EL AISLAMIENTO DEL EQUIPO ELECTRICO

EL AISLAMIENTO DEL EQUIPO ELÉCTRICO 1. Objetivo 1.1 El aislamiento del equipo eléctrico 1.2 Objeto 2. Magnitudes 2.1 Resistencia de aislamiento 2.2 Rigidez dieléctrica 2.3 Factor de impulso 2.4 Constante dieléctrica 2.5 Pérdidas dieléctricas 3. Medidas 3.1 Medida de la resistencia de aislamiento en transformadores 3.2 Medición y prácticas de la resistencia de aislamientos 3.3 Ejemplos gráficos de conexión 3.4 Valores mínimos de la resistencia de aislamiento 4. El aislamiento con relación a la tensión 4.1 Variaciones dieléctricas debidas a la aplicación de la tensión nominal 4.2 Esfuerzos dieléctricos. Sobretensiones 4.3 Ensayos dieléctricos normalizados

EL AISLAMIENTO DEL EQUIPO ELÉCTRICO 1 Objetivo 1.1 El aislamiento del equipo eléctrico El equipo eléctrico de una instalación deberá estar aislado entre sí y con respecto a tierra. Esta característica de aislamiento no es constante y puede deteriorarse con el paso del tiempo por razones de humedad, por la acción de inclemencias atmosféricas, contaminación, etc.

Por esta razón se hace aconsejable el estudio del aislamiento a lo largo de la vida de los equipos, para poder prevenir su envejecimiento prematuro y sus averías.

1.2 Objeto

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E El ensayo o de aisla amiento tiene t porr objeto ccomproba ar si las máquinass están en ccondicione es de soportar, sin inconven nientes, su u tensión asignada a, es decirr, la tensión e especificad da en su placa de caracterís c sticas.

E El ensayo de aislam miento se divide en: ■ medida de d la resis stencia de e aislamie ento, ■ ensayo de d rigidez z dieléctric ca entre lo os distinto os circuito os y entre e cada uno de ellos sy la a masa de e la máqu uina, ■ ensayo de funcio onamiento o a sobre etensión, es decir, con tenssiones y frecuencias ssuperiores s a lo espe ecificado en la plac ca de cara acterística as.

2 2 2.1

Magnitudes Res sistencia de aislam miento

A Aislante eléctrico es s toda sustancia cuya cond ductividad es tan pe equeña, q que el paso d de la corrie ente a través de ella es prác cticamente e desprecciable. Essta pequeñ ña corrien nte sse llama “d de fuga”.

U Un dieléctrico es “u un medio que tiene e la propie edad de q que la energía requerida pa ara e establecerr en él un n campo eléctrico (solicitacción dielé éctrica) ess recuperrable en su to otalidad o en parte como energía eléc ctrica”.

E El estable ecimiento del camp po o la aplicación a de la te ensión van acompa añados por p ccorrientes de desplazamientto o de carga. c El vacío ess el único o dieléctrico perfec cto son dielé cconocido; los materiales aislantes a éctricos iimperfecto os y cua ando están ssometidos a una ten nsión pres sentan: A

A

Intensidad d de conducció ón

Fig g. 1: Cirrcuito eq quivalentte de un dieléctriico.

■ corriente es de desp plazamien nto, ■ absorción de corriiente, In nstructor: Riccardo Marisccal Chuscano marisca al chuscano@ @hotmail.com m

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■ paso de corriente de conducción.

Es prácticamente imposible fabricar máquinas con aislantes absolutos. Todos son parcialmente conductores. Si se establece una diferencia de potencial constante entre dos electrodos que atraviesan el aislante, o situados sobre cada una de sus caras, se establecen corrientes, (en general muy débiles), que atraviesan y contornean los aislantes, designándose por resistencia total del aislamiento al cociente de la tensión aplicada por la corriente total. Expresándose habitualmente en megaohmios.

El comportamiento de los dieléctricos, cuando están sometidos a una tensión, es similar al circuito AB representado en la figura 1, donde el condensador C determina la corriente de absorción del dieléctrico y la resistencia R la corriente de fuga de conducción. En un dieléctrico perfecto, el valor de R seria infinito.

Los valores de C y R como anteriormente se ha indicado, no son constantes, sino que dependen de la temperatura, la frecuencia y la tensión del dieléctrico.

No es una característica que determine la elección de los aislantes para transformadores, generadores y máquinas eléctricas en general, pero sí nos indica su grado de sequedad (particularmente en el desarrollo de operaciones de mantenimiento tales como tratamientos de secado) y la evolución regresiva de los aislamientos durante la vida útil de la máquina, siendo por ello un factor importante a controlar.

2.2 Rigidez dieléctrica Se define por el máximo gradiente de potencial que puede soportar un aislante sin que se produzca la descarga disruptiva (perforación del dieléctrico).

Si aumentamos progresivamente la tensión alterna aplicada entre electrodos que atraviesa un aislante, o aplicada entre sus caras, observaremos en principio fenómenos luminosos (efluvios, penachos), seguidamente y de repente, una ruptura, es decir, una descarga disruptiva de un electrodo a otro, a través o a lo largo del aislante.

Llamamos “tensión instantánea de ruptura» la que se alcanza elevando la tensión a la velocidad convencional de 2 KV/s.

