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Estándar IEEE 43-2000
(Revisión de
Estándar IEEE 43-1974)
IEEEPráctica recomendada para
probar la resistencia de aislamiento
de maquinaria rotatoria
Patrocinador
Maquinaria Eléctrica Ccomité
del
Sociedad de Ingeniería de Energía IEEE
Aprobado el 6 de marzo de 2000
Junta de estándares IEEE-SA
Abstracto:Este documento describe el procedimiento recomendado para medir la resistencia de aislamiento de los
devanados del inducido y del campo en máquinas rotativas de 1 hp, 750 W o más. Se aplica a máquinas síncronas,
máquinas de inducción, máquinas de CC y condensadores síncronos. Este documento contiene la teoría general de
la resistencia de aislamiento (IR) y el índice de polarización (PI), así como los factores que afectan los resultados, los
procedimientos de prueba, los métodos de interpretación, las limitaciones de prueba y los valores mínimos
recomendados.
Palabras clave:corriente de absorción, corriente de conducción, corriente de descarga, corriente capacitiva geométrica,
resistencia de aislamiento, índice de polarización, corriente de fuga superficial
Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Inc. 3 Park
Avenue, Nueva York, NY 10016-5997, EE. UU.
Copyright © 2000 por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, Inc.
Reservados todos los derechos. Publicado el 24 de marzo de 2000. Impreso en los Estados Unidos de América.
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ISBN 0-7381-1924-5
ISBN 0-7381-1925-3
SH94806
SS94806
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Introducción
(Esta introducción no forma parte de IEEE Std 43-2000, Práctica recomendada de IEEE para probar la resistencia de aislamiento de
maquinaria giratoria).
La medición de la resistencia de aislamiento se ha recomendado y utilizado durante más de medio siglo para evaluar el estado del aislamiento eléctrico. Mientras que las mediciones de resistencia de aislamiento individuales
pueden tener un valor cuestionable, el registro cuidadosamente mantenido de mediciones periódicas, acumuladas durante meses y años de servicio, tiene un valor incuestionable como medida de algunos aspectos de la condición
del aislamiento eléctrico. Originalmente, en 1950, esta práctica recomendada fue publicada por la AIEE como una guía para presentar las diversas facetas asociadas con la medición y comprensión de la resistencia de aislamiento
eléctrico. La guía fue revisada en 1961 y nuevamente en 1974. Durante la década de 1970, se realizaron varios cambios en los tipos de aislamiento utilizados en las máquinas rotativas eléctricas. Las características de resistencia de
aislamiento de estos sistemas de aislamiento más nuevos son diferentes de los sistemas más antiguos y, por lo tanto, requirieron esta revisión sustancial del estándar para medir la resistencia de aislamiento. Otros cambios
incluyen la adición de una descripción más detallada de la teoría de las pruebas y la eliminación de sugerencias sobre los procedimientos de secado de mantenimiento para devanados más antiguos (anteriormente Anexo A). Las
recomendaciones para los procedimientos de mantenimiento están más allá del alcance de este documento. Con esta publicación como práctica recomendada, el IEEE presenta y recomienda la medición de la resistencia del
aislamiento eléctrico como un factor importante en el control del estado del aislamiento eléctrico en la maquinaria rotatoria. y por lo tanto requirió esta revisión sustancial de la norma para medir la resistencia de aislamiento. Otros
cambios incluyen la adición de una descripción más detallada de la teoría de las pruebas y la eliminación de sugerencias sobre los procedimientos de secado de mantenimiento para devanados más antiguos (anteriormente Anexo
A). Las recomendaciones para los procedimientos de mantenimiento están más allá del alcance de este documento. Con esta publicación como práctica recomendada, el IEEE presenta y recomienda la medición de la resistencia del
aislamiento eléctrico como un factor importante en el control del estado del aislamiento eléctrico en la maquinaria rotatoria. y por lo tanto requirió esta revisión sustancial de la norma para medir la resistencia de aislamiento. Otros
cambios incluyen la adición de una descripción más detallada de la teoría de las pruebas y la eliminación de sugerencias sobre los procedimientos de secado de mantenimiento para devanados más antiguos (anteriormente Anexo
A). Las recomendaciones para los procedimientos de mantenimiento están más allá del alcance de este documento. Con esta publicación como práctica recomendada, el IEEE presenta y recomienda la medición de la resistencia del
aislamiento eléctrico como un factor importante en el control del estado del aislamiento eléctrico en la maquinaria rotatoria. Las recomendaciones para los procedimientos de mantenimiento están más allá del alcance de este
documento. Con esta publicación como práctica recomendada, el IEEE presenta y recomienda la medición de la resistencia del aislamiento eléctrico como un factor importante en el control del estado del aislamiento eléctrico en la maquinaria rotatoria. Las recomendaciones para
Esta práctica recomendada describe la teoría, el procedimiento y la interpretación de la prueba de resistencia de
aislamiento. Está destinado a lo siguiente:
— Individuos u organizaciones que fabrican máquinas rotativas
— Individuos u organizaciones que son responsables de la aceptación de nuevas máquinas rotativas
— Individuos u organizaciones que prueban y mantienen máquinas rotativas
— Individuos u organizaciones que operan máquinas rotativas
Esta práctica recomendada está diseñada para ayudar a organizaciones e individuos
— Evaluar el estado del aislamiento eléctrico utilizado en máquinas rotativas
— Determinar si el aislamiento eléctrico de una máquina rotativa es adecuado para el retorno al servicio
— Determinar si el aislamiento eléctrico de una máquina rotativa es adecuado para pruebas de alto potencial
Esta práctica recomendada pretende satisfacer los siguientes objetivos:
a) Promover la consistencia de los procedimientos e interpretaciones de las pruebas de aislamiento.
b) Proporcionar información útil sobre la correcta aplicación de la prueba de resistencia de aislamiento.
c) Proporcionar información útil sobre la teoría técnica de las pruebas de resistencia de aislamiento.
La revisión de esta práctica recomendada fue preparada por un grupo de trabajo del Subcomité de Materiales del
Comité de Maquinaria Eléctrica de la IEEE Power Engineering Society. El personal del grupo de trabajo fue
vicki warren,Silla
Guillermo Bartley
Tomás obispo
Roberto Draper
Guanzhonggao
Trilok C. Garg
James Grant
gary griffith
gary heuston
Alan M Iverson
ken jackson
Wayne Johnson
larry rodland
david schump
Chamán L. Kaul
susan soergel
Greg C piedra
Guillermo McDermid
manuel wilson
walter martiny
charles mijo
Bent Nindra
madan rana
Jorge Stranovsky
Juan Wilson
Daniel I. Joven*
* Presidente Emérito
Copyright © 2000 IEEE. Reservados todos los derechos.
iii
Los siguientes miembros del comité de votación votaron sobre esta práctica recomendada:
vaino aare
Edwin Averill
Roy L Balke
Guillermo H. Bartley
Kevin D Becker
Thomas J. Hammons
Richard A. Huber
Alan M. Iversen
Guillermo B. Penn
Rigs por Kavanaugh
Carlos M. Rowe
tim keck
franklin t. esmeril
Jorge Fernández-Daher
Guanzhonggao
lloyd mcsparran
Edward J Michaels
Trilok C. Garg
Nirmal K.Ghai
Brian EB Gott
James Grant
Franklin H. Novios
Bal K Gupta
Howard B Hamilton
Roberto H. Rehder
Chamán L. Kaul
Karl W. Berger
Thomas H. Obispo
Pablo G Cummings
Paul L. Dandeno
James H. Dymond
James S Edmonds
madan rana
laurence rodland
David E. Schump
Manoj R. Shah
Juan Shea
Esteban B. Kuznetsov
Pedro H. Landrieu
jan stein
Walter J. Martiny
Ken Stenroos
Greg C piedra
James E. Timperley
Guillermo R. McCown
Guillermo McDermid
Pablo Vollmar
Pablo Dieter Wagner
JR Michalec
charles mijo
vicki warren
Gerhard J. Neidhoefer
Richard F Weddleton
Carlos A Wilson
Nils E. Nilsson
Beant S. Nindra
Juan Wilson
JL Oldenkamp
edward j. maderas
James A.Oliver
Daniel I. Joven
Martín Zgraggen
Las condiciones finales para la aprobación de este estándar se cumplieron el 6 de marzo de 2000. Este estándar fue aprobado
condicionalmente por el Consejo de estándares de IEEE-SA el 30 de enero de 2000, con los siguientes miembros:
Richard J. Holleman,Silla Donald
N. Heredero,Vicepresidente
Judith Gorman,Secretario
Satish K. Aggarwal
dennis bodson
Marcos D. Bowman
james t carlo
Gary R. Engmann
Harold E Epstein
Jay Forster*
Rubén D. Garzón
James H Gurney
Lowell G Johnson
Louis-François Pau
Ronald C Petersen
Gerald H. Peterson
Juan B. Posey
robert j kennelly
EG “Al” Kiener Joseph
L. Koepfinger*
L.Bruce McClung
gary s robinson
akio tojo
Hans E Weinrich
Daleep C. Mohla
Robert F. Munzner
Donald W. Zipse
* Miembro Emérito
También se incluye el siguiente enlace de la Junta de Normas de IEEE-SA sin derecho a voto:
Roberto E. Hebner
Noelle D. Humenick
Editor de proyectos de estándares IEEE
IV
Copyright © 2000 IEEE. Reservados todos los derechos.
