 640kHrs.

■ Del mismo modo, para operar el sistema de aislamiento de clase F a su temperatura máxima de funcionamiento de 155ºC, la esperanza de vida útil del sistema de aislamiento es de 20kHrs.

■ Para operar el sistema de aislamiento de clase F a 130ºC, la esperanza de vida útil del diseño es de 120kHrs.

■ En resumen, el sistema de aislamiento de clase H de operación a 155 °C dará una vida similar a la clase de aislamiento de clase F de operación a 1300 ° C. El sistema de aislamiento de clase H de funcionamiento a 1800 °C será similar al sistema de aislamiento de clase F a 155 °C.

 

El significado de la frase de vida media es que después de un período de 20kHrs operando continuamente a 180ºC (o a 155°C para el sistema de aislamiento de clase F), la resistencia eléctrica final de los aislamientos que se puede correlacionar con la resistencia dieléctrica, se habrá degradado a aproximadamente la mitad de su valor original cuando era nueva. No significa que fallará después de 20kHrs.



Las curvas de vida media indican que si la temperatura total de funcionamiento de un alternador se reduce en 10 °C, la esperanza de vida térmica del sistema de aislamiento aumenta aproximadamente en un 200% (se duplica). Por el contrario, si la temperatura total de funcionamiento se eleva en 10 ° C, la esperanza de vida térmica del sistema de aislamiento se reduce en un 50% (reducida a la mitad).



En la práctica, otros factores externos como la carga aplicada, los picos de voltaje debidos a la carga conectada o las condiciones ambientales, las contaminaciones, las prácticas de mantenimiento, todos pueden influir en la vida útil del aislamiento y, por lo tanto, comprender y limitar estos factores ayudará a mejorar la vida útil del aislamiento y el alternador.

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