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PRUEBAS DE AISLAMIENTO ELÉCTRICO Nociones básicas ¿Qué es un buen aislamiento? Este se produce cuando un alambre eléctrico de un motor, generador, interruptor, transformador o cable, está cubierto cuidadosamente con alguna forma de aislación eléctrica. El alambre de cobre o aluminio es un buen conductor de corriente y le entrega potencia a los equipos, mientras que el aislamiento es justamente opuesto a un conductor, es decir, debe resistir la corriente y mantenerlo en su trayectoria a lo largo del conductor. Podríamos decir que el aislamiento eléctrico es similar a una cañería con agua. La presión que le da la bomba de agua, ocasiona un flujo de agua a lo largo de la cañería, y si ésta tuviese una fuga se perdería tanto líquido como presión. En electricidad y aplicando la famosa Ley de Ohms, el voltaje es similar a la presión que la bomba ejerce en la cañería. En otras palabras, el voltaje hace que la electricidad fluya a lo largo de los alambres de cobre. Al igual que la cañería de agua ejerce una cierta resistencia al flujo, el aislamiento ejerce esta resistencia, pero ésta es mucho menor a lo largo del alambre. Ley de Ohms: V = I x R Al aplicar la Ley de Ohms al alambre, tendremos que a menor resistencia del alambre, se tendrá más corriente con el mismo voltaje. Es importante tener presente que ningún aislamiento es perfecto (su resistencia no es infinita), de modo que cierta cantidad de electricidad fluye a lo largo del aislamiento a través de la tierra. Esta corriente puede ser de millonésimas de Amper, pero se debe medir con un buen instrumento de prueba de aislamiento, como el Megóhmetro, popular-mente conocido como "Megger". En resumen, un buen aislamiento es el que no se deteriora al aumentar el voltaje y por ende, la corriente, obteniéndose una resistencia alta, la cual se debe mantener en el tiempo. Esto se visualiza al realizar mediciones periódicas y estudiando la tendencia que provoca que un aislamiento se deteriore. Posibles riesgos para el aislamiento Entre los elementos que deterioran el aislamiento, podríamos mencionar daños mecánicos, vibraciones, calor, frío excesivo, suciedad, aceite, vapores corrosivos y humedad. En distintos grados, estos elementos son enemigos del aislamiento, y se combinan con el esfuerzo eléctrico existente. Conforme se desarrollen picaduras o Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

 

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g grietas en el aislam miento, la humedad y materia ales extra años pene etran provvocando un u ccamino más fácil para p la fuga de co orriente, o ocasionan ndo en esse punto una menor re esistencia a. Una vez v que comienza c a este de eterioro d del aislam miento, lo os distinto os e enemigos tienden a ayudars se entre sí y permitten una ccorriente e excesiva a través de d la a aislación n. E En genera al, la caída de re esistencia a del aisslamiento es un p proceso g gradual. Si re ealizamos s medida as periód dicas con n un Me egger disseñado p para man ntenimiento p predictivo o analiza ador de aiislamiento o, podrem mos reacccionar a tiempo y rrealizar un na m mantenció ón planific cada. De no n hacerlo, las pérrdidas de aislación n, ponen e en riesgo a la as person nas y al equipo, el e cual pu uede que emarse. E Entonces, podríamos conclu uir d diciendo que "lo que e era un buen b aisla amiento pa asa a serr un condu uctor pelig groso". T TIPOS DE E PRUEBA A DE RES SISTENCIA DE AIS SLAMIEN NTO L La Resiste encia Med dida del aislamient a to será de eterminad da por el voltaje ap plicado y la ccorriente resultante. S Siendo la suma de e tres com mponentes s (Corrien nte de Ca arga Capa acitiva, C Corriente de d A Absorción y Corriente de Fuga); la Corrriente To otal puede medirsse con un u in nstrumentto MEGGER (Ohm mmetro), aplicando a un cierto o voltaje. C Como éstta depend de d del tiempo o que se aplique a el voltaje, es necesarrio espera ar antes d de tomar u una lecturra, ccon el obje eto de que e se cargu ue el equiipo bajo p prueba. D De esta manera, po odemos re ealizar tres método os comune es de prue eba:

Figura 1: Curva típica de resistenc cia de aisla amiento (en megao ohms con n tiempo parra el méto odo de “co orto tiemp po” o “lectu ura puntual”). 1) Método o Lectura Puntual E En este ca aso, se conecta el equipo MEGGER M R a travéss del aisla amiento que se va a p probar y se opera por p un perríodo de 30 3 ó 60 se egundos. Con este e método sse utiliza la In nstructor: Ric cardo Marisc cal Chuscano