Contenido
1. Información general............................................... .................................................... ............................................. 1
1.1 Alcance ................................................ .................................................... .......................................... 1
1.2 Propósito.................................................. .................................................... ............................................. 1
2. Referencias.................................................. .................................................... .......................................... 2
3. Definiciones.................................................. .................................................... .......................................... 3
4. Consideraciones de seguridad .............................................. .................................................... .......................... 3
5. Resistencia de aislamiento—teoría general ........................................... .................................................... ..... 4
5.1 Componentes de la corriente continua medida ........................................... ..................................... 4
5.2 Características de la corriente continua medida ........................................... .................................... 6
5.3 Lecturas de resistencia de aislamiento ............................................... .................................................... ...... 6
5.4 Lecturas del índice de polarización ........................................... .................................................... .......... 7
5.5 Corriente de descarga ............................................... .................................................... .......................... 8
6. Factores que afectan la resistencia de aislamiento ............................................... .................................................... ... 8
6.1 Efecto del estado de la superficie ........................................... .................................................... ............ 8
6.2 Efecto de la humedad .............................................. .................................................... .......................... 9
6.3 Efecto de la temperatura .............................................. .................................................... ................... 9
6.4 Efecto de la magnitud de la tensión de prueba .................................. .................................................... .. 11
6.5 Efecto de la carga existente en las mediciones de resistencia de los devanados ............................... ....... 12
7. Condiciones para medir la resistencia de aislamiento ........................................... ...................................... 12
8. Conexiones de devanados para pruebas de resistencia de aislamiento .................................. ............................. 12
9. Métodos de medición de la resistencia de aislamiento ........................................... .......................................... 13
9.1 Medición directa ............................................... .................................................... .................... 13
9.2 Medida calculada ............................................................... .................................................... .......... 13
10. Precauciones.................................................... .................................................... .......................................... 13
11. Interpretación de los resultados de las pruebas de resistencia de aislamiento e índice de polarización .................................. .. 14
11.1 Supervisión del estado del aislamiento ............................................... .................................................... 14
11.2 Idoneidad para el funcionamiento o la continuación de las pruebas ............................... ............................. 14
11.3 Limitaciones de la prueba de resistencia de aislamiento ........................................... .................................... 15
12. Valor mínimo recomendado de índice de polarización y resistencia de aislamiento ........................... 15
12.1 Valores mínimos ............................................... .................................................... ....................... 15
12.2 Índice de polarización ............................................... .................................................... ..................... 15
12.3 Resistencia de aislamiento ............................................... .................................................... .................. dieciséis
Copyright © 2000 IEEE. Reservados todos los derechos.
v
Anexo A (informativo)—Variantes en el índice de polarización .................................. .......................................... 18
Anexo B (informativo)—Prueba de voltaje directo versus alterno ........................................... ........................ 19
Anexo C (informativo)—Reglamento en fuentes de alimentación utilizadas para
Medida de la resistencia de aislamiento .................................................. .......................................... 20
vi
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Práctica recomendada de IEEE para
probar la resistencia de aislamiento de
maquinaria giratoria
1. Información general
1.1 Alcance
Este documento describe un procedimiento recomendado para medir la resistencia de aislamiento de la armadura
y los devanados de campo en máquinas rotativas de 1 hp, 750 W o más. Se aplica a máquinas síncronas, máquinas
de inducción, máquinas de CC y condensadores síncronos. No se aplica a las máquinas de potencia fraccionaria.
El documento también describe las características típicas de resistencia de aislamiento de los devanados de máquinas rotativas y
cómo estas características indican la condición del devanado. Recomienda valores mínimos aceptables de resistencia de
aislamiento para devanados de máquinas rotativas de CA y CC.
Otros estándares IEEE que incluyen información sobre la medición de la resistencia de aislamiento se enumeran en la cláusula 2.
1.2 Propósito
El propósito de esta práctica recomendada es
a) Definir la prueba de resistencia de aislamiento e índice de polarización del devanado de una máquina rotativa.
b) Revisar los factores que afectan o cambian las características de resistencia de aislamiento.
c) Recomendar condiciones de prueba uniformes.
d) Recomendar métodos uniformes para medir la resistencia de aislamiento con precauciones para evitar
resultados erróneos.
e) Proporcionar una base para interpretar los resultados de las pruebas de resistencia de aislamiento para estimar la idoneidad de los devanados
para el servicio o para una prueba de sobrevoltaje. En particular, esta norma describe problemas de aislamiento típicos detectados por la
prueba de resistencia de aislamiento.
f) Presentar valores mínimos aceptables de resistencia de aislamiento e índices de polarización recomendados para
varios tipos de máquinas rotativas.
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1
IEEE
estándar 43-2000
PRÁCTICA RECOMENDADA IEEE PARA PRUEBAS DE AISLAMIENTO
2. Referencias
Esta práctica recomendada se utilizará junto con las siguientes publicaciones. Cuando las siguientes normas
sean reemplazadas por una revisión aprobada, se aplicará la revisión.
ASTM D257-99 Métodos de prueba estándar para resistencia o conductancia de CC de materiales aislantes.1
ASTM D1711-99 Terminología estándar relacionada con el aislamiento eléctrico.
ASTM F855-97e1 Especificaciones estándar para puestas a tierra de protección temporal que se utilizarán en líneas
y equipos eléctricos desenergizados.
IEC 60085-1:1984, Evaluación térmica y clasificación de aislamientos eléctricos.2
IEEE Std 56-1977 (Reaff 1991), Guía IEEE para el mantenimiento del aislamiento de maquinaria rotativa de corriente
alterna grande (10 000 kVA y mayores).3, 4
IEEE Std 62-1995, Guía IEEE para pruebas de campo de diagnóstico de aparatos de energía eléctrica—Parte 1: Transformadores,
reguladores y reactores de energía llenos de aceite.
IEEE Std 67-1990 (Reaff 1995), Guía IEEE para operación y mantenimiento de generadores de turbina.
IEEE Std 95-1977 (Reaff 1991), Práctica recomendada de IEEE para pruebas de aislamiento de maquinaria rotativa
de CA grande con alto voltaje directo.5
IEEE Std 118-1978 (Reaff 1992), Código de prueba estándar IEEE para mediciones de resistencia.
IEEE Std 432-1992 (Reaff 1998), Guía IEEE para mantenimiento de aislamiento para maquinaria eléctrica rotativa (5
hp a menos de 10 000 hp).
IEEE Std 433-1974 (Reaff 1991), Práctica recomendada de IEEE para pruebas de aislamiento de maquinaria rotativa
de CA grande con alto voltaje a muy baja frecuencia.
IEEE Std 434-1973 (Reaff 1991), Guía IEEE para la evaluación funcional de sistemas de aislamiento para máquinas
grandes de alto voltaje.
IEEE Std 492-1999 Guía IEEE para la operación y mantenimiento de hidrogeneradores.
IEEE Std 510-1983 (Reaff 1992), Prácticas recomendadas de IEEE para la seguridad en pruebas de alto voltaje y alta
potencia.
1Las
publicaciones de ASTM están disponibles en la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA
19428-2959, EE. UU. (http://www.astm.org/).
2Las
publicaciones de IEC están disponibles en el Departamento de Ventas de la Comisión Electrotécnica Internacional, Case Postale 131, 3, rue de
Varembé, CH-1211, Genève 20, Suiza/Suiza (http://www.iec.ch/). Las publicaciones de IEC también están disponibles en los Estados Unidos en el
Departamento de Ventas, American National Standards Institute, 11 West 42nd Street, 13th Floor, New York, NY 10036, USA.
3Actualmente en revisión.
4Las
publicaciones de IEEE están disponibles en el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, 445 Hoes Lane, PO Box 1331, Piscataway, NJ
08855-1331, EE. UU. (http://www.standards.ieee.org/).
5Actualmente en revisión.
2
Copyright © 2000 IEEE. Reservados todos los derechos.
RESISTENCIA DE LA MAQUINARIA GIRATORIA
IEEE
estándar 43-2000
3. Definiciones
A los efectos de esta práctica recomendada, se aplican los siguientes términos y definiciones. Se debe consultar el
Diccionario IEEE de términos eléctricos y electrónicos para los términos no definidos en esta cláusula.
3.1 corriente de absorción (polarización) (IA): Una corriente resultante de la polarización molecular y la deriva de
electrones, que decae con el tiempo de aplicación de voltaje a una tasa decreciente desde un valor inicial
comparativamente alto hasta casi cero, y depende del tipo y condición del material de unión utilizado en el sistema de
aislamiento.
