Prueba de Resistencia de Aislamiento Eléctrico

La parte de un circuito eléctrico que generalmente se deteriora muy lentamente y eventualmente falla en un momento inesperado se conoce como aislamiento. Un devanado de un motor, un cable de alimentación y la barrera interna de un interruptor ya sea cumplen correctamente la función de separación o no. El punto es que la diferencia entre una instalación segura e insegura en términos de aislamiento generalmente se mide por el umbral de resistencia de aislamiento de cualquiera de los circuitos. Un medidor de aislamiento le brinda la oportunidad de verificar hasta qué punto la instalación se ha deteriorado. Al aplicar un pequeño voltaje de CC a través de piezas de aislamiento, se puede medir cuánto puede soportar el aislamiento.

Respuesta simple: La prueba de resistencia de aislamiento utiliza un voltaje de CC que se aplica a través de la capa de aislamiento para medir la cantidad de corriente de fuga, la cual se mide en megaohmios o gigaohmios. Los voltajes nominales de prueba son: 250 V (circuitos de control de baja tensión), 500 V (equipos de baja tensión clasificados a 230/400 V), 1,000 V (cables y motores clasificados para voltajes de hasta 1 kV), y 2,500 – 5,000 V (equipos clasificados para media tensión). Es necesario esperar 60 segundos antes de realizar la medición. En la mayoría de los casos, 1 MΩ es típico para circuitos de baja tensión. Para maquinaria rotativa varía de 1 MΩ a 1 MΩ adicional por cada kV del voltaje nominal de la máquina a 40 °C según IEEE 43; en el caso de un equipo nuevo, debería mostrar una resistencia de aislamiento superior a 100 MΩ. El índice de polarización debe superar 2.0 (calculado usando el resultado de 10 minutos dividido por el de 1 minuto). Si el resultado es inferior a 1.5, debería indicar humedad o contaminación.

Lo que realmente mide una prueba de resistencia de aislamiento

La prueba es fácil de entender, pero también a menudo se malinterpreta. Para realizar la prueba, se aplica un voltaje de CC conocido ya sea entre un conductor y tierra o entre dos conductores, y se encuentra que el material aislante permite medir la pequeña corriente que fluye a través de él. Debido a la muy baja cantidad de corriente presente durante la medición del aislamiento – nanoamperios a microamperios para un buen aislamiento – la resistencia obtenida es muy alta, razón por la cual los resultados se expresan en megaohmios o gigaohmios en lugar de ohmios, y por qué los multímetros regulares no pueden realizar la prueba en primer lugar. Un multímetro digital regular mide la resistencia aplicando un voltaje bajo en el circuito que no tiene la capacidad para evaluar el sistema de aislamiento.

Lo que la prueba debe determinar no es un valor arbitrario, sino una diferencia respecto a un valor esperado. El aislamiento puede deteriorarse por humedad, calor, contaminación, daños mecánicos y procesos de descarga parcial, todos los cuales reducen significativamente la resistencia del material aislante. Por lo tanto, cuando el aislamiento es bueno, el valor de resistencia es suficientemente alto, demostrando que el aislamiento está funcionando en el momento de la medición; pero cuando la resistencia se ha reducido a la mitad desde la última medición, eso significa que el aislamiento se ha deteriorado, lo cual es mucho más importante en este caso y una razón por la que esta prueba debe ser parte del proceso de monitoreo en lugar de un evento aislado.

Por qué la prueba utiliza corriente continua (DC) y las tres corrientes involucradas

El aislamiento actúa de manera diferente a la resistencia. Cuando se aplica un voltaje DC, están presentes tres corrientes; conocer estas corrientes aclara casi todos los aspectos prácticos del proceso de prueba.

• Corriente de carga capacitiva. El sistema de aislamiento actúa como un capacitor; esto significa que la capacidad inicial es muy alta, pero se desvanece en unos pocos segundos.
• Corriente de absorción dieléctrica. Las moléculas del aislamiento se comportan de acuerdo con el campo eléctrico entrante. Esta corriente se desvanece rápidamente en unos minutos, pero es la razón por la que el índice de polarización es efectivo.
• Corriente de fuga o conducción, que es la corriente en estado estable que fluye a través de la resistencia del aislamiento.

Dado que las dos primeras corrientes acompañan a la tercera, la lectura solo puede tomarse después de un tiempo tras aplicar el voltaje, lo que significa que reflejaría las corrientes que ocurren en los dos primeros casos. Por lo tanto, se ha convertido en una práctica común registrar los datos después de al menos 60 segundos.