Se llama “rigidez dieléctrica” en KV/mm al cociente de la tensión instantánea de ruptura, expresada en KV por el espesor o la distancia mínima al campo eléctrico.

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Fig. F 2: a ) Tensió n instan tánea de e ruptura a. b) T ensión de d rupturra “1 min nuto”.

S Se disting gue por “rigidez “ dieléctrica transverssal”, en el caso e en que la a descarga p perfore efe ectivamen nte el aislante y po or “rigidezz dieléctrrica superrficial” en el caso de q que la des scarga con ntornee la as superfic cies (figuras 2 y 3) E En la prác ctica, se ha abla a me enudo de “rigidez d dieléctrica a de un miinuto” de un aislantte.

E Es la magnitud que se determ mina a consecuenccia de doss ensayoss: ■ un ensay yo rápido por eleva ación de la tensión n al límite convencional de 2 KV/s, pa ara a alcanzar la a tensión instantánea de rup ptura, llam mémosla Ui. ■ un ensayo, partie endo de 0,5 0 Ui y aumentan a ndo por saltos de 0,1 Ui, m manteniendo ccada aume ento durante 1 minuto, hasta a obtener la ruptura a.

L La rigidez dieléctrica es una magnitud muy importante en n la técnicca del aislamiento de trransforma adores, ge eneradore es, etc.

D Depende de d varios parámetros: ■ del tiemp po de apllicación de la tensión; la rig gidez dielé éctrica ess tanto má ás pequeña ccuanto má ás larga es s la aplica ación de la a tensión,, ■ de la form ma de onda de la tensión, t ■ de la ho omogeneid dad del campo c elé éctrico, y por conssiguiente,, de la fo orma de los e electrodos s, ■ de la tem mperatura a, ■ de la pre esión (parra gases y líquidos)), ■ de la difu usión (parra aislante es sólidos s).

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Fig.. 3: Varia ación de e la tensiión de ru uptura en n función n del tie mpo.

2 2.3 Facto or de impu ulso L La forma característica de e las so obretensio ones de origen atmosférrico (ondas u unidireccio onales de frente muy escarp pado y co ola relativa amente la arga) ha cconducido oa cconsiderarr una “rigiidez dielé éctrica de choque o de impu ulso” que, según la a naturaleza d del aislantte y según la forma de la onda, o es n netamente más ele evada qu ue la rigidez d dieléctrica de un miinuto. Se ha definid do un facttor de imp pulso que e es el cocciente enttre la a rigidez dieléctrica d a de choque (valor de cresta a) por la rrigidez die eléctrica a frecuenc cia in ndustrial (ensayo de un minuto; m va alor de crresta). Re ecienteme ente se ha definido ta ambién un n valor de e correlac ción, que es e la relacción, no e entre las ttensiones de rupturra, ssino entre las tensio ones mantenidas.

2 2.4 Consttante dieléctrica L La constan nte dieléc ctrica de un aislante e es la relación de la capacid dad del co ondensad dor cconstruido o con es ste aislan nte como o dieléctrrico, a lla que ttendría e este mism mo ccondensad dor siendo o el dieléc ctrico reem mplazado o por el va acío.

2 2.5 Pérdid das dielé éctricas U Un aislante e sometid do a un ca ampo eléc ctrico alterrno da lug gar a pérd didas. Estas pérdidas d dependen de la natturaleza del d aislantte, del cam mpo espe ecífico, de e la tempe eratura y de la a frecuencia. Se la as design na genera almente p por el “án ngulo de pérdidas”, que es el ccompleme ento de la a diferencia de fa ase entre e la tensión senoidal aplica ada a es ste a aislante y la corriente de la misma m frec cuencia que atravie esa el aisllante (figu ura 4).

N No es el valor absoluto de las pérdidas dieléctricas, sino o su estab bilidad, en función del d tiiempo y la a tempera atura lo más importante en la a elección n de los aiislantes.

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A continuación se e exponen de forrma prácctica y ad daptados preferen ntemente a trransforma adores, los ensayos s enuncia ados anterriormente.

Figura F 4: 4 Factorr de pérd didas die eléctricass.

3 Medidas 3 3.1 Medid da de la resistenci r ia de aislamiento en transfformadorres E En un tran nsformador de pottencia, la medida de la ressistencia de aislam miento tiene ccomo fin dar d una úttil informa ación sobrre su esta ado, con o objeto de poner al descubierrto p posibles defectos de aislamiento y de eterminar por medio o de med diciones p periódicas la p probable degenerac d ción del mismo. m E En genera al, la resisttencia de aislamien nto: ■ decrece con: - el aumen nto de tam maño de la máquina, e, - la mayorr longitud del cable a (la resis stencia de e aislamie ento con el transfo ormador frrío - el aumento de temperatura e es mayor que en caliente y asimis smo mayyor que ccuando lo os bobina ados están ssumergido os en aceite).

■ aumenta a con: In nstructor: Riccardo Marisccal Chuscano marisca al chuscano@ @hotmail.com m

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- la mayor tensión de la má áquina com mo conse ecuencia del mayo or grosor d del materrial a aislante. Los valo ores obte enidos so on siemp pre relativvos, debido a qu ue se ven in nfluenciad dos por: - la humed dad, - los deterrioros en los aislanttes, dad.

- la sucied

F Figura 5: Factor de corre ección a 20 o C de e la resisstencia d de aislam miento eciable de d la resistencia d de aislam miento du urante el tiempo de - un aumento apre a aplicación de la ten nsión den nota un buen b esta ado de loss aislante es de devvanados en ccaso de tra ansformad dores, - un aislam miento po obre denotta humedad, sucied dad y/o deterioros,, ondicione E Es funda amental indicar i por p tanto o, las co es de m medición, tanto del d trransforma ador (si está e totalmente de esconecta ado o inccluye parrte del em mbarrado y ccables) así como la de su tem mperatura a, la del am mbiente y humedad relativa.

L Los valore es obtenid dos serán n referenc ciados a 2 20 oC utiliizando el factor de e correcció ón K K, tal que obtengam mos: R 20 oC = Rmed dida . K E El factor K, K para los s transforrmadores en baño de aceite e (temperratura del aceite muy ssimilar a la a de los de evanados s) toma los valores indicadoss en la fig gura 5.

P Para el ca aso de trransforma adores se ecos (temperaturass tomadass en bob binados), se tiiene: In nstructor: Riccardo Marisccal Chuscano marisca al chuscano@ @hotmail.com m

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R

40 oC ~ Rmed dida . K

L La constan nte K toma, en este e caso, los s valores de la figu ura 6.

L La resistencia de aislamient a to es dire ectamente e proporccional al potencial aplicado e in nversame ente propo orcional a la corriente resu ultante y al tiempo o necesario para su e estabilizac ción.

E Esta fórmu ula determ mina: ■ que es necesario o controla ar con el Megger la estabilidad de la corrien nte, o bie en, e efectuar le ecturas a tiempo fijjo, por eje emplo, de espués de e mantene er durante e un minu uto la a tensión aplicada, leyendo a continua ación el vvalor de la a resistenccia de aislamiento, ■ el poten ncial aplic cado se deberá d ellegir con relación a la tenssión nom minal de los d devanados s, según:

L La mayorría de la as grande es máquinas, tien nen adem más de una resistencia de a aislamiento, una ca apacitancia a interna que pued de ser má ás importa ante de lo o que puede p parecer. Cuando C se e aplica un voltaje de c.c. co on un equ uipo adeccuado, el e efecto es el d descargar un conde ensador con c fugas a través de una re esistencia a en serie e, la cual es la a del mismo equip po. La corriente resultante ttiene com mo anterio ormente sse dijo, trres ccomponen ntes: ■ Corriente es de carga c capacitiva. Son de e gran m magnitud y corta a duració ón, d desaparec cen antes de la tom ma de dattos, no afe ectando a la medid da. Depen nden de las ccaracterístticas del dieléctrico d o.

■ Corriente es de abs sorción. Varían V en proporció ón decrecciente con n el tiemp po desde un vvalor inicia al relativa amente altto hasta un u valor ccero. La rrelación rresistencia a/tiempo es u una relación de po otencia pu udiendo ser s repressentada e en un pap pel logaríttmico com mo u una línea recta. Normalmen nte la res sistencia medida en los primeros m minutos del d d desarrollo de una prueba es debida prrincipalme ente a la ccorriente d de absorcción.

■ Corriente es de con nducción.. Fluyen a través del dielécctrico y sson consta antes en el tiiempo de e aplicación de la a tensión n de me edida. A su vez se divide en en dos ccomponen ntes: - Corriente es superfiiciales o de d fuga. Son S send das de corriente qu ue se desslizan por la ssuperficie de los aislamie entos y son co onstantes en el tiempo. Dependen In nstructor: Riccardo Marisccal Chuscano marisca al chuscano@ @hotmail.com m

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p principalmente de la película de hum medad, m mezclada con polvo o y otras sustancias e extrañas depositada d as sobre la l superfic cie del ma aterial.

Fig gura 6. Fa actor de co orrección a 40 °C d de la resisstencia de e aislamie ento.

- Corriente es volumé étricas. Flu uyen por el e interior del cuerp po dieléctrrico y al ig gual que las ccorrientes de fuga, son práctticamente e estacion narias con n el tiemp po. Estas dos últimas ccorrientes predominan una a vez qu ue la co orriente d de absorrción se ha hecho in nsignifican nte.

O Observam mos que la as corrientes de ca arga capa acitiva y la as de abssorción so on variables ccon respe ecto al tie empo, porr lo que la corrien nte total ttambién vvariará de e la mism ma fo orma. Ello o implica que q la res sistencia de d aislamiiento varia ará igualm mente.

E Existen tre es método os de com mprobación de la re esistencia de aislam miento en c.c. que se fu undamenttan en estte concep pto.

3 3.1.1.- Método de un u minuto o C Consiste en e aplica ar un volttaje de prueba al aislamiento mantteniéndolo o constan nte d durante un n minuto. Se toma la resisten ncia de aiislamiento o al final d de este pe eriodo. Si la re esistencia a disminu uye duran nte la ap plicación de la ten nsión, el aislamie ento deno ota p posible hu umedad o contaminación superficial. Si por el contrario la ressistencia de a aislamiento aumentta constan ntemente durante e este perio odo, denota que el aislamien nto e está seco y sus sup perficies están e limpias, sin co ontaminacción.

3 3.1.2.- Método tiem mpo-resis stencia C Cuando se e aplica un u voltaje e de prue eba a un aislamien nto y la intensidad d disminuye la resisttencia ap d durante la a compro obación, aumenta a parente del aislam miento, es ste In nstructor: Riccardo Marisccal Chuscano marisca al chuscano@ @hotmail.com m

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incremento puede ser bastante rápido al principio, pero pueden pasar varios minutos antes de que llegue a un valor constante, particularmente sí el aislamiento está seco.

Por otra parte, si el devanado está húmedo o sucio, la corriente de conducción será alta y la corriente de absorción será comparativamente baja (véase “curva típica tiempo-resistencia”).

Es evidente que la curva tiempo-resistencia puede servir como indicación del estado del aislamiento. No será necesario trazar toda la curva, sino anotar la lectura un minuto después de la aplicación de la tensión de prueba y a los diez minutos posteriores.

A veces, a este método, se le ha dado el nombre de “prueba de absorción dieléctrica” por estar basado en el efecto de la absorción de un buen aislamiento comparado con otro contaminado por suciedad, grasa, etc. tomando el nombre de índice de absorción dieléctrica, la relación de dos lecturas tiempo-resistencia. Es decir, la lectura tomada a los 6 segundos dividida por la lectura tomada a los 30 segundos.

Al término aplicado al índice de absorción dieléctrica como la relación entre la resistencia aparente del aislamiento después de 10 minutos y la resistencia aparente del aislamiento después de un minuto, se le conoce como «índice de polarización» y se define también, como la tendencia que tienen los aislantes a incrementar sus valores durante el tiempo en que se aplica el potencial de prueba.

Es evidente que una curva ascendente corresponde a un índice más alto y una curva plana a un índice bajo.

Las ventajas de este método son: ■ es independiente de la temperatura, ■ es independiente del tamaño del equipo bajo prueba, ■ muestra directamente la condición de aislamiento sin necesidad de referirse a los resultados de pruebas anteriores.

3.1.3.- Método de las dos tensiones Es la aplicación de un voltaje de prueba durante un tiempo conocido, por ejemplo, un minuto, midiéndose la resistencia de aislamiento aparente una vez finalizado este tiempo. Se eleva posteriormente el voltaje hasta un nivel determinado, midiéndose la resistencia de aislamiento al final del mismo.

Si una prueba que se realiza a 500 V y (una vez descargado el equipo en prueba) seguidamente aplicamos una tensión de 2 500 Y observáramos que las lecturas tomadas a 2 500 son inferiores que a 500 V detectará un fallo a la tensión de prueba mayor, siendo necesario investigar las posibles causas.

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Figurra 7: Méto odo de lass dos tenssiones.

E Es cierto que el valor v de la resiste encia de aislamien nto dismin nuye a m medida que a aumenta la l tensión n de prue eba, sin embargo e para devvanados e en buen estado, los vvalores ob btenidos son muy parecidos independientemen nte de la te ensión ap plicada.

E Es suficien nte con un n tiempo para p la prueba de 6 60 segund dos (figurra 7).

3 3.2 Medic ción y prá ácticas de la resis stencia de e aislamientos 3 3.2.1.- Medidor de resistenc cias de aislamientto P Para la medición m de la resistencia de aisla amiento, sse emple ea esencialmente el m megómetro (figura 8).

L Las partes s esenciales de este instrumento de m medida so on: • Gene erador, cu uya misión es prop porcionar una tensión contin nua que sse aplica en lo os elemen ntos a me edir.

• Cuad drante o escala e de el elementto de med dida, dond de van grrabadas las medidas d directamen nte en MΩ Ω (millone es de ohm mios) o en kΩ(miless de ohmio os).

E El cuadro donde se e efectúan n las medidas dispo one de va arias escalas. A las lecturas se le es aplicarrá un facttor de corrrección dependien d nte del va alor de la a tensión que vend drá in ndicada en el selec ctor de ten nsiones.

O Otros cuadrantes son s de do oble esca ala para to odas las tensioness, la esca ala superior p para las medidas m de e mayor valor v de re esistencia a y en la in nferior la d de menorr valor.

Selector de te ensiones y escalas s. Es el elemento q que nos sselecciona a la tensión • d de prueba para aplicar a los elementos objeto d del ensayo o.

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E El selecto or de ten nsiones puede p se eleccionarr el alcan nce de las escalas y ten ner re eflejados los factorres de corrrección de éstas.

Figura 8: Circuito o básico d de un megómetro.

L Los selecttores de escalas, e como c su nombre n in ndica, sele eccionan las distin ntas escalas d de que dis sponen los s aparatos s de medida.

• Born nes de sa alida. Los megóme etros pued den dispo oner de do os o tres bornes, en los cuales c va an marcad das las polaridade p es (–), (+ +) o bien las letra as L - E; si dispo onen del tercer t borrne, vendrrá marcad do por lass letras S o G. E En las dos s primeras s (– , +) o (L - E) es e donde se dispone de la ff.e.m. que e queremos a aplicar y el e borne (S S o G), de enominado “guarda a”, evita q que las co orrientes ssuperficiales a afecten a la medida a de aislamiento. El E borne d de guarda tiene la m misma po olaridad que la a línea (– ó L).

3 3.2.2.- Medida de lo os aislam mientos C Con la me edida de aislamiento podre emos determinar e en primerr lugar ell estado de cconservac ción de la as máquin nas y com mponente es eléctriccos de una instala ación, y en ssegundo lugar nos indica cu uándo deb bemos ap plicar las técnicas de secad do a dichos e elementos s. Por ello es importtante tene er en cuen nta los sig guientes a aspectos: 1.- La me edición de e la resis stencia de d aislam miento se realiza n normalme ente con el m megómetro obteniéndose los s resultado os en mile es de ohm mios o me egaohmioss.

2 2.- Antes de cada prueba a de aislamiento, se deb berán rea alizar las siguientes o operacione es con el megómettro: • cone ectando el megóme etro con lo os cabless de prueb ba cortociircuitadoss comprob bar que la indicac ción en la escala se ea cero (0 0), ato marca a infinito (∞) con los cables • compruébese igualmente que el apara cone ectados y a circuito o abierto (ffigura 9).

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3 3.- Estas medicione m es realizadas perió ódicamentte nos pe ermiten dissponer de e historiales e evolutivos del esta ado de conservac c ción de los comp ponentes dieléctriccos de una m máquina o circuito eléctrico. e 4 4.- La prue eba de la a resistenc cia de ais slamiento no es de estructiva y es muyy apropiada a antes de la a puesta en e marcha a de máquinas e in nstalacion nes.

5 5.- Las lec cturas de resistenc cia de aislamiento n no sólo so on cuantitativas sin no a su vez sson relativ vas y com mparativas s viéndos se totalme ente influ uenciadas por la te emperaturra, h humedad, suciedad d y deterio oros.

E Es por ta anto nece esario cua ando se efectúe una med dición, lim mpiar los elementos a aislantes, quitar la humedad d si fuera a necesarrio y sobrre todo an notar la ttemperatu ura a ambiente y la hume edad relativa, también la tem mperatura de la má áquina si sse disponen d de medios s.

6 6.- Se de eberá delimitar la zona de e ensayo o con ba arreras, ccintas y sseñales de a advertenciia.

7 7.- Se deb berán pon ner a tierrra los ele ementos o objeto de ensayo, antes y d después de re ealizar cu ualquier prrueba de medición de aislam miento.

D Debido a las caractterísticas de los cirrcuitos y e equipo elé éctrico a ccomproba ar, (bobina as, ccables, co ondensado ores, etc.) las med diciones sse efectúa an con co orriente ccontinua, ya q que con co orriente alterna las lecturas inducirían i n a erroress, debido a que la ccorriente de ccirculación n estaría limitada,, por la resistenccia del a aislante y por lass corrientes in nductivas y capacittivas gene eradas.

Figura 9: Compro obaciones del megó ómetro. O Operacione es previass a la medida con m megómetro o.

T También existen e dos d errore es muy comunes c en la m medición d de la ressistencia de a aislamiento, que de eberemos tener en cuenta pa ara poderrlos evitar: or se prod duce cuan ndo no se e espera que la aguja del instrumen nto El prrimer erro • depende p permanezc ca estacio onaria. El tiempo necesario n erá del tam maño, pottencia de la m máquina y de la abs sorción dieléctrica de d la corrriente de a aislamientto (figura a 10, “A”).

• El se egundo error se su uele produ ucir debid do a la grran variacción de la resistenc cia ccon la tem mperatura.. Por lo ta anto será necesario o indicar lla temperratura de medida con e exactitud razonable r e (figura 10, 1 “B”).

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D Dada la im mportancia a de este aspecto, se acepta a como re egla generral, que el valor de la re esistencia a de ais slamiento aumenta a o disminuye el doble en n cada variación de te emperatura de ± 10 ºC el em mpleo de esta regla es orien ntativo, no o pudiénd dose aplic car e específicamente a cada c máq quina.

3 3.2.3.- Aplicación del d métod do tiempo o resistencia E Este méto odo está basado b en n el hecho o de que el aislam miento en buenas ccondicione es, re elativame ente seco y libre de humedad, muesstra con la aplicación de la tensión de p prueba, un n aumento o en su re esistencia de aislam miento.

E Este méto odo se fun ndamenta a en el fe enómeno de absorrción (figu ura 11). P Por lo tan nto d deducimos s que si existe un n aumentto aprecia able de la resiste encia de aislamien nto d durante el tiempo de aplic cación de e la prueba, el aiislamiento o estará en buenas ccondicione es.

L La aplicac ción prácttica de este método, consiiste en d determinarr la relacción de dos le ecturas de d resiste encia de aislamien nto hecha as a inte ervalos d de tiempo o diferentes d durante la misma prrueba. Las condicio ones del a aislamientto en funcción de la relación de a absorción las podem mos ver en e la siguie ente tabla a:

d las dos tensiones. “A”: currva de un dieléctricco satisfacctorio. “B”: Fig. 11: Método de que reve va de un dieléctrico d ela contam minación o humeda ad. Curva típica curv tiempo/resiste encia.

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Figura 10: Curva “A”: Aisllamiento/ttemperatu ura. Curva a “B”: Aisslamiento o/potencia.

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Cuando las lecturas de los aislamientos se toman a 30 s y 60 s se denomina a esta modalidad, método de tiempo corto (se aplica a máquinas de pequeña potencia).

La relación de absorción está determinada por el cociente que resulta de dividir la lectura tomada a 60 s y a 30 s.

La relación a 10 min y 1 min se conoce como índice de polarización (se aplica a máquinas de gran potencia). El índice de polarización puede ser una guía muy útil del estado de sequedad y limpieza de devanados. Además proporciona una útil indicación para ver si el transformador se encuentra en condiciones de ser sometido a un “test dieléctrico” (ver “rigidez dieléctrica”).

3.2.4.- Aplicación del método de las dos tensiones Este método, también basado en el fenómeno de absorción, suele aplicarse para determinar la presencia de humedad dentro de las partes activas.

Para la correcta aplicación de este método se tendrá en cuenta: 1.- La relación entre las tensiones elegidas para la prueba se aconseja que sea de 1 a 4, por ejemplo: 500 V la tensión más pequeña y 2 500 V la tensión más elevada.

2.- La resistencia de aislamiento se prueba a base de lecturas de tiempo corto, para una mejor precisión, durante 60 seg para cada tensión.

3.- Se efectuarán las pruebas empezando por la tensión mas pequeña, en el ejemplo anterior 500 V y después se aplicará el potencial mayor 2 500 V. 4.- Si obtenemos un valor más bajo de resistencia de aislamiento con la tensión de prueba más elevada (2500 V) será indicio, normalmente, de presencia de humedad.

5.- Experimentalmente se ha comprobado que cambios del 25% en la resistencia de aislamiento, respetando la relación 1 a 4 en las tensiones de prueba, se debe a la presencia de cantidades excesivas de humedad.

3.2.5.- Medición del devanado de BT contra AT, sin el borne de guarda Con la medición de la resistencia de aislamiento sin el borne de guarda, determinaremos en realidad, la resistencia global del transformador, siendo la resultante RA la suma de dos resistencias en paralelo, una R, la propia de los devanados (caso de la medida del devanado de AT respecto al de BT) entre si y otra R2, de fuga superficial (figura 12).

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Figura 12: Medida M BT T contra A AT sin borrne de gua arda.

O Observam mos que la a resisten ncia RA, es inferio or a R1, que es la resistencia de los d devanados s.

3 3.2.6.- Medición co on borne de guard da P Para evita ar, en las pruebas de aislam miento, qu ue las co orrientes d de fuga ssuperficiales in ncidan en las medic ciones, uttilizaremo os el borne e de guarrda del me egómetro..

C Con el borrne de guarda cons seguiremo os elimina ar la resisstencia de e fuga sup perficial R al re etornar all aparato de medid da la corriiente de ffuga I2, re estándole e ésta a la a intensidad d de conduc cción Ic, de d esta forrma obten nemos la resistencia de aisla amiento e exclusiva de lo os devana ados (figu ura 13).

E Es evidente que es s deseable que las dos me ediciones, con y ssin borne de guard da, ssean coincidentes, lo cual nos n indica aría que dicho tra ansformad dor carecce de fugas ssuperficiales.

E Es interesante reco ordar, que e a la horra de eva aluar una medición de aislam miento, hay q que tener muy presente la hu umedad re elativa exxistente en n el mome ento de la a prueba, ya q que cuanto mayor sea ésta, mayores s serán la as fugas ssuperficiales, siend do por tan nto m menor la resistencia r a de aislamiento ob btenida en n la moda alidad sin borne de guarda, sin s e embargo, el aislamiento obte enido en la modalidad con borne de e guarda, no se ve erá in nfluenciad do por estta causa.

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D Debido a esta circ cunstancia a, es con nveniente e efectuar las pru uebas con n borne de g guarda, con c objeto de po oder conttrastar va alores co on otras medidass obtenidas a anteriorme ente y pod der elaborrar un histtorial de a aislamienttos fiable y lógico.

Figu ura 13: Medida M BT T contra A AT con borrne de guarda.

E Ejemplos gráficos de conex xión C Conexión de megó ómetros en funció ón del ellemento de la insstalación eléctrica a ccomprobar: E Ejemplo “A” “ • Com mprobación n de un ca able de potencia: A Aislamiento de un cconductorr respecto oa tiierra, prottegido de las corrientes supe erficiales d de los dem más cond ductores (ffigura 14).

Com mprobación n de un ca able de potencia: A Aislamiento de un cconductorr respecto oa • lo os demás y tierra, protegiend p do de las corrientes superficciales (figura 15).

Figura 14.

Figu ura 15.

E Ejemplo “B” “ • Com mprobación n de bornes, botella as, termin nales, passamuros, etc. (figura 16).

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Figura 1 16.

E Ejemplo “C” “ • Com mprobación n de trans sformador de poten ncia: Aisla amiento d del primarrio respec cto a al secunda ario, prote egiendo a masa con ntra corrie entes sup perficiales (figuras 17 y 18).

Figura 17: Pru ueba de AT A contra BT protegido a tierra.

Figura 18: P Prueba de AT contrra tierra prrotegido e en BT.

Medida del aislamiento a o del dev vanado p primario re especto a tierra, p protegiendo • ccontra corrientes su uperficiale es en deva anado seccundario ((figura 19 9).

• o del deva anado seccundario respecto a tierra, p protegiendo Medida del aislamiento e en devana ado primario contra corriente es superficciales.

Figu ura 19: Prrueba de BT contra a tierra pro otegido en AT. In nstructor: Riccardo Marisccal Chuscano marisca al chuscano@ @hotmail.com m

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E Ejemplo «D» « • Com mprobación n de disy yuntores: Medida d de la resistencia d de aislamiiento de un p polo respe ecto a tierrra (con disyuntor ce errado) (ffigura 20)).

• Medición de la a resisten ncia de aislamiento o entre cá ámaras (ccon disyun ntor abiertto) (ffigura 21).

F Figura 20: Medida de aislam miento de Figura 2 21: Medid da de aisslamiento de p polos conttra masa. cámarass.

V Valores mínimos m de d la resis stencia de d aislamiento N Niveles de e aislamiento D Dentro de e los criterios de e aceptac ción, se recomien nda como regla práctica la p posibilidad d de cons siderar co omo válid dos aque ellos aisla amientos cuya ressistencia en m megaohmiios supere e el valor dado porr la fórmula: siendo o: R = resistencia de aislam miento en MΩ, orrección por temp peratura, rreferido a K = factor de co 20 °C, E = ten nsión de sservicio e en V, P = po otencia de e la máquina en kV VA. D Desde mu uy antigu uo se ac cepta de una form ma poco científica a, que e el valor del d a aislamiento mínimo para la te ensión de e 1 kV ha de ser de e 1 MΩ y, aplicado a tensiones 1 MΩ m más elevadas, se dice que ha de ser: . kV + 1.

E El CEI (Co omité Elec ctrotécnico o Internac cional) da a la siguie ente fórmu ula para e el cálculo de la a resistencia mínim ma de aisla amiento: In nstructor: Riccardo Marisccal Chuscano marisca al chuscano@ @hotmail.com m

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siendo: R = resisstencia de e aislamie ento en M MΩ, E = tenssión de la máquina en V, P = pote encia nom minal de la máquin na en kVA. S Si la tensió ón E es in nferior a 1 000 V, la a resisten ncia de aisslamiento deberá sser de 1 MΩ M y no se ten ndrá en cu uenta la fó órmula an nterior.

E Experimen ntalmente se aceptan los va alores míínimos, exxpresados en MΩ, siguientes e en función n de la ten nsión nom minal y la te emperatu ura:

P Para máquinas rottativas, la a resistencia mínim ma de se eguridad rrecomend dada por la A AIEE (Instituto Am mericano de Ingen nieros Elé éctricos y Electrón nicos) pa ara equipos e eléctricos a la temp peratura de 75 °C nos n da la ssiguiente fórmula. Ésta tiene e por obje eto sservir de guía g y no se s debe to omar com mo regla p precisa: siendo: R1 R = resistencia de e aislamie ento mínim mo en MΩ Ω, medida a co on corrien nte continu ua a 500 V durante e 1 minuto o, E = tensión n nominal de la máquina en V kV VA = pote encia nom minal de la a máquina a, S = constante de ve elocidad del devana ado, para:: KS = consttante depe endiente d de la classe de aisla amiento: 1 para clase B 0,1 para clase A f = constan nte de la te emperatu ura del devvanado:

E El aislamiiento con n relación n a la tens sión

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Según las recomendaciones de la CEI, los valores normalizados de las tensiones nominales en MT, expresados en kV, son los siguientes: Vn: 3 - 6 - 10 - 15 - 20 - 30 - 45 kV. A cada escalón de tensión de esta serie se le hace corresponder un valor de tensión máxima Vm que puede darse en condiciones de servicio normales.

Estos valores normalizados por CEI son los siguientes: Vm: 3,6 - 7,2 - 12 - 17,5 - 24 - 36 - 52 kV. En una red normal, la máxima tensión no debe sobrepasar los valores máximos de Vm indicados. Estos valores son esencialmente para el dimensionado del material y, sobre todo, para su aislamiento.

El escalonamiento de tensiones para redes trifásicas de baja tensión, es el siguiente: 127/220 V (127 V entre fase y neutro; 220 V entre fases), 220/380 V (220 V entre fase y neutro: 380 V entre fases), 600 V (entre fases) Debiendo mantenerse la tensión de servicio entre el ± 10 % de los valores nominales anteriormente citados. Variaciones dieléctricas debidas a la aplicación de la tensión nominal.

Variaciones dieléctricas debidas a la aplicación de la tensión nominal En todo momento, el aislamiento de un material eléctrico deberá resistir las variaciones dieléctricas que resulten de la aplicación de la tensión asignada.

Estas variaciones conducen, en caso de insuficiente aislamiento, a la perforación brusca del mismo, a recebados del arco en su superficie, o a la destrucción lenta y progresiva del aislamiento por efecto térmico.

La alteración sufrida por un dieléctrico depende de la tensión aplicada y del tiempo de mantenimiento de la misma.

Esfuerzos dieléctricos. Sobretensiones Los esfuerzos dieléctricos a los que suele estar sometido el aislamiento de los equipos eléctricos pueden ser de origen externo o interno.

4.2.1.- Sobretensiones externas Tienen su origen en descargas atmosféricas, con una velocidad de propagación próxima a la velocidad de la luz (300 000 km/s). Estas descargas se manifiestan normalmente en forma de ondas de frente escarpado, alcanzando su valor máximo en el corto espacio de tiempo de 1 ms y disminuyendo al valor cero en unos 100 ms.

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Se ha fijado en 1,2/50 µs la onda de prueba para realizar ensayos dieléctricos con impulsos de tensión, según normas UNE y CEI, referentes a ensayos en instalaciones de AT (figura 22).

Las sobretensiones de origen externo pueden ser de los siguientes tipos: o descarga directa sobre la línea; son las más peligrosas, o descargas entre nubes próximas a líneas (descarga inducida), o descarga entre líneas y tierra (descarga indirecta), o efecto pantalla en edificaciones (descarga reflejada).

4.2.2.- Sobretensiones internas Tienen su origen en las variaciones de carga de la red, maniobras de desconexión de interruptores, fallos a tierra, puestas en servicio de líneas aéreas o subterráneas, desconexión de transformadores en vacío, etc.

A continuación se resumen las principales características de las sobretensiones internas, según su origen: • Sobretensiones de maniobra: Las principales sobretensiones de maniobra se deben a la apertura de interruptores, fusión de fusibles y desconexión de transformadores que trabajan en vacío.

Sobretensiones de puesta a tierra: Se consideran únicamente las que forman parte de fenómenos transitorios producidos durante la puesta a tierra e interrupción de la misma. Los arcos producidos son muy perjudiciales y las sobretensiones originadas por ellos pueden alcanzar valores de 3.1 veces la tensión nominal entre fases, pudiendo disminuir a 1.3 cuando el neutro está rígidamente unido a tierra.

Ensayos dieléctricos normalizados En la práctica industrial sobre transformadores, su aislamiento se ha previsto desde antiguo, para poder soportar, durante un minuto, dos veces la tensión nominal a la frecuencia industrial.

Esta regla, a pesar de su origen empírico, ha resultado satisfactoria en su empleo y no ha sufrido más que ligeras modificaciones (para las muy bajas y muy altas tensiones). Corresponde al ensayo dieléctrico llamado de «tensión aplicada».

Consiste en poner sucesivamente cada devanado a un potencial uniforme de frecuencia industrial estando los otros devanados unidos entre ellos y a masa, así como una tierra. Este ensayo dura un minuto (figura 23).

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Figurra 22: Forrma de la onda 1,2//50 µs.

Sob bretension nes a la fre ecuencia de servicio • S Son las originadas o s en las centrales s eléctrica as a con nsecuenciia de dissminuciones b bruscas de e carga en e la red que q alime entan, al p permaneccer consta ante la exxcitación del d a alternador, motivand do el emb balamiento o de la turbina.

• Sobrretensione es de pue esta en servicio s de e líneas L La puesta a en servvicio de una líínea, aére ea o sub bterránea origina una u onda a estacionaria de corta du uración que n normalmente se am mortigua a lo largo de d la red.

Fig gura 23: Equipo E portátil para a ensayo d de tensión n aplicada a hasta 75 5 kV. S Sin embarrgo este ensayo e no o comprue eba más q que el aisslamiento entre devvanados de u una parte y entre devanado d os y tierra a por otra a; el aisla amiento e entre espiiras y enttre b bobinas no n se com mprueba. Para elllo es neccesario in nducir (allimentand do por ba aja te ensión, po or ejemplo o) una ten nsión doble de la te ensión no ominal, qu ue aparece erá a la vez e entre espirras, entre bobinas y entre fa ases.

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P Para no sobrepas sar la in nducción normal en el n núcleo magnético, se ope era ccorrientem mente con frecuencia aumentada (dob ble o triple e de la frecuencia in ndustrial)..

E Este ensayo se llam ma «de te ensión ind ducida». S Se observva que co omprueba igualmen nte e el aislamie ento respe ecto a tierrra.

P Pero las sobretensiones de origen o atm mosférico de frente e muy esccarpado tienen com mo ccaracterísttica el rep partirse muy m desig gualmente e en los d devanados. Pudien ndo por ello e o ocasionar entre espiras y entre e bobiinas esfuerzos mu uy superio ores a do os veces el vvalor nomiinal. É Éste es el e motivo de establecerse en fábricca el enssayo llam mado «de e ondas de cchoque» que q tiene por obje eto el reprroducir po or descarrga de co ondensadores, sob bre te ensiones análogas s a las pro ovocadas en explo otación po or los rayo os y, en p particular, la o onda de ch hoque normalizada a 1/50 µs. Este enssayo tamb bién comp prueba el aislamien nto re especto a tierra. Los en nsayos dieléctrico d s correspondiente es a cada tensión n normalizad da están dados d en la tabla de d la figurra 24.

N Niveles de e aislamiento (Sis stema Europeo VD DE O111/IIEC 71-1)) A Acabamos s de exam minar los ensayos dieléctriccos que ccomprueb ban la ap ptitud de un a aislamiento para so oportar las s sobreten nsiones, p pero la exxperiencia a ha demo ostrado que la a simple aplicación a n permane ente de la a tensión de serviccio, puede e producir en ciertas ccircunstancias, averías. Se trata gene eralmente de defecctos locale es de evo olución len nta y debidos s a la prresencia de d efluvio os. Los aislantes cerámico os suelen n ser poco ssensibles en estos casos, pero los aislantes o orgánicos pueden ser progrresivamen nte d destruidos s por carrbonizació ón. Están desarrolllándose estudios para llevvar a cabo m métodos de d medida a de ioniza ación en los aislanttes.

F Figura 24: Niveles de aislam miento.

B BIBLIOGR RAFIA P Publicación Técnica a Schneid der Electric c PT-060 / p. 22, E Edición: Mayo-2001

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