3.2 corriente de conducción (IGRAMO): Una corriente que es constante en el tiempo, que pasa a través de la mayor parte del aislamiento
desde la superficie puesta a tierra hasta el conductor de alta tensión, y que depende del tipo de material de unión utilizado en el sistema de
aislamiento.
3.3 efecto de electroendosmosis: Un fenómeno ocasionalmente observado, más a menudo en devanados más antiguos, cuando,
en presencia de humedad, se pueden obtener diferentes valores de resistencia de aislamiento cuando se invierte la polaridad de los
cables del probador. Por lo general, para devanados húmedos más antiguos, la resistencia de aislamiento para polaridad inversa,
donde el conductor de tierra está conectado al devanado y el conductor de voltaje negativo a tierra, es mucho mayor que para la
polaridad normal.
3.4 resistencia de aislamiento (infrarrojost): La capacidad del aislamiento eléctrico de un devanado para resistir la corriente continua. El
cociente del voltaje directo aplicado de polaridad negativa dividido por la corriente a través del aislamiento de la máquina, corregido a 40°C, y
tomada en un momento específico (t) desde el inicio de la aplicación de tensión. El tiempo de aplicación de tensión suele ser de 1 min (
infrarrojos1) o 10 minutos (infrarrojos10), sin embargo, se pueden utilizar otros valores. Convenciones de unidades: se supone que los valores
del 1 al 10 están en minutos, los valores de 15 y mayores se supone que están en segundos.
3.5 corriente capacitiva geométrica (IC): Una corriente reversible de magnitud comparativamente alta y de corta
duración, que decae exponencialmente con el tiempo de aplicación del voltaje y que depende de la resistencia
interna del instrumento de medición y la capacitancia geométrica del devanado.
3.6 índice de polarización (Pit2/t1): Variación del valor de la resistencia de aislamiento con el tiempo. El cociente de la resistencia de
aislamiento en el tiempo (t2) dividido por la resistencia de aislamiento en el tiempo (t1). Si vecest2yt1no se especifican, se supone
que son 10 min y 1 min, respectivamente. Convenciones de unidades: se supone que los valores del 1 al 10 están en minutos, los
valores de 15 y mayores se supone que están en segundos (p. ej.,Pi60/15se refiere a infrarrojosaños 60/infrarrojos15s).
3.7 corriente de fuga superficial (IL): Una corriente que es constante con el tiempo y que normalmente existe sobre la
superficie de las vueltas finales del devanado del estator o entre los conductores expuestos y el cuerpo del rotor en los
devanados del rotor aislados. La magnitud de la corriente de fuga superficial depende de la temperatura y la cantidad de
material conductor, es decir, humedad o contaminación en la superficie del aislamiento.
4. Consideraciones de seguridad
La prueba de resistencia de aislamiento implica la aplicación de altos voltajes directos a los devanados de la máquina.
Estos devanados tienen propiedades capacitivas e inductivas que pueden generar peligros que pueden no ser evidentes.
No es posible cubrir todos los aspectos de seguridad en esta práctica recomendada y el personal de prueba debe consultar
IEEE Std 510-1983;6ASTM F855-97e1; manuales de instrucciones de los fabricantes; y reglamentos de sindicatos, empresas
y gobiernos.
6La información sobre las referencias se puede encontrar en la Cláusula 2.
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IEEE
estándar 43-2000
PRÁCTICA RECOMENDADA IEEE PARA PRUEBAS DE AISLAMIENTO
Antes de realizar cualquier prueba, se debe descargar el aislamiento del devanado. No es seguro comenzar la prueba
antes de que la corriente de descarga sea cero y no haya un voltaje de retorno perceptible (menos de aproximadamente
20 V) después de quitar la conexión a tierra. Después de completar la prueba, el devanado debe descargarse a través de
una resistencia adecuada, dimensionada para limitar la corriente instantánea a 1 A. Se recomienda un tiempo mínimo de
descarga, que es igual a cuatro veces la duración de la aplicación de voltaje. Este intervalo de tiempo se basa en elR(
resistador), L(inductivo),C(capacitiva geométrica), y características de absorción del circuito durante la carga (tiempo de
aplicación de la tensión) y la descarga (tiempo transcurrido desde la eliminación de la fuente de tensión y la posterior
puesta a tierra del devanado bajo prueba). Es importante recordar que la prueba no está completa hasta que se descarga
el devanado y no hay voltaje perceptible. Se recomienda que las pruebas subsiguientes de alto potencial de CA no se
realicen hasta que el devanado esté completamente descargado.
Durante el período de prueba, se deben tomar todas las medidas de seguridad apropiadas para los voltajes que se utilizan. Para voltajes de
prueba de 5000 V y superiores, el conductor entre el equipo de prueba y el devanado debe estar adecuadamente aislado y separado de tierra;
de lo contrario, las corrientes de fuga de la superficie y la pérdida de corona pueden introducir errores en los datos de prueba. Por
consideraciones de seguridad y para evitar la medición de corrientes parásitas, los cables pueden estar blindados.
La restricción del acceso del personal a las altas tensiones es obligatoria. Se recomienda el uso de equipo de protección
personal, así como el uso depalos calientes, escaleras aisladas, etc. Si es accesible, la fase neutra y los extremos de línea de
cada devanado se deben conectar juntos durante la prueba para minimizar el efecto de los reflejos de picos de alto voltaje
que pueden resultar de una falla en el devanado.
Las medidas de seguridad descritas no son en modo alguno excluyentes. Estos tienen el único propósito de significar la
naturaleza de los peligros involucrados. Es responsabilidad de los usuarios del equipo de prueba determinar
completamente los posibles peligros involucrados en la prueba, proteger al personal de daños y eliminar el riesgo de daño
al equipo.
5. Resistencia de aislamiento: teoría general
La resistencia de aislamiento del devanado de una máquina rotativa es función del tipo y estado de los materiales aislantes
utilizados, así como de su técnica de aplicación. En general, la resistencia de aislamiento varía proporcionalmente con el
espesor del aislamiento e inversamente con el área superficial del conductor.
La interpretación de las mediciones de resistencia de aislamiento de los devanados de la máquina y los valores mínimos recomendados de
índice de polarización y resistencia de aislamiento se describen en la Cláusula 11 y la Cláusula 12, respectivamente.
5.1 Componentes de la corriente continua medida
Por definición, la resistencia de aislamiento es el cociente del voltaje directo aplicado a través del aislamiento dividido por
la corriente total resultante en un momento dado. La corriente total resultante(IT) es la suma de cuatro corrientes
diferentes: fuga superficial (IL), capacitancia geométrica (IC), conductancia (IGRAMO), y absorción (IA).
En la Figura 1 se muestra un circuito equivalente para las diversas corrientes en una prueba de resistencia de aislamiento.
La corriente de capacitancia geométrica (IC) no suele afectar a las medidas, ya que desaparece cuando se
toma la primera lectura al cabo de 1 min.
4
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IEEE
RESISTENCIA DE LA MAQUINARIA GIRATORIA
estándar 43-2000
Figura 1—Circuito equivalente que muestra las cuatro corrientes monitoreadas durante un aislamiento
prueba de resistencia
La corriente de absorción (IA) o la corriente de polarización decae a un ritmo decreciente. La relación corriente versus tiempo es una
función de potencia, que se muestra en la Ecuación (1). Se puede trazar en un gráfico logarítmico como una línea recta.
IA=kt–norte
(1)
dónde
IA
k
t
norte
es la corriente de absorción,
es una función del sistema de aislamiento particular y el voltaje de prueba aplicado, es
el tiempo de voltaje directo aplicado,
es una función del sistema de aislamiento particular.
La corriente de absorción tiene dos componentes. El primer componente se debe a lapolarizaciónde los materiales de
impregnación porque las moléculas orgánicas, como epoxi, poliéster y asfalto, tienden a cambiar de orientación en presencia de un
campo eléctrico directo. Dado que estas moléculas tienen que esforzarse contra las fuerzas de atracción de otras moléculas,
generalmente toma varios minutos después de la aplicación del campo eléctrico para que las moléculas se reorienten y, por lo
tanto, para que la energía de polarización suministrada por la corriente se reduzca a casi cero. Un segundo componente de la
corriente de absorción se debe a la deriva gradual de electrones e iones a través de la mayoría de los materiales orgánicos. Estos
electrones e iones van a la deriva hasta que se vuelvenatrapadoen las superficies de mica que se encuentran comúnmente en los
sistemas de aislamiento de máquinas rotativas. Por lo general, para el aislamiento de máquinas rotativas limpias y secas, la
resistencia de aislamiento entre unos 30 s y unos pocos minutos está determinada principalmente por la corriente de absorción.
