Teste de Resistência de Isolamento Elétrico

A parte de um circuito elétrico que geralmente se deteriora muito lentamente e eventualmente falha em um momento inesperado é conhecida como isolamento. Um enrolamento de um motor, um cabo de energia e a barreira interna de um disjuntor ou realizam a função de separação corretamente ou não. O ponto é que a diferença entre uma instalação segura e insegura em termos de isolamento geralmente é medida pelo limiar de resistência de isolamento de qualquer circuito. Um testador de isolamento oferece a oportunidade de verificar até que ponto a instalação se deteriorou. Aplicando uma pequena tensão DC através das peças de isolamento, pode-se medir o quanto o isolamento é capaz de suportar.

Resposta simples: O teste de resistência de isolamento utiliza uma tensão DC aplicada através da camada de isolamento para medir a quantidade de corrente de fuga, que é medida em mega ou gigaohms. As tensões nominais de teste são: 250 V (circuitos de controle de baixa tensão), 500 V (equipamentos de baixa tensão classificados em 230/400 V), 1.000 V (cabos e motores classificados para tensões de até 1 kV) e 2.500 – 5.000 V (equipamentos classificados para média tensão). É necessário aguardar 60 segundos antes de realizar a medição. Na maioria dos casos, 1 MΩ é típico para circuitos de baixa tensão. Para máquinas rotativas, varia de 1 MΩ a mais 1 MΩ para cada kV da tensão nominal da máquina a 40°C, de acordo com o IEEE 43; no caso de um equipamento novo, deve apresentar resistência de isolamento acima de 100 MΩ. O índice de polarização deve exceder 2,0 (calculado usando o resultado de 10 minutos dividido pelo de 1 minuto). Se o resultado for inferior a 1,5, isso deve indicar umidade ou contaminação.

O que um teste de resistência de isolamento realmente mede

O teste é fácil de entender, mas também é frequentemente mal interpretado. Para realizar o teste, uma tensão DC conhecida é aplicada entre um condutor e o terra ou entre dois condutores, e o material isolante permite que a pequena corrente que flui através dele seja medida. Devido à quantidade muito baixa de corrente presente durante a medição do isolamento – nanoamperes a microamperes para um bom isolamento – a resistência obtida é muito alta, razão pela qual os resultados são expressos em megaohms ou gigaohms em vez de ohms, e por que multímetros comuns não podem realizar o teste. Um multímetro digital comum mede resistência aplicando uma baixa tensão no circuito, que não tem potência para avaliar o sistema de isolamento.

O que o teste deve determinar não é um valor arbitrário, mas sim uma diferença em relação a um valor esperado. A isolação pode ser comprometida por umidade, calor, contaminação, danos mecânicos e processos de descarga parcial, todos os quais reduzem significativamente a resistência do material isolante. Portanto, quando a isolação está boa, o valor da resistência é suficientemente alto, provando que a isolação está funcionando no momento da medição; mas quando a resistência caiu pela metade desde a última medição, isso significa que a isolação deteriorou, o que é muito mais importante neste caso e uma razão pela qual este teste deve fazer parte do processo de monitoramento, e não ser um evento isolado.

Por que o teste usa CC, e as três correntes envolvidas

A isolação atua de forma diferente da resistência. Quando uma tensão CC é aplicada, existem três correntes presentes – conhecer essas correntes esclarece quase todos os aspectos práticos do processo de teste.

• Corrente de carga capacitiva. O sistema de isolação atua como um capacitor; isso significa que a capacidade inicial é muito alta, mas desaparece em alguns segundos.
• Corrente de absorção dielétrica. As moléculas do isolante se comportam de acordo com o campo elétrico aplicado. Essa corrente desaparece rapidamente em poucos minutos, mas é a razão pela qual o índice de polarização é eficaz.
• Corrente de fuga ou condução, que é a corrente em estado estacionário que flui na resistência da isolação.

Como as duas primeiras correntes acompanham a terceira, a leitura só pode ser feita algum tempo após a aplicação da tensão, o que significa que refletirá as correntes que ocorrem nos dois primeiros casos. Assim, tornou-se prática comum registrar os dados após pelo menos 60 segundos.

Tensões de teste por classe de equipamento

A tensão usada para o teste precisa ser suficientemente alta para detectar quaisquer fraquezas, mas suficientemente baixa para evitar danificar a isolação que já está em perfeitas condições. A tensão real usada pode variar entre as várias opções disponíveis, pois está relacionada ao equipamento utilizado para realizar os testes.