Voltajes de prueba según la clase de equipo

El voltaje utilizado para la prueba debe ser suficientemente alto para detectar cualquier debilidad, pero suficientemente bajo para evitar dañar un aislamiento que ya está en perfectas condiciones. El voltaje real utilizado puede variar entre las diferentes opciones disponibles, ya que está relacionado con el equipo que se utiliza para realizar las pruebas.

Una convención común que debe recordarse en cualquier especificación es que el equipo clasificado en o por debajo de 500 V generalmente se prueba a un voltaje de hasta el doble del voltaje nominal. En el caso de equipos clasificados por encima de este voltaje, el voltaje de prueba suele estar algo más cerca del voltaje nominal. La norma principal para este tipo de instrumento es IEC 61557-2 y la norma para pruebas de máquinas es IEEE 43. Cuando no se menciona ningún voltaje en la especificación, esto se considera un defecto en la especificación en lugar de una elección del instalador; se utiliza el mismo voltaje cada vez junto con el mismo período de tiempo o la tendencia se distorsionará.

Qué vale la pena probar y con qué frecuencia

No solo los cables requieren pruebas; de hecho, siempre que dos conductores se encuentren con un dieléctrico que los separa, se requiere una prueba. Cada tipo de equipo tiene su propio ciclo de prueba único. Los motores que operan bombas, mezcladores, trituradoras, ventiladores, compresores y todas las unidades de refrigeración son ejemplos bien conocidos porque este tipo de aparatos se deterioran por la humedad y debido a los ciclos de calentamiento/enfriamiento. Cualquier problema en uno de los devanados provoca instantáneamente la detención de toda la línea de producción. Las pruebas de cables se realizan en el momento de la instalación y posteriormente según sea necesario, especialmente si el cable está enterrado, húmedo o expuesto al aire libre. Los equipos de conmutación completan las pruebas de aislamiento durante la aceptación y después de cualquier reparación. Las pruebas de transformadores incluyen pruebas de aceite y verificación del aislamiento de los devanados al mismo tiempo. Y finalmente, dispositivos como interruptores automáticos, contactores y tomas deben someterse a pruebas de integridad dieléctrica tanto durante las pruebas tipo como junto con todas las unidades fabricadas en el taller.

Hay dos aspectos relacionados con el tiempo que se consideran en cualquier esquema de implementación práctica. En primer lugar, la medición debe realizarse cuando el equipo es nuevo (o renovado) para que se puedan evaluar los logros en la degradación del equipo. La parada programada de los dispositivos hace que las pruebas sean factibles, ya que las pruebas requieren que las máquinas estén apagadas, aisladas y sin carga. Leer un fondo sobre planificación de un paro de planta de fabricación explica por qué esas ventanas son el lugar adecuado para todo el programa de pruebas eléctricas en lugar de para un activo a la vez.

El procedimiento de prueba, paso a paso

La prueba de resistencia de aislamiento se realiza bajo alto voltaje y en equipos que normalmente están energizados. Este método es el mínimo absoluto; muchos códigos locales e instrucciones del sitio harán adiciones a él, y ninguno de los puntos mencionados puede ser excluido.

• Definir el límite y la referencia. Identificar todos los componentes que se van a verificar y obtener los resultados anteriores junto con la temperatura ambiente cuando se tomaron las mediciones.
• Desconectar y bloquear. Apagar el suministro, aplicar bloqueo/etiquetado y asegurarse de que la instalación esté sin tensión mediante el uso del indicador de voltaje aprobado.
• Desconectar los elementos que no se van a probar. Los dispositivos electrónicos, VFDs, dispositivos de protección contra sobretensiones, módulos PLC y relés electrónicos deben desconectarse, ya que el voltaje de prueba los dañará. Evite conectar circuitos en paralelo para obtener la medición que desea obtener.
• Desconexión a tierra. La carga capacitiva almacenada en largas tiradas de cable y bobinados puede ser letal; por eso es necesario conectar a tierra los conductores y mantenerlos a tierra durante un largo tiempo.
• Conecte el probador y elija el voltaje de prueba. Pruebe primero conductor a tierra y luego conductor a conductor si es necesario. Ajuste el voltaje dentro del marco de la especificación.
• Aplique el voltaje y espere. Ejecute durante sesenta segundos en caso de la medición, o durante diez minutos en caso del índice de polarización.
• Realice registros y conecte a tierra previamente. Anote el valor junto con el voltaje, el tiempo y la temperatura ambiente. No retire las puntas sin conectar a tierra el equipo.

Para dispositivos individuales de protección y conmutación, los puntos de medición específicos y los criterios de aceptación difieren de los de un cable o un bobinado. La prueba de aislamiento es una de varias verificaciones que debe pasar un interruptor automático, junto con la resistencia de contacto, la verificación del tiempo de disparo y la operación mecánica, y el conjunto completo se describe en una guía para probar un interruptor automático para cualquiera que esté elaborando un procedimiento de puesta en marcha.

Qué se considera una buena lectura

Es incorrecto afirmar que existe un solo número para describir un aspecto específico de un producto. Hay un conjunto de diferentes parámetros que nos informan sobre las capacidades de cierto tipo de instrumentos bajo condiciones precisas, y el desafío radica en saber qué referencia exacta debe usarse.

Hay dos notas contra esa tabla. Primero, una cifra alta no significa que el aislamiento sea adecuado; el sistema de aislamiento al final de su vida puede dar buenas lecturas en condiciones secas pero fallar después de una semana de lluvia. Por eso es importante el acondicionamiento y seguimiento de la humedad. Segundo, una lectura baja no siempre indica un defecto. La contaminación en la superficie de bujes e aisladores, agua en una caja de conexiones o un instrumento que quedó en contacto con el conductor durante la prueba pueden llevar a obtener una lectura baja para un aislamiento sano.

DAR e IP: cuando un número no es suficiente

La relación de absorción dieléctrica (DAR) es la resistencia a los 60 segundos dividida por la resistencia a los 30 segundos. El índice de polarización (PI) es la resistencia a los 10 minutos dividida por la resistencia a 1 minuto. Ambos aprovechan el hecho de que la corriente de absorción se disipa más lentamente en un aislamiento seco y limpio en comparación con el aislamiento contaminado con humedad y depósitos.

La maquinaria en buen estado muestra un PI de 2 o más, ya que la corriente disminuye entre el minuto uno y el minuto diez, lo que conduce a una relación creciente. El aislamiento lleno de humedad o contaminantes alcanza su corriente de fuga en estado estacionario casi de inmediato, haciendo que la relación sea plana e incluso menor que 1. Los valores umbral ampliamente reconocidos son: por encima de 2.0, buen estado; de 1.5 a 2.0, debe investigarse; por debajo de 1.5 indica un problema que podría o no solucionarse con secado y limpieza. La única restricción aquí es que el PI pierde sentido por debajo de aproximadamente 1 MΩ de resistencia de aislamiento debido al dominio de la corriente de fuga sobre la absorción; por lo tanto, primero verifique la resistencia simple y solo entonces considere usar la relación.

Temperatura, humedad y las correcciones que hacen que las lecturas sean comparables

La resistencia de aislamiento está fuertemente afectada por la temperatura y la fórmula involucrada es lo suficientemente fuerte como para hacer que una observación ingenua parezca una comparación incorrecta. Por cada aumento de temperatura de 10°C por encima de la temperatura base, se reduce aproximadamente a la mitad el valor de la resistencia de aislamiento, y por cada 10°C por debajo de la temperatura base, el valor de la resistencia de aislamiento se duplica a la inversa. Por lo tanto, si una medición de resistencia de aislamiento indica 200 MΩ a 15°C, y luego muestra 100 MΩ en verano a 25°C, no es una señal de degradación sino una indicación de seguimiento puro de la curva de dependencia.

IEEE 43 aborda este problema exigiendo que las mediciones de resistencia de aislamiento se tomen y corrijan a una temperatura de referencia de 40°C, lo que crea la posibilidad de comparar las mediciones a lo largo de las estaciones, etc. En la práctica, se aplica una curva de corrección para la clase de aislamiento y se rastrean los valores reales obtenidos después de la medición con la curva de corrección aplicada. La humedad también es un factor en este caso, pero está menos controlada.

Cinco errores que producen resultados engañosos

• No descargar antes y después de tomar las lecturas. . Un cable o bobinado cargado tiene un voltaje peligroso después de la prueba. El peligro es para el técnico y el error de datos se debe a que la prueba se realizó en un circuito energizado.
• Tener el equipo conectado. Los VFD, protectores contra sobretensiones, módulos de entrada PLC y relés electrónicos no están diseñados para manejar voltajes de prueba y pueden dañarse o desviar la medición, resultando en una lectura baja.
• Probar por un tiempo corto. Una lectura de cinco segundos en realidad mide la corriente de carga. De esta manera, no hay nada que pueda correlacionarse de alguna forma y la tendencia será ruido.
• Ignorar la temperatura. Obtener una cifra sin indicar la temperatura a la que se ha obtenido no la convierte en una buena serie histórica; y la serie histórica es la razón de la prueba.
• Confiar en una sola lectura. La prueba de aislamiento se trata de tendencias. Una cifra sin línea base o historial no puede distinguir un sistema estable de uno defectuoso.

Megóhmetro o probador hipot: no son el mismo instrumento.

Los megóhmetros y los probadores hipot suelen confundirse como iguales, sin embargo, son dos herramientas diferentes con diferencias fundamentales. Un megóhmetro, también llamado tester de resistencia de aislamiento, prueba el aislamiento mediante la aplicación de un voltaje DC específico, midiendo la cantidad de corriente de fuga y proporcionando lecturas en forma de megohmios. El megóhmetro es una herramienta de diagnóstico que no es dañina, si se usa de manera adecuada, y es adecuada para pruebas de campo, puesta en marcha y análisis de tendencias de rendimiento.

La prueba hipot, por otro lado, es el método de aplicar voltajes de alta tensión y asegurar la fiabilidad del aislamiento. Un probador hipot aplica un voltaje mucho más alto – según las normas IEC, debe ser igual al doble del voltaje operativo más 1,000 V – durante un período específico de tiempo, usualmente un minuto, y verifica si la aplicación de este voltaje conduce a una corriente de fuga dentro de los límites establecidos por las normas. Ayuda a definir si el aislamiento es capaz de soportar el estrés de voltaje o no, y puede destruir el aislamiento defectuoso. Por eso, la prueba hipot debe realizarse en un entorno debidamente controlado, en lugar de usarla en campo.

De una sola lectura a un programa: líneas base y tendencias

La prueba de aislamiento es valiosa en términos de comparación más que de medición. Un programa consta de cuatro componentes: una medición de línea base durante la puesta en marcha en la que se anotan el voltaje de prueba y el tiempo de permanencia; un proceso de prueba estandarizado para que cada prueba sea comparable con pruebas anteriores; un sistema de registro que documenta el voltaje, tiempo y temperaturas; y el hecho de que se monitorea una tendencia general del estado del aislamiento en lugar del valor absoluto.

La regla de alarma práctica más común en cualquier sitio es que el aislamiento haya caído más del 50% desde su valor de línea base o que su índice de polarización sea inferior a 1.5. Ninguno de los dos es suficiente para desencadenar reparaciones específicas, pero ambos requieren una investigación del estado del aislamiento que incluya limpieza, secado y nueva prueba si la situación lo requiere. Por lo tanto, el aislamiento probado regularmente de esta manera se repara según un programa establecido, mientras que el aislamiento que no se prueba falla inesperadamente.

Prueba de aislamiento en producción: de muestreo a cada unidad

La efectividad de todo el proceso depende de los mismos factores respecto al equipo ya instalado. Mientras está en la línea de producción, se transforma en una puerta de calidad, y la pregunta se convierte en “cuántos productos probar y por qué.”

La inspección por muestreo sirve como la solución tradicional, mediante la cual se prueban varias muestras en un lote y se asume que el resto es igual. La filosofía funciona cuando el proceso es estable y no ocurrirá un daño mayor en caso de que aparezca un defecto., Sin embargo, falla en el punto crítico de su aplicación, porque descuida las fallas que ocurren regularmente solo en puntos específicos, como problemas con la contaminación del moldeado, inserto y perturbaciones de la barrera.

La distinción entre muestreo y prueba al 100% y las condiciones bajo las cuales cada uno es defendible, es el tema de

comparación entre pruebas manuales y automatizadas, y la conclusión para componentes críticos para la seguridad es consistente: el defecto que no probaste es el que llega al cliente., Por qué un dispositivo de protección no puede ser muestreado.

Si el producto en cuestión es un dispositivo de protección, la resistencia dieléctrica es una característica necesaria.

Un interruptor automático o un RCD que falla una prueba de aislamiento no aislará una falla de manera efectiva, resultando en la necesidad ineludible de retirar un lote que fue muestreado en lugar de probado realmente. Comenzar con una línea de producción automática, Esta es la razón principal por la que los productores masivos de componentes eléctricos realizan las pruebas de resistencia dieléctrica y de aislamiento en proceso, probando cada unidad durante la producción.

Preguntas frecuentes

La economía de ese movimiento no es especulativa; la aritmética del retorno de inversión al pasar del muestreo manual a la prueba automatizada al 100% de interruptores automáticos en miniatura se analiza en

Primero, desconecte y aísle el cable de alimentación de la red. Asegúrese de que no haya cables vivos; si algún conductor representa un peligro para los electrodomésticos, desconéctelo. Además, descargue los cables subterráneos a tierra. Configure un medidor de resistencia de aislamiento conectándolo a un cable bajo tierra asegurándose de seleccionar el voltaje correcto: 500 V para un circuito de 230/400 V o 250 V para un circuito de control de bajo voltaje. Espere unos segundos antes de tomar la lectura. Repita la prueba antes de desconectar el medidor.

¿Cuál es una buena lectura de Megger en un cable?

Cuando se trata de cableado que opera por debajo de los 1000 voltios habituales, podemos decir que cualquier valor por encima de 1 megaohmio significa que cumple con los estándares comunes; sin embargo, este debe ser un nivel mucho más alto, por encima de 100 MΩ para un cableado aceptable. Si la medición muestra valores por debajo de 1 MΩ, eso indica un defecto como humedad o daño, lo que significa que se debe limpiar y secar seguido de otra prueba. Al hacer comparaciones, la mejor práctica es comparar las lecturas actuales con lecturas anteriores del mismo circuito, medidas a la misma temperatura.

¿Cuál es un buen resultado en la prueba de resistencia de aislamiento?

La respuesta depende de la clase del equipo. Los circuitos de bajo voltaje requieren al menos 1 MΩ, mientras que para equipos de bajo voltaje recién instalados, la medición de resistencia de aislamiento suele ser superior a 100 MΩ. La resistencia de aislamiento requerida para máquinas rotativas es igual al valor de voltaje en kilovoltios más 1 MΩ (según IEEE 43 y ajustado para 40 grados Celsius) para máquinas con un índice P.I. mayor a 2.0. Los valores típicos de resistencia de aislamiento para equipos recién generados están en megaohmios.

¿Es una prueba de resistencia de aislamiento lo mismo que una prueba Megger?

En términos prácticos, la respuesta es sí, pero en cuanto al uso técnico del término, la respuesta es no. Megger es el nombre dado al medidor de resistencia de aislamiento, pero en realidad ambos se refieren al mismo tipo de medición. Una definición importante a tener en cuenta es la diferencia entre una prueba hipot y una prueba Megger. La prueba hipot utiliza una carga eléctrica de alto voltaje para probar el aislamiento eléctrico, mientras que el Megger utiliza una cantidad determinada de voltaje para medir la resistencia.

¿Con qué frecuencia se debe probar la resistencia de aislamiento?

Cada año para motores y generadores críticos, y en cada parada programada para el sistema de distribución eléctrica, se emplea el proceso de prueba. Dado que la prueba requiere desenergización y el proceso de descarga, puede realizarse durante paradas planificadas. La mejor práctica es crear una línea base en la instalación y realizar las pruebas a intervalos regulares con el mismo nivel de voltaje y tiempo de curado. La misma prueba debe realizarse después de una intervención si es posible.

Referencias

• IEEE — IEEE 43: Práctica recomendada para la prueba de resistencia de aislamiento de maquinaria eléctrica
• Comisión Electrotécnica Internacional — IEC 61557-2: Equipos para medición de resistencia de aislamiento
• Comisión Electrotécnica Internacional — IEC 60243: Resistencia eléctrica de materiales aislantes
• Fluke Corporation — Guía para la Prueba de Resistencia de Aislamiento y Tendencias de Datos
• Vitrek — Fundamentos de la Prueba de Resistencia de Aislamiento
• Weschler Instruments — Prueba de Aislamiento: Megóhmetro o Probador Hipot
• OSHA — Prácticas de Trabajo Relacionadas con la Seguridad Eléctrica, 29 CFR 1910 Subparte S

Conclusión

La importancia de la prueba de resistencia de aislamiento en el mantenimiento eléctrico radica en que es el método rentable para predecir fallas potenciales. El proceso consiste en aplicar un cierto voltaje de CC, esperar a que cesen las corrientes de carga y absorción, medir el valor de fuga y proporcionar un nivel de resistencia siempre que no se utilice para una evaluación independiente, sino principalmente para comparación con la misma prueba realizada en el mismo contexto anteriormente. El voltaje tiene clase, por lo tanto, puede seleccionarse entre 250 V, 500 V, 1,000 V o más; la lectura se realiza a los 60 segundos para un valor instantáneo y a los 10 minutos para un índice de polarización con un factor de corrección que considera 40°C; en cumplimiento con ese enfoque, se debe examinar la tendencia y no solo el número en sí. Al introducir el método explicado anteriormente, puede aplicarse desde un motor de bomba de planta hasta una línea de ensamblaje que mueve cada interruptor que produce a través de un tratamiento dieléctrico: establezca el método, registre las condiciones y registre los datos a lo largo del tiempo.