Dado que la corriente de absorción es una propiedad del material aislante y de la temperatura del devanado, una corriente de
absorción específica no es ni buena ni mala. En los sistemas de aislamiento fabricados desde aproximadamente 1970
(generalmente poliéster termoendurecible o epoxi), el valor del exponentenortede la corriente de absorción,IA=Kt-norte, es diferente
de los materiales termoplásticos más antiguos (aglomerados con asfalto o goma laca). Esto no implica que se utilicen materiales
aislantes más modernos.mejorporque la corriente de absorción es menor y la resistencia de aislamiento resultante es mayor. Por
ejemplo, el polietileno esencialmente no tiene corriente de absorción, pero debido a sus limitaciones térmicas, sería
completamente inadecuado para su aplicación en la mayoría de las máquinas rotativas.
La corriente de conducción (IGRAMO) en sistemas de aislamiento de poliéster y epoxi-mica bien adheridos es esencialmente cero a
menos que el aislamiento se haya saturado con humedad. Los sistemas de aislamiento más antiguos, como la mica asfáltica o la
mica-folium de goma laca, pueden tener una corriente de conducción natural y más alta debido a la conductividad de las cintas que
respaldan la mica.
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5
IEEE
PRÁCTICA RECOMENDADA IEEE PARA PRUEBAS DE AISLAMIENTO
estándar 43-2000
La corriente de fuga superficial (IL) es constante en el tiempo. Una corriente de fuga de superficie alta, es decir, una resistencia de aislamiento
baja, generalmente es causada por la humedad o algún otro tipo de contaminación parcialmente conductiva presente en la máquina.
5.2 Características de la corriente continua medida
Comparar el cambio en la resistencia de aislamiento o la corriente total con la duración de la aplicación del voltaje de
prueba puede ser útil para evaluar la limpieza y sequedad de un devanado. Si los devanados están contaminados o
húmedos, la corriente total (IT) será aproximadamente constante en el tiempo, ya queILy/oIGRAMO(ver Figura 2) será mucho
mayor que la corriente de absorción (IA). Si los devanados están limpios y secos, la corriente total (IT) normalmente
disminuirá con el tiempo (ver Figura 3), ya que la corriente total está dominada por la corriente de absorción (es decir,
polarización) (IA).
Figura 2—Tipos de corrientes para un aislamiento de mica asfáltica
5.3 Lecturas de resistencia de aislamiento
La medición de la resistencia de aislamiento constituye una prueba de tensión continua y debe restringirse a un valor apropiado
para la tensión nominal del devanado y la condición básica de aislamiento. Esto es particularmente importante en el caso de
máquinas pequeñas de bajo voltaje o bobinados húmedos. Si el voltaje de prueba es demasiado alto, el voltaje de prueba aplicado
puede sobrecargar el aislamiento y provocar una falla en el aislamiento.
Las pruebas de resistencia de aislamiento generalmente se realizan a voltajes directos constantes de 500 a 10 000 V con polaridad
negativa. Se prefiere la polaridad negativa para adaptarse al fenómeno de la electroendosmosis. Las pautas para los voltajes de
prueba se presentan en la Tabla 1. Las lecturas de la resistencia de aislamiento se toman después de aplicar el voltaje directo de
prueba durante 1 minuto.
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Figura 3—Tipos de corrientes para un aislamiento de epoxi-mica con una corriente
de fuga superficial relativamente baja y sin corriente de conductancia
Tabla 1—Pautas para los voltajes de CC que se aplicarán durante la prueba de resistencia de aislamiento
Clasificación de bobinado
voltaje (V)a
Prueba de resistencia de aislamiento
tensión continua (V)
<1000
500
1000–2500
500–1000
2501–5000
1000–2500
5001–12 000
2500–5000
> 12 000
5000–10 000
aVoltaje
nominal de línea a línea para máquinas de CA trifásicas,
tensión de línea a tierra para máquinas monofásicas y tensión
continua nominal para máquinas de CC o devanados de campo.
5.4 Lecturas del índice de polarización
La resistencia de aislamiento medida generalmente aumentará rápidamente cuando se aplique el voltaje por primera vez, y luego se acercará
gradualmente a un valor relativamente constante a medida que transcurra el tiempo (consulte la Figura 4). Las lecturas de un devanado seco
en buenas condiciones pueden continuar aumentando durante horas con un voltaje de prueba constante aplicado continuamente. Para los
tipos de aislamiento más antiguos, generalmente se alcanza un valor razonablemente constante en 10 a 15 minutos. Los tipos modernos de
alambre recubierto con película, así como los devanados de estator aislados con epoxi-mica o poliéster-mica, pueden acercarse a un valor
constante de resistencia de aislamiento en 4 minutos o menos. Si el devanado está húmedo o sucio, generalmente se alcanzará un valor
estable bajo 1 min o 2 min después de aplicar el voltaje de prueba.
El índice de polarización se define normalmente como la relación del valor de resistencia de 10 min (infrarrojos10) al valor de
resistencia de 1 min (infrarrojos1). (Consulte el Anexo A para conocer el uso de otros valores). El índice de polarización es indicativo
de la pendiente de la curva característica (consulte la Figura 4) y se puede utilizar para evaluar la condición del aislamiento (consulte
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Cláusula 11 y Cláusula 12). Para proporcionar una mayor precisión alrededor del punto de 1 min y permitir que los datos se
representen en papel de registro, también es común tomar lecturas en otros intervalos como 15 s, 30 s, 45 s, 1 min, 1,5
min, 2 min , 3 min, 4 min, …, y 10 min.
Figura 4—Medidas típicas de resistencia de aislamiento para tres máquinas diferentes
5.5 Corriente de descarga
Después de que se elimine el voltaje directo aplicado, se debe proporcionar un circuito de descarga adecuado (consulte la Cláusula
4). La corriente de descarga se manifiesta en dos componentes:
a) Un componente de corriente de descarga capacitiva, que decae casi instantáneamente, dependiendo de la
resistencia de descarga.
b) La corriente de descarga de absorción, que decaerá desde un valor inicial alto hasta casi cero con las mismas
características que la corriente de carga inicial pero con la polaridad opuesta. Este deterioro puede demorar más
de 30 minutos según el tipo de aislamiento y el tamaño de la máquina del espécimen de prueba.
6. Factores que afectan la resistencia de aislamiento
6.1 Efecto del estado de la superficie
La corriente de fuga superficial (IL) depende de materias extrañas, como aceite y/o polvo de carbón en las superficies de bobinado
fuera de la ranura. La corriente de fuga en la superficie puede ser significativamente mayor en rotores de generadores de turbina
grandes y máquinas de CC, que tienen superficies de fuga expuestas relativamente grandes. También puede haber
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un aumento en la corriente de fuga superficial en máquinas donde se ha aplicado un revestimiento de control de tensión a los
devanados finales.
El polvo (o las sales) en las superficies del aislamiento, que normalmente no son conductoras cuando están secas, pueden volverse
parcialmente conductoras cuando se exponen a la humedad o al aceite y, por lo tanto, pueden reducir la resistencia del aislamiento. Si la
resistencia del aislamiento o el índice de polarización se reducen debido a la contaminación, generalmente se pueden restaurar a un valor
aceptable mediante la limpieza y el secado.
6.2 Efecto de la humedad
Independientemente de la limpieza de la superficie del devanado, si la temperatura del devanado es igual o inferior al punto de
rocío del aire ambiente, se puede formar una película de humedad en la superficie del aislamiento, lo que puede reducir la
resistencia del aislamiento o el índice de polarización. El efecto es más pronunciado si la superficie también está contaminada o si
hay grietas en el aislamiento. Tenga en cuenta que los efectos de la contaminación por humedad en un devanado saludable no
deben impedir la obtención de lecturas aceptables.
Algunos tipos de sistemas de aislamiento de devanados más antiguos son higroscópicos (absorben agua fácilmente) y la humedad
puede ingresar al cuerpo del aislamiento del aire ambiental húmedo. Esto es particularmente cierto para los materiales aislantes
más antiguos de mica asfáltica y mica-folium de goma laca, así como para algunas tiras aislantes utilizadas entre conductores de
cobre no aislados en grandes rotores de generadores de turbinas. La humedad absorbida aumenta la corriente de conducción (I
GRAMO)
y reduce significativamente la resistencia de aislamiento.
Las máquinas en servicio suelen tener una temperatura superior al punto de rocío. Cuando se van a realizar pruebas en una
máquina que ha estado en servicio, las pruebas deben realizarse antes de que la temperatura del devanado de la máquina caiga
por debajo del punto de rocío.
Las máquinas que están fuera de servicio (sin calentadores de espacio) se prueban con frecuencia cuando la temperatura del
devanado está por debajo del punto de rocío y pueden tener lecturas de índice de polarización y resistencia de aislamiento
significativamente más bajas de lo esperado debido a la contaminación por humedad (consulte la Cláusula 11). Puede ser necesario
secar estas máquinas para obtener lecturas aceptables antes de devolverlas al servicio o realizar pruebas de alto voltaje. Para
conocer los procedimientos de secado apropiados, consulte con el fabricante del equipo. El historial de la máquina, las inspecciones
visuales y los resultados de otras pruebas pueden ayudar a evaluar el riesgo potencial de volver a poner en servicio una máquina
con lecturas bajas de resistencia de aislamiento y/o índice de polarización debido a la contaminación por humedad. Se recomienda
una máquina con bajo PI e IR1lecturasnosometerse a más pruebas de alto voltaje.