Uma convenção comum que deve ser lembrada em qualquer especificação é que equipamentos classificados em ou abaixo de 500 V são tipicamente testados a uma voltagem de até o dobro da voltagem nominal. No caso de equipamentos classificados acima dessa voltagem, a voltagem de teste geralmente é um pouco mais próxima da voltagem nominal. A norma principal para este tipo de instrumento é a IEC 61557-2 e a norma para teste de máquinas é a IEEE 43. Quando nenhuma voltagem é mencionada na especificação, isso é considerado um defeito na especificação e não uma escolha do instalador — é a mesma voltagem usada a cada vez junto com o mesmo período de tempo ou a tendência será distorcida.

O que vale a pena testar, e com que frequência

Não são apenas os cabos que requerem teste; na verdade, sempre que dois condutores encontram um dielétrico no qual estão separados um do outro, o teste é necessário. Cada tipo de equipamento tem seu próprio ciclo de teste único. Os motores que operam bombas, misturadores, trituradores, ventiladores, compressores e todas as unidades de refrigeração são exemplos bem conhecidos porque esses tipos de aparelhos tornam-se defeituosos por umidade e devido a ciclos de aquecimento/resfriamento. Qualquer problema em um dos enrolamentos causa instantaneamente a parada de toda a linha de produção. O teste de cabos ocorre no momento da instalação e posteriormente conforme necessário, particularmente se o cabo estiver enterrado, molhado ou exposto ao ar livre. O equipamento de manobra completa o teste de isolamento durante a aceitação e após qualquer reparo. O teste de transformadores inclui teste de óleo e verificação do isolamento dos enrolamentos ao mesmo tempo. E finalmente, dispositivos como disjuntores, contatores e tomadas precisam passar por testes de integridade dielétrica tanto durante o teste tipo quanto junto com todas as unidades fabricadas na oficina.

Existem dois aspectos relacionados ao tempo considerados em qualquer esquema prático de implementação. Primeiro, a medição deve ser realizada quando o equipamento é novo (ou renovado) para que os avanços na degradação do equipamento possam ser avaliados. A parada programada dos dispositivos torna o teste viável, pois o teste requer que as máquinas estejam desligadas, isoladas e sem carga. Ler um contexto sobre planejamento de uma parada de fábrica explica por que essas janelas são o momento certo para todo o cronograma de testes elétricos em vez de um ativo por vez.

O procedimento de teste, passo a passo

O teste de resistência de isolamento é conduzido sob alta voltagem e em equipamentos que normalmente estão energizados. Este método é o mínimo absoluto; muitos códigos locais e instruções locais do site farão acréscimos a ele, e nenhum dos pontos mencionados pode ser excluído.

• Defina o limite e a referência. Identifique todos os componentes que serão verificados e obtenha os resultados anteriores junto com a temperatura ambiente quando as medições foram feitas.
• Desconecte e trave. Desligue a alimentação, aplique bloqueio/etiquetagem, e assegure que a instalação está desenergizada com o uso do indicador de voltagem aprovado.
• Desconecte os itens que não serão testados. Dispositivos eletrônicos, VFDs, dispositivos de proteção contra surtos, módulos PLC e relés eletrônicos devem ser desconectados, pois a tensão de teste os danificará. Evite conectar circuitos paralelos para obter a medição desejada.
• Desconexão à terra. A carga capacitiva armazenada em longos trechos de cabos e enrolamentos pode ser letal; por isso é necessário aterrar os condutores e mantê-los aterrados por um longo período.
• Conecte o testador e escolha a tensão de teste. Teste o condutor para terra primeiro e depois condutor para condutor, se necessário. Ajuste a tensão dentro do quadro da especificação.
• Aplique a tensão e aguarde. Execute por sessenta segundos no caso da medição, ou por dez minutos no caso do índice de polarização.
• Faça registros e aterre previamente. Anote o valor junto com a tensão, o tempo e a temperatura ambiente. Não remova os cabos sem aterrar o equipamento.

Para dispositivos individuais de proteção e comutação, os pontos específicos de medição e os critérios de aceitação diferem dos de um cabo ou enrolamento. O teste de isolamento é uma das várias verificações que um disjuntor deve passar, juntamente com resistência de contato, verificação do tempo de disparo e operação mecânica, e o conjunto completo é descrito em um guia para testar um disjuntor para quem estiver montando um procedimento de comissionamento.

O que conta como uma boa leitura

É incorreto afirmar que existe um único número para descrever um aspecto específico de um produto. Existe um conjunto de diferentes parâmetros que nos informa sobre as capacidades de certos tipos de instrumentos sob condições precisas, e o desafio está em saber qual referência exatamente deve ser usada.

Existem duas observações contra essa tabela. Primeiro, um valor alto não significa que o isolamento é adequado; o sistema de isolamento no fim de sua vida útil pode apresentar boas leituras em condições secas, mas falhar após uma semana de chuva. Por isso, o condicionamento de umidade e o monitoramento são importantes. Segundo, uma leitura baixa nem sempre indica um defeito. Contaminação na superfície de buchas e isoladores, água em uma caixa de junção ou um instrumento que ficou em contato com o condutor durante o teste podem levar a uma leitura baixa para um isolamento que está em boas condições.

DAR e PI: quando um número não é suficiente

A relação de absorção dielétrica (DAR) é a resistência aos 60 segundos dividida pela resistência aos 30 segundos. O índice de polarização (PI) é a resistência aos 10 minutos dividida pela resistência aos 1 minuto. Ambos aproveitam o fato de que a corrente de absorção dissipa mais lentamente em isolamento seco e limpo em comparação com o isolamento contaminado por umidade e depósitos.

A maquinaria em boas condições apresenta um PI de 2 ou superior, pois a corrente diminui entre o marco de um minuto e o marco de dez minutos, levando a uma razão crescente. O isolamento preenchido com umidade ou contaminantes atinge sua corrente de fuga em estado estacionário quase imediatamente, tornando a razão plana e até inferior a 1. Os valores limite amplamente reconhecidos são: acima de 2,0, boa condição; de 1,5 a 2,0, deve ser investigado; abaixo de 1,5 indica um problema que pode ou não ser resolvido por secagem e limpeza. A única restrição aqui é que o PI se torna sem sentido abaixo de cerca de 1 MΩ de resistência de isolamento devido ao domínio da corrente de fuga sobre a absorção; assim, verifique a resistência simples primeiro e só então considere usar a razão.

Temperatura, umidade e as correções que tornam as leituras comparáveis

A resistência de isolamento é fortemente impactada pela temperatura e a fórmula envolvida é suficientemente forte para fazer uma observação ingênua parecer uma comparação errada. Para cada aumento de temperatura de 10°C acima da temperatura base, aproximadamente metade do valor da resistência de isolamento, e para cada 10°C abaixo da temperatura base, o valor da resistência de isolamento será, inversamente, dobrado. Assim, se uma medição de resistência de isolamento indicar 200 MΩ antes a 15°C, e depois mostrar 100 MΩ no verão a 25°C, isso não é um sinal de degradação, mas uma indicação do puro seguimento da curva de dependência.

O IEEE 43 trata dessa questão exigindo que as medições de resistência de isolamento sejam feitas e corrigidas a uma temperatura de referência de 40°C, o que cria a possibilidade de comparar as medições ao longo das estações, etc. Na prática, uma curva de correção é aplicada para a classe de isolamento e os valores reais obtidos após a medição com a curva de correção aplicada são monitorados. Como a umidade também é um fator neste caso, mas é menos controlada.

Cinco erros que produzem resultados enganosos

• Não descarregar antes e depois de fazer as leituras. . Um cabo ou enrolamento carregado tem tensão perigosa após o teste. O perigo é para o técnico e o erro de dados ocorre devido ao teste ter sido feito em um circuito energizado.
• Ter o equipamento conectado. VFDs, protetores contra surtos, módulos de entrada PLC e relés eletrônicos não são projetados para suportar tensões de teste e podem ser danificados ou desviar a medição, resultando em uma leitura baixa.
• Testar por um curto período. Uma leitura de cinco segundos mede na verdade a corrente de carga. Dessa forma, não há nada que possa ser correlacionado a ela e a tendência será ruído.
• Desconsiderar a temperatura. Obter um valor sem indicar a temperatura na qual o valor foi obtido não o torna uma boa série histórica; e a série histórica é a razão do teste.
• Confiança em uma única leitura. O teste de isolamento é sobre tendências. Um valor sem linha de base ou histórico não é capaz de distinguir um sistema estável de um defeituoso.

Megôhmetro ou testador hipot: não são o mesmo instrumento.

Megôhmetros e testadores hipot são geralmente interpretados erroneamente como iguais, no entanto, são duas ferramentas diferentes com diferenças fundamentais. Um megôhmetro, também referido como testador de resistência de isolamento, testa o isolamento através da aplicação de uma tensão DC específica, medindo a quantidade de corrente de fuga e fornecendo leituras na forma de megaohms. O megôhmetro é uma ferramenta de diagnóstico que não é prejudicial, se usado de maneira adequada, e é adequado para testes de campo, comissionamento e análise de desempenho de tendências.

