El probador de aislamiento a tierra, o Mega óhmetro, es también uno de los primeros instrumentos utilizados por los técnicos para evaluar y localizar fallas de aislamiento, incluyendo sistemas motrices eléctricos de aislamiento. En este artículo, nos concentraremos en el método de prueba tal como es planteado en el Estándar de IEEE 43-2000 (R2006), "La Práctica Recomendada para Pruebas de Aislamiento de Resistencia de Maquinaria Rotatoria," (IEEE 43) y unos cuantos métodos adicionales para evaluar conclusiones, también nos referiremos al método de prueba como Prueba de Resistencia de Aislamiento (IR por sus siglas en ingles, no confundir con infrarrojo que también se utiliza mucho en el ambiente de mantenimiento).
El estándar que mencionamos generalmente dentro de la industria es el IEEE 43, que atravesó una revisión mayor en mayo del 2000. Fue actualizado porque los sistemas de aislamiento en 1970 atravesaron una serie de cambios en su constitución química. Los nuevos sistemas del aislamiento son muy diferentes de los sistemas más viejos, incluyendo cómo reaccionan ante las distintas metodologías de prueba. El estándar revisado cambió drásticamente varios programas de prueba tradicionales para resistencia de aislamiento que habían estado vigentes los últimos 50 años, incluyendo el Índice de Polarización (PI por sus siglas en ingles), la prueba de aislamiento a tierra y la prueba de AC contra DC de sistemas de aislamiento.
El propósito de la lectura IR es de evaluar la condición del aislamiento entre los conductores en las ranuras de estator y de tierra. Esto se hace aplicando un voltaje directo entre los conductores (devanados) y la cubierta del motor eléctrico (máquina) y midiendo la fuga de corriente a través del sistema de aislamiento. La medida de corriente y voltaje, aplicada, proporciona un resultado medido como resistencia (la Ley de Ohmio: R = V/I). En el caso de un sistema de aislamiento, la fuga de corriente puede ser medida en mili- o micro-amperios, con una lectura de corriente más baja, más alto es el valor de resistencia de aislamiento. Estas lecturas de IR cambian con el tiempo a causa de la "polarización del aislamiento". En efecto, el sistema de aislamiento consiste en átomos polarizado que se 'colocan en línea,' o se polarizan, con el voltaje aplicado de DC. Cuando se polarizan, la resistencia de aislamiento aumentará.
La Prueba Básica de Resistencia de Aislamiento
La Prueba directa de resistencia de aislamiento ha sido utilizado para localizar fallas y para evaluar la condición de máquinas por más de un siglo, a menudo con resultados desastrosos, en las manos de un usuario sin experiencia. Hay limitaciones muy claras en la capacidad de la prueba de resistencia de aislamiento, solo, para evaluar la condición de un motor eléctrico para la operación. Para una cosa, tiene que haber un sendero claro entre el sistema de aislamiento y la cubierta de la máquina. El aire, la mica, o cualquier otro material no conductor entre el devanado y tierra proporcionará una resistencia alta de aislamiento. Las fallas al final de las vueltas del devanado del motor también no proporcionarán un sendero claro a tierra, con la mayoría de defectos del devanado que comienzan como un corto interno del devanado que quizás se gradúen a defectos de aislamiento. Así, que especial cuidado se debe tomar cuando se usa IR como un instrumento de localización de fallas.
Al realizar IR, el método apropiado es el de conectar todos los conductores juntos, pruebe con el Medidor de IR por un período de un minuto, asegurando que el conductor rojo de prueba (negativo) está en los conductores y el conductor negro está en la carcasa. Una vez que la medida de IR es obtenida, entonces es ajustada para la temperatura mientras los conductores son aterrizados por 4 minutos o más. Los valores de IR aplicados al voltaje y los valores mínimos de prueba pueden ser encontrados en las tablas 1 y 2.
Hay unas cuantas cosas que tienen que ser consideradas al realizar resistencia de aislamiento de un Centro Motriz de Control (MCC por sus siglas en ingles) o desconectar que es alguna distancia del motor bajo prueba. Por una cosa, si usted ata todos los cables de los conductores y hace la prueba, a causa del área bajo prueba, es posible que las lecturas puedan ser sólo unos cuantos Mega ohmios. Esto no significa necesariamente que el sistema está mal, y unos cuantos trucos se pueden utilizar para evaluar la condición del cable. Adicionalmente, cualquier capacitor o pararrayo debe ser desconectado del circuito y de los drives de frecuencia variable o de los amplificadores, deben estar desconectados del motor.
Primero, tome cada conductor y pruebe entre el conductor y tierra. Si la lectura es más grande por una magnitud entonces existen más oportunidades de que no exista ningún problema. Después, desconecte el otro extremo del cable y separe los conductores y aterrice. En el otro extremo, realice la prueba de resistencia de aislamiento entre conductores. Si las lecturas están encima del mínimo, entonces la resistencia de aislamiento del cable está bien (sin embargo, no asegura definitivamente que el cable esté libre de algún defecto potencial).