6.3 Efecto de la temperatura
6.3.1 Teoría general
El valor de la resistencia de aislamiento para un sistema dado, en cualquier momento dado, varía inversamente, de forma exponencial, con la temperatura del devanado. Existe un contraste entre la dependencia de la temperatura
de la resistividad en metales y materiales no metálicos, especialmente en buenos aisladores. En los metales, donde hay numerosos electrones libres, una temperatura más alta introduce una mayor agitación térmica, lo que reduce
el camino libre medio del movimiento de los electrones con la consiguiente reducción de la movilidad de los electrones y un aumento de la resistividad. Sin embargo, en los aisladores, un aumento en la temperatura proporciona
energía térmica, lo que libera portadores de carga adicionales y reduce la resistividad. Esta variación de temperatura afecta a todos los componentes de corriente identificados en 5.1 excepto la corriente capacitiva geométrica. El
valor de la resistencia de aislamiento de un devanado depende de la temperatura del devanado y del tiempo transcurrido desde la aplicación del voltaje. La masa térmica de la máquina que se está probando es generalmente tan
grande que el diferencial de temperatura del devanado entre las lecturas de 1 min y 10 min de la resistencia de aislamiento es insignificante, excepto para las mediciones durante un secado a la corriente nominal. Para evitar los
efectos de la temperatura en el análisis de tendencias, las pruebas posteriores deben realizarse cuando el devanado esté cerca de la misma temperatura que la prueba anterior. Sin embargo, si la temperatura del devanado La
masa térmica de la máquina que se está probando es generalmente tan grande que el diferencial de temperatura del devanado entre las lecturas de 1 min y 10 min de la resistencia de aislamiento es insignificante, excepto para las
mediciones durante un secado a la corriente nominal. Para evitar los efectos de la temperatura en el análisis de tendencias, las pruebas posteriores deben realizarse cuando el devanado esté cerca de la misma temperatura que la
prueba anterior. Sin embargo, si la temperatura del devanado La masa térmica de la máquina que se está probando es generalmente tan grande que el diferencial de temperatura del devanado entre las lecturas de 1 min y 10 min
de la resistencia de aislamiento es insignificante, excepto para las mediciones durante un secado a la corriente nominal. Para evitar los efectos de la temperatura en el análisis de tendencias, las pruebas posteriores deben
realizarse cuando el devanado esté cerca de la misma temperatura que la prueba anterior. Sin embargo, si la temperatura del devanado
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temperatura no se puede controlar de un tiempo de prueba a otro, se recomienda que todos los valores de prueba de aislamiento
se corrijan a una temperatura base común de 40°C usando la Ecuación (2). Aunque el valor corregido es una aproximación, esto
permite una comparación más significativa de los valores de resistencia de aislamiento obtenidos a diferentes temperaturas.
La corrección puede hacerse usando la Ecuación (2):
(2)
C=kTRT
dónde
RC
kT
RT
es la resistencia de aislamiento (en megaohmios) corregida a 40°C,
es el coeficiente de temperatura de la resistencia de aislamiento a la temperaturaT°C (de 6.3.2 o 6.3.3), es la
resistencia de aislamiento medida (en megaohmios) a temperaturaT°C.
Para temperaturas de devanado por debajo del punto de rocío, es difícil predecir el efecto de la condensación de humedad
en la superficie, por lo tanto, un intento de corregir a 40°C para el análisis de tendencias introduciría un error inaceptable.
En tales casos, se recomienda que el historial de la máquina probada en condiciones similares sea el factor predominante
para determinar la idoneidad para volver al servicio. Sin embargo, dado que la contaminación por humedad normalmente
reduce la resistencia de aislamiento y/o las lecturas del índice de polarización, es posible corregir a 40°C para la
comparación con los criterios de aceptación (ver la Cláusula 12).
No hay medios efectivos para convertir la resistencia de aislamiento medida bajo una humedad específica a la
resistencia de aislamiento que ocurriría a una humedad diferente.
6.3.2 Mediciones de campo para determinar KT
El método recomendado para obtener datos de una curva de resistencia de aislamiento versus temperatura de devanado es
realizar mediciones a varias temperaturas de devanado, todas por encima del punto de rocío, y graficar los resultados en una
escala semilogarítmica. Cuando se utiliza una escala logarítmica para la resistencia de aislamiento y una escala lineal para la
temperatura, los puntos de prueba deben aproximarse a una línea recta que pueda extrapolarse para obtener la valor corregidoa
los 40°C.
6.3.3 Aproximación de KT
Si se desconocen los efectos de la temperatura en el sistema de aislamiento bajo prueba, un valor aproximado para el coeficiente
de temperaturakTse puede obtener usando la Figura 5 para reducir a la mitad la resistencia por cada +10°incremento de C. Tenga
en cuenta que esto es solo una aproximación y no debe usarse para calcular la resistencia de aislamiento a diferencias de
temperatura muy grandes de 40°C o pueden resultar errores significativos.
NOTA—La resistencia de aislamiento se reduce a la mitad para un 10°El aumento de C en la temperatura se basa en las pruebas de algunos de los
sistemas de aislamiento de finales de la década de 1950 y puede no ser estrictamente cierto para todos los sistemas de aislamiento. Mediciones más
recientes han indicado un factor de corrección para la resistencia de aislamiento que se reduce a la mitad en el rango de 5 a 20°C. Una variación en elkT
factor puede conducir a errores significativos enRCmagnificado por el diferencial entre la temperatura del devanado y 40°C.
kTtambién se puede aproximar para reducir a la mitad la resistencia de aislamiento para un 10°C aumento de la temperatura del devanado
por aplicación de la Ecuación (3).
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Figura 5—Coeficiente de resistencia de aislamiento aproximado, KT, para reducir a la mitad el aislamiento
por 10°C aumento de la temperatura
Por ejemplo, si la temperatura del devanado en el momento de la prueba era de 35°C, y el aislamiento era tal que la
resistencia se reducía a la mitad por cada 10°C, entonces elkTpara corrección a 40°C se derivaría de la siguiente manera:
kT
= (0.5)(40 –T)⁄10
(3)
o
kT = (0.5)(40 – 35)⁄10= (0.5)5⁄10= (0.5)1⁄2= 0,707
6.3.4 Corrección del índice de polarización
Cuando se usa el índice de polarización con la resistencia de aislamiento para determinar la condición del aislamiento, no
es necesario hacer una corrección de temperatura a laPiDado que la temperatura de la máquina no cambia
apreciablemente entre las lecturas de 1 min y 10 min, el efecto de la temperatura en el índice de polarización suele ser
pequeño. Sin embargo, cuando la temperatura inicial del devanado es alta, una reducción en la temperatura del sistema
de aislamiento durante el tiempo de prueba puede resultar en un aumento sustancial en la resistencia del aislamiento
entre las lecturas de 1 min y 10 min debido al efecto de la temperatura (ver 6.3.3). 1). El índice de polarización resultante
puede ser inusualmente alto, en cuyo caso una medición repetida en o por debajo de 40°C se recomienda como control de
laPiComo se establece en 6.2, si las mediciones de 1 min o 10 min se toman cuando la temperatura del devanado está por
debajo del punto de rocío, los efectos de la contaminación por humedad deben considerarse durante la interpretación.
6.4 Efecto de la magnitud de la tensión de prueba
Las pautas para los voltajes de prueba se presentan en la Tabla 1 (ver 5.3). El valor de la resistencia de aislamiento puede
disminuir un poco con un aumento en el voltaje aplicado; sin embargo, para aislamiento en buenas condiciones y
completamente seco, se obtendrá sustancialmente la misma resistencia de aislamiento para cualquier voltaje de prueba
hasta el valor pico del voltaje nominal.
Una disminución significativa en la resistencia de aislamiento con un aumento en el voltaje aplicado puede ser una indicación de
problemas de aislamiento. Estos problemas pueden deberse a imperfecciones o roturas del aislamiento, agravadas por la presencia
de suciedad o humedad; o los problemas pueden deberse únicamente a los efectos de la suciedad o la humedad o ser el resultado
de otros fenómenos de deterioro. El cambio en la resistencia es más pronunciado a voltajes considerablemente superiores al
voltaje nominal (ver IEEE Std 95-1977).
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6.5 Efecto de la carga existente en las mediciones de resistencia de los devanados
Las mediciones de la resistencia del aislamiento serán erróneas si existen cargas residuales en el aislamiento. Por lo tanto, antes de
medir la resistencia de aislamiento, los devanados deben estar completamente descargados. Mida la corriente de descarga al
comienzo de la prueba para asegurarse de que el devanado esté completamente descargado. Una carga residual se mostrará como
una desviación inversa del medidor de resistencia de aislamiento después de realizar las conexiones pero antes de aplicar el voltaje.
Cualquier desviación inversa debe ser despreciable.
Después del cese de la aplicación de alto voltaje directo, la conexión a tierra de los devanados es importante para la seguridad, así como para
la precisión de las pruebas posteriores. El tiempo de puesta a tierra debe ser como mínimo cuatro veces el tiempo de carga (ver 5.5).
7. Condiciones para medir la resistencia de aislamiento
Registre la temperatura ambiente, la humedad relativa, el punto de rocío, la temperatura del devanado, el tiempo fuera de servicio,
el voltaje de prueba y la disposición de las conexiones en el momento en que se realiza la prueba. También es importante convertir
la medida a 40°C base para futuras comparaciones. (Para convertir los valores de resistencia de aislamiento a esta temperatura,
consulte 6.3).
No es necesario que la máquina esté parada cuando se están realizando las pruebas de resistencia de aislamiento. A
menudo es deseable realizar mediciones de resistencia de aislamiento cuando el devanado está sujeto a fuerzas
centrífugas similares a las que ocurren en servicio. En ciertos casos, es práctico realizar mediciones periódicas de
resistencia de aislamiento mientras las máquinas están rotando en cortocircuito para el secado. Siempre que las máquinas
no estén paradas durante la medición de la resistencia de aislamiento, se deben tomar precauciones para evitar daños al
equipo y lesiones al personal.
Para obtener mediciones de resistencia de aislamiento para un devanado enfriado directamente con agua, se debe
eliminar el agua y secar completamente el circuito interno. En algunos casos en los que se utilizan devanados enfriados
por agua, el fabricante del devanado puede haber proporcionado un medio para medir la resistencia del aislamiento sin
necesidad de drenar el agua refrigerante. En general, si no se elimina el agua, la conductividad del agua debe ser superior
a 0,25µs/cm. Debería haber más información disponible en el manual del fabricante del devanado.
8. Conexiones de bobinado para pruebas de resistencia de aislamiento
Se recomienda, cuando sea factible, que cada fase se aísle y pruebe por separado. Las pruebas separadas permiten hacer
comparaciones entre fases. Cuando se prueba una fase, las otras dos fases deben conectarse a la misma tierra que el
núcleo del estator o el cuerpo del rotor.
Cuando se prueban todas las fases simultáneamente, solo se prueba el aislamiento a tierra y no se prueba el aislamiento
de fase a fase. El aislamiento de fase a fase se prueba solo cuando una fase está energizada y las otras fases están
conectadas a tierra.
Los conductores de conexión, el aparejo de escobillas, los cables, los interruptores, los capacitores, los pararrayos, los transformadores de
voltaje y otros equipos externos pueden influir en gran medida en la lectura de la resistencia de aislamiento. Se recomienda que las
mediciones de la resistencia de aislamiento se realicen con todos los equipos externos desconectados y conectados a tierra. En todos los
casos, se debe utilizar una tierra común para evitar efectos indeseables en los resultados de la prueba debido a pérdidas parásitas en el
circuito de tierra.
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9. Métodos de medición de la resistencia de aislamiento.
9.1 Medición directa
La medición directa de la resistencia de aislamiento se puede realizar con los siguientes instrumentos:
a) Megaohmímetro de indicación directa con generador manual o eléctrico autónomo
b) Megaohmímetro de indicación directa con batería autónoma
c) Megaohmímetro de indicación directa con rectificador autónomo, utilizando una fuente de alimentación de línea regulada
d) Puente de resistencia con galvanómetro autónomo y baterías
9.2 Medida calculada
La resistencia de aislamiento se puede calcular a partir de las lecturas de un voltímetro y un microamperímetro usando un suministro externo
de voltaje directo (bien regulado).
NOTA—El valor recomendado de regulación de voltaje (línea) es menor o igual a 0.1%. Las desviaciones de esto pueden conducir a resultados
ambiguos debido a pérdidas impredecibles de las corrientes de carga asociadas con fluctuaciones en el voltaje aplicado (consulte el Anexo C).
El método del voltímetro-amperímetro es un método simple para la determinación de la resistencia del aislamiento mediante la
medición del voltaje aplicado a través del aislamiento y la corriente a través de él. Se requiere una fuente de voltaje directo
constante, y el voltímetro debe seleccionarse para adaptarse a los voltajes máximos y mínimos que se pueden utilizar. El
amperímetro suele ser un microamperímetro de rango múltiple seleccionado para medir el rango completo de corrientes que se
pueden encontrar en los voltajes utilizados.
El microamperímetro debe estar en el rango más alto o cortocircuitado durante los primeros segundos de carga para que
no se dañe por la corriente de carga capacitiva y la corriente de absorción inicial. Cuando el microamperímetro está en el
voltaje de prueba, se deben tomar precauciones para garantizar la seguridad del operador.
La resistencia se calcula a partir de la Ecuación (4).
infrarrojos(t)=mi(t)⁄I(t)
(4)
dónde
infrarrojos(t)
es la resistencia de aislamiento en megaohmios,
mi(t)
es la lectura del voltímetro en voltios,
I(t)
es la lectura del amperímetro en microamperios (t) segundos después de la aplicación de la tensión de prueba.
10. Precauciones
Se requiere una cantidad finita de tiempo para llevar el voltaje impreso en el aislamiento al valor de prueba deseado. El voltaje de
prueba completo debe aplicarse lo más rápido posible y mantenerse constante durante toda la prueba.
Los instrumentos de prueba en los que la tensión de prueba es suministrada por generadores, baterías o rectificadores accionados por motor
se utilizan normalmente para realizar pruebas de más de 1 minuto de duración. Es esencial que el voltaje de cualquier fuente de prueba sea
constante para evitar fluctuaciones en la corriente de carga (consulte el Anexo C). Puede ser necesaria la estabilización de la tensión
suministrada.
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Cuando se utilicen resistencias protectoras en los instrumentos de prueba, se debe tener en cuenta su efecto sobre la
magnitud del voltaje aplicado al aislamiento bajo prueba. La caída de tensión en las resistencias puede ser un porcentaje
apreciable de la tensión del instrumento cuando se mide una resistencia de aislamiento baja.
11. Interpretación de los resultados de las pruebas de resistencia de aislamiento e índice de polarización
Las pruebas de resistencia de aislamiento e índice de polarización se pueden utilizar para dos propósitos:
a) El historial de pruebas de resistencia de aislamiento de una máquina determinada, medido en condiciones uniformes en lo que respecta
a las variables controlables, se reconoce como una forma útil de determinar la tendencia de algunos aspectos de la condición del
aislamiento a lo largo de los años.
b) La estimación de la idoneidad de una máquina para la aplicación de pruebas de sobretensión apropiadas o para el
funcionamiento puede basarse en una comparación de PI y/o IR actuales y anteriores.1valores.
11.1 Supervisión del estado del aislamiento
Si el historial de resistencia de aislamiento de la máquina está disponible, la comparación del resultado de la prueba actual con las
pruebas anteriores respaldará las preocupaciones sobre la condición del aislamiento. Sin embargo, es importante comparar las
pruebas en condiciones similares, es decir, la temperatura del devanado, la magnitud del voltaje, la duración del voltaje y la
humedad relativa (consulte la cláusula 6). Para la comparación de pruebas realizadas a diferentes temperaturas de devanado, los
resultados deben corregirse a la misma temperatura (ver 6.3).
Una fuerte caída en elinfrarrojos1oPide la lectura anterior puede indicar contaminación de la superficie, humedad o daños severos
en el aislamiento, como grietas. cuando un bajoPiocurre a una temperatura elevada (por encima de 60°C), una segunda medida por
debajo de 40°C, pero por encima del punto de rocío, se recomienda como comprobación del estado real del aislamiento (véase 6.3).
Para pruebas realizadas en condiciones similares, un aumento constante en lainfrarrojos1, es decir, una disminución de la corriente
de absorción con el tiempo puede indicar descomposición de los materiales de unión, especialmente cuando los materiales
aislantes son de tipo termoplástico (asfáltico-mica o goma laca mica-folium).
11.2 Idoneidad para el funcionamiento o pruebas continuas
Cuando el historial de resistencia de aislamiento no está disponible, los valores mínimos recomendados de laPioinfrarrojos
1puede usarse para estimar la idoneidad del devanado para la aplicación de una prueba de sobrevoltaje o para la
operación (ver la Cláusula 12). Si elinfrarrojos1oPies bajo debido a la suciedad o la humedad excesiva, se puede mejorar a
un valor aceptable mediante la limpieza y el secado. Al secar el aislamiento, elPise puede usar para indicar cuándo se
puede terminar el proceso de secado, es decir, los resultados de PI han excedido el mínimo recomendado. Si elinfrarrojos1
es bajo debido a un deterioro o daño severo del aislamiento, no se recomiendan la operación y las pruebas de sobrevoltaje
de la máquina.
Las máquinas con capacidad nominal de 10 000 kVA y menos deben tener un valor del índice de polarización o un valor de la
resistencia de aislamiento (a 40°C) por encima de los valores mínimos recomendados (ver Cláusula 12) para operación o pruebas de
sobrevoltaje adicionales.
Las máquinas con capacidad superior a 10 000 kVA deben tener tanto el índice de polarización como la resistencia de aislamiento por encima de los
valores mínimos recomendados (consulte la Cláusula 12) para el funcionamiento o para realizar más pruebas de sobrevoltaje.
Si elinfrarrojos1valor (a 40°C) es mayor que 5000 MΩ,elPipuede ser ambiguo y puede ser ignorado (ver
12.2.2).
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Para devanados de estator barnizados, goma laca mica-folium o asfálticos, una muy altaPi(por ejemplo, mayor que 8)
puede indicar que el aislamiento ha envejecido térmicamente y puede tener un alto riesgo de falla. Si la inspección física
(golpear el aislamiento, por ejemplo) confirma que el aislamiento está seco y quebradizo, es mejor no intentar limpiar o
probar la sobretensión del devanado. La falla puede ocurrir en cualquier momento si la máquina se vuelve a poner en
servicio.
Puede ser posible operar máquinas con PI e IR1valores inferiores a los valores mínimos recomendados; sin embargo, no es
recomendado por esta norma. En todos los casos en los que los valores de prueba caigan por debajo de los valores mínimos
recomendados, se deben realizar investigaciones para determinar la causa de lecturas tan bajas. El historial del devanado, las
inspecciones visuales y los resultados de otras pruebas deben usarse para determinar la conveniencia de volver a poner la unidad
en servicio.
11.3 Limitaciones de la prueba de resistencia de aislamiento
Los datos de las pruebas de resistencia del aislamiento son útiles para evaluar la presencia de algunos problemas de aislamiento, como
contaminación, humedad absorbida o agrietamiento severo; sin embargo, algunas limitaciones son las siguientes:
a) La resistencia de aislamiento de un devanado no está directamente relacionada con su rigidez dieléctrica. A menos que el
defecto sea concentrado, es imposible especificar el valor de la resistencia de aislamiento en el que fallará el sistema de
aislamiento de un devanado.
b) Los devanados que tienen un área de superficie del brazo extremo extremadamente grande, las máquinas grandes o de baja
velocidad o las máquinas con conmutadores pueden tener valores de resistencia de aislamiento inferiores al valor
recomendado. En estos casos, la tendencia histórica deinfrarrojos1es invaluable en la evaluación de la condición del
aislamiento.
c) Una sola medición de resistencia de aislamiento a un voltaje particular no indica si la materia
extraña está concentrada o distribuida por todo el devanado.
d) Es posible que las mediciones de voltaje directo, como las pruebas IR y PI, no detecten vacíos internos en el aislamiento causados por
una impregnación inadecuada, deterioro térmico o ciclos térmicos en bobinas de estator con devanado formado (consulte el Anexo
B).
e) Debido a que las pruebas de resistencia del aislamiento se llevan a cabo mientras la máquina está parada, estas pruebas no detectarán
problemas debido a la rotación, como bobinas sueltas o vibraciones que provoquen el movimiento del devanado final.
12. Valor mínimo recomendado de índice de polarización y resistencia de
aislamiento
12.1 Valores mínimos
El mínimo recomendadoPiy el valor mínimo recomendado deinfrarrojos1de un devanado de máquina rotatoria de CA o CC
son los valores más bajos a los que se recomienda un devanado para una prueba de sobrevoltaje o para operación.
En algunos casos, los diseños o materiales aislantes especiales pueden proporcionar valores más bajos. Los valores mínimos para estos
diseños deben basarse en la comparación con los valores de prueba históricos.
12.2 Índice de polarización
Los valores mínimos recomendados dePipara máquinas rotativas de CA y CC se enumeran en la Tabla 2. La Tabla 2 se basa en la
clase térmica de los materiales aislantes y, con la excepción de los devanados de campo no aislados, se aplica a todos los materiales
aislantes independientemente de la aplicación.
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Tabla 2—Valores mínimos recomendados del índice de polarización para todas las máquinas
componentesaclases de aislamiento según IEC 60085-01: 1984
Clasificación de clase térmica
aLa
MínimoPi
Clase A
1.5
Clase B
2.0
Clase F
2.0
Clase H
2.0
prueba PI no es aplicable al campo no aislado
bobinados (ver 12.2.1).
NOTA: si la resistencia de aislamiento de 1 min es superior a 5000 MΩ,el calculadoPipuede no ser significativo. En tales casos, elPi
puede descartarse como una medida de la condición del devanado (ver 12.2.2).
12.2.1 Aplicabilidad del índice de polarización en devanados de campo
El propósito de las pruebas de resistencia de aislamiento e índice de polarización es determinar si un sistema de
aislamiento es adecuado o no para pruebas de operación o sobrevoltaje. Los devanados de algunos rotores de maquinaria
de inducción a menudo no están aislados del cuerpo del rotor; por lo tanto, no se puede realizar un índice de polarización
en estos devanados de rotor o de campo de maquinaria de inducción. Sin embargo, si el devanado del rotor está aislado
del cuerpo del rotor, como en los rotores de inducción bobinados y las máquinas de polos salientes, se aplica una prueba
de índice de polarización. Los devanados de campo de muchos generadores de turbina muy grandes están hechos con
cobre expuesto que no está encapsulado en aislamiento. Aunque aislado de tierra y otros componentes a través de tiras
aislantes, la inmensa superficie del cobre no aislado no exhibe una corriente de absorción (IA), en comparación con la
corriente de fuga (IL), cuando se somete a tensión continua. La ausencia de la corriente de absorción altera la curva
característica IR (ver Figura 4) de tal manera que habrá muy poco cambio en lainfrarrojosvalor de la lectura de 1 min a 10
min. Por lo tanto, el PI, que describe la pendiente de la curva IR, no es aplicable a los devanados de campo no aislados.
Por otro lado, muchos otros tipos de devanados de campo no tienen cantidades apreciables de conductores expuestos.
Estos diseños utilizan conductores que están completamente encapsulados en aislamiento y tienen una corriente de
absorción característica (IA). Para estas máquinas, el PI puede ser una prueba valiosa para evaluar el estado del sistema de
aislamiento. El mínimo recomendado, basado en la clasificación de clase térmica del aislamiento del devanado de campo,
debe usarse como referencia.
12.2.2 Aplicabilidad del índice de polarización cuando IR1es mayor que 5000 MΩ
Cuando la lectura de la resistencia de aislamiento obtenida después de aplicar el voltaje durante 1 min (infrarrojos1) es superior a
5000 MΩ,en función de la magnitud del voltaje directo aplicado, la corriente total medida (IT) puede estar en el rango de
submicroamperios (consulte la Figura 1). A este nivel de sensibilidad requerida del instrumento de prueba, pequeños cambios en el
voltaje de suministro, la humedad ambiental, las conexiones de prueba y otros componentes no relacionados pueden afectar en
gran medida la corriente total medida durante el intervalo de 1 a 10 minutos requerido para un PI. Debido a estos fenómenos ,
cuando elinfrarrojos1es superior a 5000 MΩ,elPipuede o no ser una indicación del estado del aislamiento y, por lo tanto, no se
recomienda como herramienta de evaluación.
12.3 Resistencia de aislamiento
La resistencia de aislamiento mínima después de 1 min,infrarrojos1 minuto, para la prueba de sobrevoltaje o la operación de devanados de
estator y devanados de rotor de máquinas de CA y CC se puede determinar a partir de la Tabla 3.
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RESISTENCIA DE LA MAQUINARIA GIRATORIA
estándar 43-2000
La resistencia real de aislamiento del devanado que se utilizará para la comparación coninfrarrojos1 minutoes la resistencia de
aislamiento observada, corregida a 40°C, obtenido al aplicar un voltaje continuo constante a todo el devanado durante 1 min.
La resistencia de aislamiento mínima de una fase de un devanado de armadura trifásico probado con las otras dos fases
conectadas a tierra debe ser aproximadamente el doble de la del devanado completo. Si cada fase se prueba por separado
y se utilizan circuitos de protección en las dos fases que no se prueban, la resistencia mínima observada debe ser tres
veces el devanado completo.