 

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ssiguiente regla: "L La resistencia de e aislamie ento deb be ser a aproximad damente 1 M Megaohm por cada a 1.000 V, con un valor v mínim mo de 1 M Megaohm m". Es imp portante ver e el comporrtamiento de las re esistencia as en el ttiempo pa ara deterrminar el estado del d a aislamiento (ver figu uras 1 y 2). 2

Figura 2: Compo ortamiento o típico de e resistenccia de aisslamiento en un perríodo de varios meses m bajo condiciiones variiables de operación n (cuevass trazadass con las de un insstrumento lecturas puntuales p o Megger)). 2 2) Método o Tiempo--Resisten ncia

Figura 3: Curva típ pica que muestra m el efecto de e absorció ón dielécttrica en un na prueba a “tiempo--resistenc cia” hecha a en equip po capacittativo, tal como el e embobinado de un motor. In nstructor: Ric cardo Marisc cal Chuscano

 

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E Este méto odo no req quiere de e pruebas s anteriore es y es in ndependie ente del ttamaño del e equipo bajjo prueba a. Se requ uiere tom mar muesttras sucessivas en tiempos específico os (ccada 30 segundos s en un intervalo de tres a cinco minutos), tomar n nota de la as le ecturas y graficar la l curva resultante r e. A mayo or tiempo se esperraría una resistenc cia m mayor, para inferir que q el aislamiento está e en buenas condicioness (ver figura 3). 3 3) Método o de Relac ción de Absorción A n Dieléctrica C Consiste en e obtener una ra azón entrre dos m medidas o obtenidas en distin nto tiempo. E Ejemplo: 60seg/30 0seg y 10 minuto os/1 minu uto. Este e último llamado "Indice de d P Polarizació ón".

L Los Voltajjes de Prrueba L Los voltaje es de Pru ueba de DC D común nmente uttilizados p para man ntenimientto de rutin na sson los sig guientes:

L Los voltajes de Prrueba de DC com múnmente e utilizado os para Prueba d de Equipo os R Rotatorios son los siguientes s s: P Prueba de e fábrica de d AC = 2 x nomina al de placa a + 1.000 V P Prueba de e DC en la a instalación = 0,8 x prueba d de fábrica a de AC x 1,6 P Prueba de e DC de Servicio S = 0,6 x prue eba de fáb brica de A AC x 1,6 E Ej: Motor con 2.400 V AC nominales s de placa a P Prueba de e fábrica = (2 x 2.40 00) + 1.00 00 = 5.800 0 V AC P Prueba de e DC máx en la insttalación = 0,8 x 5.8 800x 1,6 = 7.424 VD DC P Prueba de e DC máx después de servic cio = 0,6x 5.800x 1,,6 = 5.568 8 VDC. In nstructor: Ric cardo Marisc cal Chuscano

 

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P PRUEBAS S Y DIAGNÓSTICO O DE MOT TORES E ELÉCTRIC COS EN S SERVICIO O S Según estudios realizados po or IEEE y EPRI en ntre un 35 5% y 45% % de las fa allas en lo os m motores se e deben a problema as eléctrico os y, por e ello, es ind dispensab ble monito orear y crear h históricos de d las con ndiciones de alimen ntación, pa arámetros del motor, carga e interacció ón e entre ellas. De esta forma, po odemos planear p un na parada a programa ada de la a máquina y re ealizar trabajos men nores de reacondici r ionamiento o en lugarr de otros más costtosos, com mo e el rebobina ado o el reemplazo r o total. Estto, sin me encionar la as pérdida as en prod ducción por p paradas no o programadas. L La medició ón de arm mónicos, niveles de d voltajess y sus d desbalancces son, entre otra as vvariables, muy importantes para detectar p problemass que po odrían prrovocar un u ssobrecalen ntamiento en el mottor, aun sin presenccia de sob brecarga. Una dism minución del d vvoltaje nom minal de alimentació a ón genera ará un incrremento e en los nive eles de co orriente qu ue n necesitará el motorr para en ntregar la a potencia a nominal, elevand do la tem mperatura y d deteriorand do el aisla amiento de el mismo. De igual modo, un desbalan nce en loss voltajes de d a alimentació ón tambié én genera ará calor en el mo otor debid do a corrrientes de e secuenc cia n negativa en el estato or.

Figura 1.