O teste hipot, por outro lado, é o método de aplicação de tensões HV e garantia da confiabilidade do isolamento. Um testador hipot aplica uma tensão muito mais alta – de acordo com as normas IEC, deve ser igual a duas vezes a tensão operacional mais 1.000 V – por um período específico de tempo, geralmente um minuto, e verifica se a aplicação dessa tensão levará a uma corrente de fuga dentro dos limites estabelecidos pelas normas. Isso ajuda a definir se o isolamento é capaz de suportar o estresse de tensão ou não, e pode destruir o isolamento defeituoso. Por isso, o teste hipot deve ser realizado em um ambiente devidamente controlado, em vez de ser usado em campo.

De uma única leitura a um programa: linhas de base e tendências.

O teste de isolamento é valioso em termos de comparação, e não de medição. Um programa consiste em quatro componentes: uma medição de linha de base durante o comissionamento, na qual a tensão de teste e o tempo de permanência são anotados; um processo de teste padronizado para que cada teste seja comparável com testes anteriores; um sistema de registro que documenta a tensão, o tempo e as temperaturas; e o fato de que uma tendência geral da condição do isolamento é monitorada em vez do valor absoluto.

A regra de alarme prática mais comum em qualquer local é que o isolamento tenha caído mais de 50% em relação ao seu valor de linha de base ou que seu índice de polarização tenha ficado abaixo de 1,5. Nenhum dos dois é suficiente para acionar reparos específicos, mas ambos exigem uma investigação do estado do isolamento, incluindo limpeza, secagem e reteste se a situação assim exigir. Assim, o isolamento testado regularmente dessa maneira é reparado conforme um cronograma estabelecido, enquanto o isolamento que não é testado falha inesperadamente.

Teste de isolamento na produção: da amostragem a cada unidade.

A eficácia de todo o processo depende dos mesmos fatores em relação ao equipamento já instalado. Enquanto na linha de produção, ele se transforma em um portão de qualidade, e a questão passa a ser “quantos produtos testar e por quê.”

A inspeção por amostragem serve como a solução tradicional, na qual várias amostras de um lote são testadas e assume-se que o restante é igual. A filosofia funciona quando o processo é estável e nenhum dano maior ocorrerá caso apareça um defeito. No entanto, falha no ponto crítico de sua aplicação, porque negligencia as falhas que ocorrem regularmente apenas em pontos específicos — como problemas com contaminação de moldagem, inserção e perturbações de barreira. A distinção entre amostragem e teste 100%, e as condições sob as quais cada um é defensável, é o assunto de comparação entre testes manuais e automáticos, e a conclusão para componentes críticos para segurança é consistente: o defeito que você não testou é aquele que chega ao cliente.

Por que um dispositivo de proteção não pode ser amostrado

Se o produto em questão é um dispositivo de proteção, a resistência dielétrica é uma característica necessária. Um disjuntor ou um RCD que falha em um teste de isolamento não isolará uma falha de forma eficaz, resultando na necessidade inevitável de recolher um lote que foi amostrado em vez de realmente testado. Esta é a principal razão pela qual os grandes produtores de componentes elétricos realizam os testes de resistência dielétrica e de isolamento durante o processo, testando cada unidade no curso da produção. A economia dessa medida não é especulativa; a aritmética do retorno ao passar da amostragem manual para o teste automatizado 100% de disjuntores miniatura é detalhada em uma análise de retorno do teste automatizado versus manual de MCB, e depende de três números: o custo do teste em si, o custo de uma falha em campo e a redução do retrabalho a jusante quando os defeitos são detectados na origem.

O que uma linha automatizada tem a ver com os dados do teste

Mudar esse aspecto impacta muito mais do que apenas a estação de teste. Os dados coletados de cada unidade devem ser registrados, conectados à sua unicidade e preservados para fins de rastreamento. Os parâmetros também devem ser confirmados para que o operador não os altere para garantir que uma unidade defeituosa passe no teste. Além disso, deve haver uma linha definida para permitir que os testes dielétricos ocorram após a montagem e antes da embalagem da unidade para detectar falhas mais cedo. O que uma linha totalmente integrada parece na prática — montagem, calibração, teste dielétrico e verificação funcional final funcionando como uma sequência única com resultados registrados por unidade — é ilustrado pela configuração de um Começar com uma linha de produção automática, que é a categoria de equipamentos que a benlongkj constrói para fabricantes de componentes elétricos. Existe uma relação que existe seja uma planta testando motores em campo ou disjuntores na linha – use o mesmo princípio; corrija o método, colete as informações e avalie os resultados.

Perguntas frequentes

Como testar a resistência de isolamento de um circuito elétrico?

Primeiro, desconecte e isole o cabo de alimentação da rede. Certifique-se de que não há fios energizados – se algum condutor representar perigo para os aparelhos domésticos, desconecte-os. Além disso, descarregue os fios subterrâneos para o solo. Configure um testador de resistência de isolamento conectando-o a um fio abaixo do solo, garantindo que a voltagem correta seja selecionada — 500 V para um circuito de 230/400 V ou 250 V para circuito de controle de baixa tensão. Espere alguns segundos antes de fazer a leitura. Repita o teste antes de desconectar o testador.

Qual é uma boa leitura de Megger em um fio?

Quando se trata de fiação que opera abaixo dos habituais 1000 volts, podemos dizer que qualquer valor acima de 1 megaohm significa que atende aos padrões comuns, no entanto, esse nível deve ser muito acima de 100 MΩ para fiação aceitável. Se a medição mostrar valores abaixo de 1 MΩ, isso indica um defeito como umidade ou dano, o que significa limpeza e secagem seguidas de outro teste. Ao fazer comparações, a melhor prática é comparar as leituras atuais com leituras anteriores para o mesmo circuito, medidas na mesma temperatura.

Qual é um bom resultado de teste de resistência de isolamento?

A resposta depende da classe do equipamento. Circuitos de baixa tensão requerem pelo menos 1 MΩ, enquanto para equipamentos de baixa tensão recém-instalados a medição da resistência de isolamento geralmente estará acima de 100 MΩ. A resistência de isolamento requerida para máquinas rotativas é igual ao valor da voltagem em quilovolts mais 1 MΩ (conforme IEEE 43 e após ajuste para 40 graus Celsius) para máquinas com P.I. maior que 2,0. Valores típicos de resistência de isolamento para equipamentos recém-gerados estão em megaohms.

Um teste de resistência de isolamento é o mesmo que um teste Megger?

Em termos práticos, a resposta é sim, mas quando se trata do uso técnico da palavra, a resposta é não. Megger é o nome dado ao testador de resistência de isolamento, mas, na realidade, ambos se referem ao mesmo tipo de medição. Uma definição importante a ter em mente é a diferença entre um teste hipot e um teste Megger. O teste hipot usa uma carga elétrica de alta voltagem para testar o isolamento elétrico, enquanto o Megger usa uma voltagem determinada para medir a resistência.

Com que frequência a resistência de isolamento deve ser testada?

Todos os anos para motores e geradores críticos, e em cada parada programada para o sistema de distribuição elétrica, o processo de teste é empregado. Como o teste requer desenergização e o processo de descarga, ele pode ser realizado durante paradas planejadas. A melhor prática é criar uma linha de base na instalação e realizar os testes em intervalos regulares com a mesma taxa de voltagem e tempo de cura. O mesmo teste deve ser feito após uma intervenção, se possível.

Referências

• IEEE — IEEE 43: Prática Recomendada para Teste de Resistência de Isolamento de Máquinas Elétricas
• Comissão Eletrotécnica Internacional — IEC 61557-2: Equipamento de Medição de Resistência de Isolamento
• Comissão Eletrotécnica Internacional — IEC 60243: Resistência Elétrica de Materiais Isolantes
• Fluke Corporation — Guia para Teste de Resistência de Isolamento e Tendência de Dados
• Vitrek — Noções Básicas de Teste de Resistência de Isolamento
• Weschler Instruments — Teste de Isolamento: Megômetro ou Testador Hipot
• OSHA — Práticas de Trabalho Relacionadas à Segurança Elétrica, 29 CFR 1910 Subparte S

Conclusão

A importância do teste de resistência de isolamento na manutenção elétrica reside no fato de que é o método econômico para prever falhas potenciais. O processo consiste em aplicar uma determinada tensão DC, aguardar a cessação das correntes de carga e absorção, medir o valor de fuga e fornecer um nível de resistência, desde que não seja usado para avaliação independente, mas principalmente para comparação com o mesmo teste realizado anteriormente no mesmo contexto. A tensão tem classe, portanto, pode ser selecionada entre 250 V, 500 V, 1.000 V ou mais; a leitura é feita aos 60 segundos para um valor instantâneo e aos 10 minutos para um índice de polarização com um fator de correção considerando 40°C; em conformidade com essa abordagem, a tendência deve ser examinada e não apenas o número em si. Com a introdução do método explicado acima, ele pode ser escalado desde um motor de bomba de planta até uma linha de montagem que movimenta todos os interruptores que produz através de um tratamento dielétrico: defina o método, registre as condições e registre os dados ao longo do tempo.