Nueva IEEE 43-2013 para ensayos de resistencia de aislación

Cerca del 80% de los ensayos desarrollados en máquinas eléctricas son para verificar el estado de su sistema de aislación. Es por esto que se reseña a continuación la nueva versión de la norma 43 de IEEE que se publicó en marzo de 2014, y que sustituye a la anterior IEEE 43-2000 (Prácticas para pruebas de resistencia de aislación en maquinaria eléctrica).

La norma IEEE 43-2013 describe el procedimiento recomendado para la medición de la resistencia de aislación en bobinados de máquinas rotativas mayores a 750 W (1 HP), utilizando corriente continua. Se aplica a máquinas síncronas, máquinas de inducción, máquinas de corriente continua (CC) y condensadores síncronos. Cabe destacar que este estándar no se aplica a transformadores, para los cuales se tienen otras normas. Curiosamente, la mayoría de las aplicaciones actuales de máquinas eléctricas son en corriente alterna (CA), sea 50Hz o 60Hz; por esta razón es que se supondría que los ensayos al sistema de aislación deberían ser en CA, pero no es así: los ensayos en CC dominan sobre aquellos desarrollados en CA. Las razones son las siguientes: • Los ensayos en CA muestran cierta ambigüedad, ya que un bobinado bueno o marginal (límite aceptable) tiene altas capacitancias, por lo que la interpretación puede ser complicada. En bobinados extremadamente • La cantidad de corriente que fluye en ensayos de CA es superior a los realizados en CC, requiriendo equipos más grandes, con volúmenes y pesos significativos. Un aspecto importante es que la norma es de uso voluntario, y tiene como propósito hacer frente a las siguientes consideraciones: a) Establecer la resistencia de aislación y el índice de polarización del bobinado. b) Examinar los factores que afectan o cambian sus características. c) Recomendar las condiciones del ensayo, para que sean realizadas de manera uniforme. d) Recomendar métodos para evitar resultados erróneos. e) Servir de base para estimar la idoneidad del bobinado de mantenerse en servicio, o para ser sometido a un ensayo de sobretensión siguiente. a) Establecer los valores mínimos aceptables. Principales cambios Los principales cambios incluidos en la nueva versión de la norma son los siguientes: • Revisión del Circuito Equivalente del ensayo, que divide la corriente en cuatro componentes: corriente de fuga, de capacitancia, de conductancia y de absorción. Ahora se refleja mejor la corriente de absorción. • La mención sobre los efectos que tienen las capas de recubrimiento para el control de estrés mecánico que se colocan en los bobinados de máquinas grandes. • La provisión de otros factores de corrección de temperatura según el tipo de material aislante. Por ejemplo, en materiales termoplásticos, como asfáltico mica, y en termoestables, como epoxi mica. • Directrices más detalladas sobre la interpretación del índice de polarización. • La adición de más información en el anexo C, sobre la degradación de la aislación en algunos tipos de bobinados, a partir del análisis de la carga y descarga. • El reconocimiento de que los bobinados de estator que incluyen materiales para soportar estrés de tensión tendrán un índice de polarización cercano a 1.0 (cuando el mínimo recomendado es de 1.5 para clase de aislación A, y de 2 para clase B y mayores). • Se incluyó un nuevo anexo D, que ofrece una breve introducción a los perfiles de resistencia de aislamiento. Esta técnica implica la interpretación de la condición de un sistema de aislamiento por medio del perfil a lo largo de los 10 minutos que dura el ensayo. La Figura 1 presenta un ejemplo para un motor en buen estado. No se presentaron cambios significativos en la forma de interpretar los resultados de los ensayos, los cuales se revisan a continuación. Resumen de los aspectos más importantes El ensayo consiste en alimentar el bobinado con corriente continua, a través de la carcasa. La Figura 2 muestra un diagrama simplificado, indicando que el terminal negativo del instrumento se conecta al bobinado, y el positivo a carcasa o tierra. La corriente I fluye a través de las capas aislantes, y los materiales contaminantes en caso que existan, en especial la humedad (ver figura 2). El ensayo demora como mínimo un minuto, y el nivel de tensión aplicado depende de la tensión de placa de la máquina, según la Tabla 1. En general, la tensión aplicada es cercana a la de la máquina, por lo tanto no es una prueba destructiva. El valor de resistencia de aislación debe ser interpretado, una vez que se ha corregido según la temperatura de la máquina a 40 °C, según la Tabla 2.

Aplicación de la norma A continuación, enumeramos algunas recomendaciones y comentarios explicativos sobre el uso de la norma IEEE 43-2013. 1. ¿Cuándo se recomienda realizar el ensayo de resistencia de aislación? • Antes de arrancar una máquina recién instalada, o con mucho tiempo detenida. • Como parte de un programa de mantenimiento predictivo. • Luego de un disparo de un fusible o interruptor automático. • Cuando la máquina presente alguna falla, que se relacione con el sistema de aislación. • Luego de ser reparado, sea en el taller propio o externo. • Ensayos a partes de la máquina, como: aisladores, borneras, conmutadores, porta escobillas, porta fusibles, accesorios, etc. 2. ¿Dónde se recomienda realizar el ensayo? • Primeramente, conviene hacer el ensayo en el centro de control de la máquina. • En caso que el nivel de aislación esté por debajo del mínimo recomendado, se deberá hacer directamente en la caja de conexiones. Si al desconectarlo el valor sube a niveles seguros, se puede concluir que los conductores son los que presentan el daño. • Cuando la máquina se alimente por medio de un equipo electrónico (variador, partidor suave), se deberá desconectar antes de realizar el ensayo. 3. ¿Cuáles son las limitaciones de la norma? • Los ensayos de aislación en corriente continua no están directamente relacionadas con la medición de la Rigidez Dieléctrica, a menos que el daño sea muy avanzado. • No es posible identificar un nivel de aislación en que el sistema fallará. • Algunas máquinas grandes pueden tener valores bajos; en casos así las tendencias a lo largo del tiempo es la mejor herramienta para la toma de decisiones. • Una simple medición de aislación dice poco, como si se tienen tendencias. • Los ensayos pueden no detectar problemas, como vacíos por mal barnizado o deterioro térmico avanzado. • En vista de que son realizados con la máquina apagada (OFF LINE), el ensayo no detecta problemas propios de la rotación, como puede ser: pobre fijación de la aislación, vibración, movimiento, entre otros. 4. ¿Cómo afecta la humedad los resultados obtenidos? • Cuando la temperatura del bobinado baja del punto de rocío, permite que agua se deposite sobre éste. • El efecto de la humedad es aumentar la corriente durante el ensayo, y baja el nivel de resistencia de aislación. • Esto no implica que el bobinado está dañado, más bien se dice que tiene humedad. • En máquinas detenidas se recomienda mantenerlo a 10°C por encima de la temperatura ambiente, para evitar que se humedezca.

Por Ing. Oscar Núñez Mata, M. Cs. Profesor en la Universidad de Costa Rica y consultor internacional. Actualmente se encuentra desarrollando estudios de Doctorado en Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Chile. oscarnunezmata@gmail.com