Fig gura 2

L La norma a NEMA MG-1 30 0.1 explic ca los effectos de e la com mbinación de moto ora accionamie ento (varia ador de velocidad) v ), indicand do que la a presenciia de arm mónicos -lo os ccuales incrrementan las pérdid das eléctricas- elevvan la temperatura, reducen lla eficienc cia y la vida útil del aislamiento. Muchos M equipos e qu ue miden armónicos se conccentran só ólo e en el cálcu ulo de com mponente es múltiplo os de la frrecuencia fundame ental (Tota al Harmon nic D Distortion, THD). Sin embarg go, los variadores d de velocid dad realizzan conmu utaciones a a altas frecuencias introduciend do distorsio ones en la as formass de onda,, cuyas co omponente es In nstructor: Ric cardo Marisc cal Chuscano

 

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sse encue entran ub bicadas "entre" lo os múltip plos de la frecu uencia fu undamenttal (iinterarmón nicos). E El cálculo o de la distorsión n total (T TD) cuantifica el efecto de e las co omponente es fu undamenttales y no-fundamentales (intterarmóniccas). En las Figuras 1 y 2 po odemos ver e ejemplos de d las med diciones de d THDv y TDv, desstacándosse que, en un mismo o motor, lo os vvalores TH HDv son mínimos,, mientras s que loss TDv se e encuenttran en n niveles mu uy e elevados. R Rendimiento del motor m L Las medic ciones de corrientes s, voltajes s y potenccias no so on suficien ntes para determinar u una sobrec carga en el e motor. La L norma NEMA MG-1 II 14.36 especifica el nivvel de carg ga p permitido ante a la pre esencia de d desbala ances de voltajes e en la alime entación a al motor. El ccálculo dell Factor de e Servicio Efectivo (Eff.s.f.) ( id dentifica lo os niveles apropiado os de carg ga p para evita ar sobreca alentamiento en lo os devanados. Un n increme ento de 1 10ºC en la te emperaturra reduce a la mitad d la vida útil ú del aisslamiento del motorr (IEEE 43 3-2000) (ver F Figura 3).

Figura 3. Ejemplo de cómo se detectta un moto or trabajando con ssobrecalentamiento o de acuerd do a su nivel de ca arga y el fa actor de d demérito d de NEMA A. E Es importa ante el an nálisis del arranque e de los m motores elé éctricos ccon diverssos tipos de d cconfigurac ciones o durante d el uso de dispositivo d os electró ónicos (arrrancadore es suaves s), y se debe efectuar una mediición de la as tres se eñales de voltajes, las tres ccorrientes y e el torque durante las partidas. Estas s señaless se obtie enen dura ante la m medición de d trransitorios s y nos pueden revelar r problemass en la p programacción de d dispositivo os In nstructor: Ric cardo Marisc cal Chuscano

 

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(ccontactore es y relé és), altas resistenc cias de co ontacto, uso de ccables de e diámetro os in nadecuad dos, fallas s internas s en los arrancad dores sua aves o prroblemas asociado os e entre el motor y la carga, c los s cuales podrían p au umentar e el stress m mecánico y eléctric co, p provocand do aumen nto de te emperaturra y dete erioro del aislamie ento del motor. La as F Figuras 4 y 5 mues stran un ejemplo e de d la dete ección de fajas o ccorreas su ueltas en el a acople de un motorr con su ca arga, med diante la vvisualizacción de lass señales de las tre es ccorrientes y el torqu ue.

Figura 4..

Figura 5.. In nstructor: Ric cardo Marisc cal Chuscano

 

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A Análisis de d la carg ga U Una herra amienta eficaz e parra diagno osticar pro oblemas asociado os a la ccarga es la a adquisición del esp pectro de torque, ampliame a ente más eficaz qu ue uno de e corrientte. L Las variac ciones de torque indican pro oblemas ccon la correcta ope eración de el motor y/o y ccarga. Es importan nte analiz zar las mediciones m s instantá áneas y ccompararlas con su s h histórico (ttendencia as), siendo el rizad do de torq que la forrma instan ntánea de e encontrar p problemas s asociado os con la carga (ve er Figura 6 6).

Figura 6. Una señ ñal de torq que en una bomba con cavittación, y o otra sin prroblemas. F Finalmente e, existen n otras herramienta as muy importantess para diagnosticarr problema as e en motore es en servicio. s Si S el mo otor trabaja con un varia ador de velocidad, n necesitare emos adquirir las señales s de e Torque y Velocidad v/s T Tiempo, a así como el V Voltaje y Frecuenc cia v/s Tie empo. Si es nece esario rea alizar un monitoreo o continuo, d debemos escoger e correctam c v que podrrían afecta ar el dese empeño del d ente las variables m motor (en las Figura as 7 y 8 se pueden apreciar algunos e ejemplos)).

Figura 7.. In nstructor: Ric cardo Marisc cal Chuscano

 

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Figura 8..

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PRUEBAS DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO