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Prueba de resistencia de aislación en motores eléctricos

Con el paso del tiempo, los materiales que constituyen el sistema de aislación de un motor eléctrico pierden sus características, por lo que es necesario verificar su estado para prevenir fallas.

El sistema de aislación de un motor está constituido por un conjunto de materiales seleccionados cuidadosamente según sus propiedades eléctricas y mecánicas, así como por su compatibilidad química. Sus funciones son:

Formar una barrera que aísla el devanado, entre espiras y fases, y con la carcasa.

Recubrir el devanado dando soporte mecánico y protección contra la humedad, contaminación y agentes químicos.

Ayudar a la conducción del calor hacia el exterior.

Con el paso del tiempo, estos materiales se degradan, perdiendo sus características aisladoras. También hay factores que pueden acelerar este proceso, los cuales se clasifican en: térmicos, eléctricos, mecánicos, químicos y ambientales. De hecho, existen una serie de pruebas que tienen por objetivos:

Identificar si existe un deterioro aumentado.

Determinar la causa de este, en lo posible.

Apoyar la identificación de la mejor medida de corrección.

De estas pruebas, se estima que cerca del 80% de las realizadas a máquinas eléctricas rotativas, se relacionan con verificar la condición de su sistema de aislación. Entre estas, se destaca la prueba de Resistencia de Aislación, siendo la primera que se realiza, para luego seguir con otras, como Alto Potencial, Impulso y TAN Delta. En este aspecto, se revisa principalmente lo sugerido por la norma IEEE 43-2013 (Prácticas recomendadas de ensayos resistencia de aislación en máquinas eléctricas), desarrollada por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, con sede en EE.UU.


Prueba de resistencia de aislación

La prueba de Resistencia de Aislación es de tipo “fuera de línea” (Offline) en corriente continua (CC), que busca establecer el riesgo de falla y sí es corregible o no. La figura 1 muestra la configuración general.

Figura 1: Esquema de la prueba.

El voltaje de CC se aplica entre la carcasa y el devanado, produciendo una corriente por los materiales y elementos contaminantes, y su magnitud está relacionada con el tipo de material y la contaminación. Por la Ley de Ohm, se obtiene la resistencia en O:

Donde,
IR = Resistencia de aislación, en unidades de MO.

It = Corriente total, y para efectos de análisis, se divide en cuatro componentes:

1. Corriente fuga (IL): Constante en el tiempo. Depende de los contaminantes y la humedad.

2. Corriente capacitiva (IC): Depende de la geometría del devanado, y desaparece en el primer minuto.

3. Corriente conducción (IG): Depende del tipo de material. En los materiales modernos tiende a cero.

4. Corriente absorción (IA): Es producida por el alineamiento de moléculas frente al campo eléctrico, fenómeno conocido como polarización.

En vista de las múltiples capas de materiales aislantes, las interfaces presentes dominan la prueba y el mecanismo que determina el resultado se conoce como polarización interfacial. La figura 2 muestra la tendencia típica de cada componente de corriente, con IG = 0.

Si se aplica la fórmula general de resistencia eléctrica se obtiene otra relación para IR:

En esta relación, predomina la resistividad P de los materiales presentes, ya que L y A son variables geométricas. De esta forma, la prueba es útil para encontrar contaminación, en especial humedad.

Tabla 1. Selección del voltaje de prueba. Fuente: IEEE 43-2013.

Consideraciones
Figura 2. Componentes de la corriente total.

Las consideraciones para la prueba son:

1. Tomar todas las medidas de seguridad.

2. Desenergizar completamente el motor. Antes de realizar la prueba, descargar a tierra el devanado.

3. Aislar el devanado de los cables de alimentación.

4. Medir la temperatura del motor, para trasladar la lectura a 40°C, ya que su valor depende de la temperatura. Los valores corregidos se pueden graficar en el tiempo y estudiar tendencias.

5. Si es posible, hacer pruebas para cada fase y entre fases. Si no, se tomará una sola lectura del devanado completo.

6. La prueba debe durar al menos 1 minuto.

7. Al finalizar la prueba, descargar el devanado a tierra.

El voltaje de prueba dependerá del voltaje del motor (vea tabla 1). Nótese que los voltajes de prueba son cercanos a los valores nominales, por lo que se descarta que esta sea una prueba destructiva. Una vez realizada, se deberá considerar lo recomendado en la norma (vea tabla 2).

Tabla 2: Valores mínimos recomendados a 40°C. Fuente: Norma IEEE 43-2013. El término “devanado preformado” se refiere a aquellos construidos con alambre rectangular o cuadrado, colocados de manera ordenada. Por el contrario, el “devanado aleatorio” se construye con alambres redondos, y su ubicación es aleatoria.

Limitaciones

1. La prueba no está relacionada directamente con la fuerza dieléctrica. Es imposible predecir cuándo fallará el motor.

2. Hay casos de motores que operan con IR por debajo de lo recomendado. En estos casos, se recomienda analizar las tendencias.

3. La prueba no detecta problemas como impregnación inapropiada de barniz, o materiales inadecuados. Está más orientada a la detección de humedad y contaminación, o de deterioro avanzado. La prueba es útil para decidir si se puede operar por primera vez, o volver a operación, y si es posible realizar pruebas adicionales.

4. Debido a que se realiza con el motor detenido, la misma no detecta problemas debido a la rotación, tales como movimiento del devanado o pérdida de conexiones.



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

Mayo 2015
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Comentarios acerca de este artículo
ROBERTO GARCIA Grupo Porres division azucar (29/07/2019)
muy bueno el articulo le agradeceria fuera mas resumido y fuera posible tambien explicara prueba de indice de polarizacion y prueba de de rigidez electrica
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