Tabla 3—Valores mínimos de resistencia de aislamiento recomendados a 40°C (todos los valores en MΩ)
Aislamiento mínimo
Espécimen de prueba
resistencia
infrarrojos1 minuto=kV+1
Para la mayoría de los devanados fabricados antes de 1970, todos los devanados de campo y
otros no descritos a continuación
infrarrojos1 minuto= 100
Para la mayoría de las armaduras de CC y los devanados de CA construidos después de 1970 (bobinas
enrolladas)
infrarrojos1 minuto= 5
Para la mayoría de las máquinas con bobinas de estator de bobinado aleatorio y bobinas de
bobinado moldeado de menos de 1 kV
NOTAS
1—infrarrojos1 minutoes la resistencia de aislamiento mínima recomendada, en megaohmios, a 40°C de todo el devanado de
la máquina
2—kVes la tensión nominal terminal a terminal de la máquina, en kV rms
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PRÁCTICA RECOMENDADA IEEE PARA PRUEBAS DE AISLAMIENTO
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Anexo A
(informativo)
Variantes en el índice de polarización
El índice de polarización (PI) se define tradicionalmente como la relación de la resistencia de aislamiento de 10 min (infrarrojos10) a la
resistencia de aislamiento de 1 min (infrarrojos1), probado a una temperatura relativamente constante. En los materiales de aislamiento más
antiguos, como la mica asfáltica, las corrientes de absorción a menudo tardan 10 minutos o más en decaer hasta casi cero (consulte la Figura
3). En los sistemas de aislamiento más modernos para estatores de bobinado formado, y especialmente en máquinas de bobinado aleatorio,
la corriente de absorción puede decaer hasta casi cero en 2 a 3 minutos (consulte la Figura 4). Por lo tanto, para el aislamiento moderno,
algunos usuarios calculan una variante del PI convencional. Las variantes incluyen, entre otras, las que se muestran en la Ecuación (A.1) y la
Ecuación (A.2).
(A.1)
Pi=infrarrojos1⁄infrarrojos30s
dónde
Pi
es el índice de polarización,
infrarrojos1
es la lectura de resistencia de aislamiento después de la aplicación de tensión durante 1 min,
infrarrojos30 segundos
es la lectura de la resistencia de aislamiento después de la aplicación de tensión durante 30 s.
(A.2)
Pi=infrarrojos5⁄infrarrojos1
dónde
Pi
es el índice de polarización,
infrarrojos5
es la lectura de resistencia de aislamiento después de la aplicación de tensión durante 5 min,
infrarrojos1
es la lectura de resistencia de aislamiento después de la aplicación de tensión durante 1 min.
Las características distintivas son los tiempos más cortos de aplicación de la tensión continua y, por lo tanto, el tiempo más corto
que el devanado debe estar conectado a tierra (ver 6.5). Dado que en los devanados modernos la corriente de absorción es
esencialmente cero después de unos minutos, al usar tiempos más cortos para la relación PI, el tiempo de prueba se puede acortar
considerablemente sin pérdida de información sobre el grado de contaminación o absorción de humedad presente. Otra variación
es registrar la resistencia de aislamiento cada minuto y descontinuar la prueba cuando se estabilice (tres lecturas consecutivas).
infrarrojosha sido medido.
Existen limitaciones en la aplicación de estas otras proporciones:
a) No hay un estándar para qué intervalos de tiempo se deben registrar los valores de IR. Diferentes organizaciones usan
diferentes proporciones.
b) No existe un criterio de aprobación-reprobación consensuado, como se ha establecido para el IP tradicional
c) Se alienta a los usuarios a recopilar datos empleando relaciones de tiempo más breves, para permitir que se desarrollen en el futuro
criterios adecuados de aprobación/rechazo.
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RESISTENCIA DE LA MAQUINARIA GIRATORIA
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Anexo B
(informativo)
Pruebas de voltaje directo versus alterno
La prueba de voltaje directo normalmente se realiza aplicando una fuente de voltaje directo entre los conductores del espécimen de
prueba y tierra y usando un amperímetro de CC para medir la corriente total. La relación entre el voltaje de prueba y la corriente de
prueba reflejará la resistencia total entre la muestra de prueba y tierra. La resistencia está determinada por la Ecuación (B.1).
R= ρL⁄A
(B.1)
dónde
R
ρ
L
A
es resistencia,
es la resistividad del material, es
la longitud del camino,
es el área de la sección transversal.
Debido a que los valores de resistividad de la suciedad, el aceite y el agua que a menudo contaminan las áreas de devanado final de
la maquinaria rotatoria son bastante bajos, la prueba de voltaje directo de un devanado contaminado normalmente da como
resultado una corriente de fuga de superficie alta y una lectura de resistencia baja subsiguiente. Esta propiedad hace que las
pruebas de voltaje directo sean un método viable para determinar el alcance de la contaminación en un sistema de aislamiento.
Además, si el sistema de aislamiento utiliza una cinta con respaldo de algodón con mica como aislamiento eléctrico principal, una
prueba de voltaje directo podría revelar si el algodón ha absorbido humedad y si tiene una resistividad más baja. Tenga en cuenta
que la mayoría de los devanados fabricados después de 1970 no tienen estas cintas higroscópicas, y una prueba de voltaje directo
normalmente no detectará problemas internos en el sistema de aislamiento, como el deterioro térmico.
Dado que el aislamiento eléctrico principal que se usa en el diseño de los devanados del estator con devanado formado es
la mica, y la mica tiene una resistividad virtualmente infinita (por lo tanto, es un buen aislante), solo una capa de cinta de
mica prohibiría cualquier corriente continua. Por lo tanto, si existe un vacío dentro del aislamiento debido a una
impregnación inadecuada, deterioro térmico o ciclos térmicos, una prueba de voltaje directo no podrá detectarlo. Sin
embargo, si existe una fisura severa a través de todo el aislamiento, es posible que se establezca una vía eléctrica entre los
conductores de cobre y tierra, y aparecerá como una resistencia baja.
Cuando se conecta un voltaje alterno alto entre los terminales de la muestra de prueba y tierra, la capacitancia de
la muestra de prueba domina la corriente. La capacitancia está determinada por la Ecuación (B.2).
C= εA⁄d
(B.2)
dónde
C
ε
A
d
es capacitancia,
es la permitividad dieléctrica del material, es el área
de la sección transversal,
es el espesor del material.
Dado que la permitividad dieléctrica de un sistema de aislamiento se ve muy afectada por la presencia de vacíos y/o agua, una
prueba de voltaje alterno es más sensible que las pruebas de voltaje directo con respecto a la detección de problemas de
aislamiento interno asociados con todos los tipos de sistemas de aislamiento. Debido a las diferentes capacidades de prueba, se
deben realizar pruebas tanto de CC como de CA para evaluar de manera más completa la condición de un sistema de aislamiento.
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Anexo C
(informativo)
Regulación en fuentes de alimentación utilizadas para la medida de la resistencia
de aislamiento
La regulación de las fuentes de alimentación utilizadas en los equipos de medición de resistencia de aislamiento (IR) es
importante porque las variaciones en el voltaje de prueba se traducen en variaciones en la medición. Esto se puede ver
considerando la relación en la Ecuación (C.1):
dv(t)
(C.1)
i(t)=C------------
dt
dónde
i(t)
es la respuesta actual,
dv(t)
es la variación de voltaje,
------------
dt
C
es la capacitancia del objeto bajo prueba.
Esta variación de la corriente debida a las fluctuaciones de tensión se traduce en una variación de la resistencia de
aislamiento (resistencia aparenteRA) según la Ecuación (C.2):
Vcc
(C.2)
RA= ----------------------
Idc+i(t)
dónde
Idc
él)
Vcc
es la corriente de interés debido a la resistencia de aislamiento,
es la corriente capacitiva,
es el voltaje directo aplicado.
La combinación de estas relaciones da la variación en la resistencia aparente que se muestra en la Ecuación (C.3):
Vcc
(C.3)
RA= -------------------------------------------------------------
Idc+C[dv(t)⁄dt]
La regulación puede establecerse como un porcentaje del voltaje aplicado y calcularse a partir de los valores encontrados en la
práctica general. Como la mayoría de las mediciones de IR no tienen más del 2 % de precisión, esta precisión se puede utilizar para
la variación de la resistencia aparente.
Por ejemplo, en los sistemas de aislamiento del devanado del estator construidos con materiales modernos, el valor de IR más bajo
que se encuentra generalmente es de aproximadamente 100 MΩ,un voltaje de prueba que se usa a menudo es de 5 kV, y las
máquinas grandes tienen una capacitancia típica de aproximadamente 0.25µF. Estos números dan unaél)de 1µA que, para
mantener la precisión de la medición, requiere undv/dt<<4 V/s. La regulación sería por tanto de 4 V/s en 5 kV, o 0,08% regulado.
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RESISTENCIA DE LA MAQUINARIA GIRATORIA
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estándar 43-2000
La mayoría de las mediciones de IR se realizan a frecuencias por debajo de 1 Hz, por lo que estos resultados se aplican a una regulación de
baja frecuencia del suministro, es decir, susceptibilidad a fluctuaciones lentamente variables en el voltaje de la línea. De ello se deduce que la
ondulación de 50/60 Hz en el suministro puede tener solo un impacto menor al considerar la regulación del suministro, ya que el ancho de
banda de la medición limita el impacto de las fluctuaciones en estas frecuencias.
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