El mismo proceso puede ser utilizado en algunos motores, a excepción de la prueba de fase a fase, a menos que las conexiones internas del motor se puedan romper, como en un motor de Wye-delta o que los 12 conectores se puedan sacar de la maquina. Si las fases pueden ser separadas, entonces una medida de resistencia de aislamiento puede ser tomada entre fases. Los resultados deben estar encima del valor mínimo mostrado en la Tabla 2. Durante estas pruebas, si usted utiliza un medidor analógico de IR, si la aguja no es constante, o si los dígitos "bailan" alrededor en uno digital, entonces existe una gran posibilidad de que los devanados se encuentren con humedad o contaminantes. El botar es el resultado de la 'descarga capacitiva,' o la acumulación de la energía de DC dentro del devanado que descarga repentinamente y entonces comienza a recargar.
La figura 1 representa el gráfico de corrección de temperatura de resistencia de aislamiento para corregir a 40°C. Utilizando este gráfico, si la temperatura del devanado es de 60°C y la resistencia de aislamiento fue de 200 Mega ohmios, el factor de corrección (Kt) sería '4,' y el resultado sería 4 veces 200 Mega ohmios que serían una resistencia corregida de aislamiento de 800 Mega ohmios.
Absorción Dieléctrica
La prueba de absorción dieléctrica, o 'DA,' es una proporción de la lectura IR de sesenta segundos a la lectura IR de 30 segundaos. Como se muestra en la Figura 2, el valor en la posición A es dividido por el valor en la posición B. En un sistema de aislamiento bueno, IR aumentará como una curva que comenzará razonablemente empinada entonces hace meseta, dependiendo de a qué velocidad el sistema de aislamiento polariza. Los criterios de paso/falla pueden ser encontrados en la Tabla 3. Sin embargo, en sistemas de aislamiento fabricados después de 1970, no es raro para sistemas de aislamiento polarizar rápidamente y los sistemas de aislamiento con una lectura de temperatura corregida un minuto mayor a 5,000 Mega ohmio puede mostrar un valor bajo. En estos casos, el resultado de la prueba debe ser utilizado solo para la tendencia, y en el nuevo IEEE 43, los resultados de la prueba deben ser corregidos para la temperatura.
Índice de Polarización
El Índice de Polarización, o el PI, es la prueba de resistencia de aislamiento de la proporción de 10 minutos a 1 minuto. Como se muestra en la Figura 3, el resultado es el valor en la posición A dividido por la posición B. En un buen sistema de aislamiento, IR aumentará como una curva que comenzará razonablemente empinada entonces hace meseta, dependiendo de a qué velocidad el sistema de aislamiento polariza. Los criterios de paso/falla pueden ser encontrados en la Tabla 4. Sin embargo, en sistemas de aislamiento fabricados después de 1970, no es raro para sistemas de aislamiento polarizar rápidamente y los sistemas de aislamiento con una lectura de temperatura corregida un minuto mayor a 5,000 Mega ohmio puede mostrar un valor bajo. En estos casos, el resultado de la prueba debe ser utilizado solo para la tendencia, y en el nuevo IEEE 43, los resultados de la prueba deben ser corregidos para la temperatura.
Utilizando el PI, el usuario debe mirar la aguja si el medidor es analógico. Si la aguja bota al aumentar, entonces representa descarga capacitiva y un problema inminente de aislamiento como contaminación. Si el medidor traza el PI como un gráfico, el usuario debe revisar los datos para ver si no hay cualquier pico descendiente o si el gráfico muestra un valor disminuyente a través de los diez minutos. Esto también indicaría defectos de resistencia.
Conclusión
Un método común para evaluar la condición de los motores eléctricos es la prueba de resistencia de aislamiento. Los métodos más comunes de prueba IR son resumidos en el Estándar de IEEE 43-2000 (R2006) e incluyen la prueba de los 60 segundos, la prueba dieléctrica de absorción y la de Índice de polarización. Cada una de estas pruebas es utilizada para evaluar sólo la porción del sistema de aislamiento entre el devanado del motor y el marco del motor eléctrico.
En las maquinas posteriores a 1970, los sistemas de aislamiento tienden a polarizar rápidamente y los sistemas con valores de más de 5.000 Mega ohmios sólo deben ser tendenciados cuando se usa DA y PI. Sin embargo, la carga de aislamiento puede ser vista para ver si presenta descarga capacitiva, que indica contaminación del devanado o aislamiento, está ocurriendo. Sin embargo, la prueba de resistencia de aislamiento es un instrumento poderoso cuando se usa en conjunción con otros métodos de prueba.
