MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE LOS AISLAMIENTOS (MEGGER) CONTENIDO 1. OBJETO 2. GENERALIDADES 2.1. FACTORES QUE AFECTAN LA MEDIDA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO 2.2. PRUEBA DE CORTO TIEMPO O PUNTUAL 2.3. METODO TIEMPO - RESISTENCIA 2.4. RELACIÓN DE ABSORCIÓN DIELÉCTRICA 3. MEDIDA DE RESISTENCIA EN TRANSFORMADORES 3.1. CONEXIÓN DEL TRANSFORMADOR 3.2. MEDIDA DE RESITENCIA DE AISLAMIENTO ENTRE ALTA TENSIÓN Y BAJA TENSIÓN 3.3. MEDIDA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO ENTRE ALTA TENSIÓN Y TIERRA 4. DIAGRAMA VECTORIAL DEL TRANSFORMADOR BAJO PRUEBAS 1.
OBJETO
Este instructivo tiene por objeto establecer el procedimiento para la ejecución de la medida de la resistencia de aislamiento de los transformadores que se prueben para verificar el estado de los aislamientos tanto sólidos como líquidos. NOTA: este documento es, en su mayoría, una traducción del texto “A STITCH IN TIME”...”Manual on Electrical Insulation Testing for the Practical Man, using Megger Test Instruments. 2ª Edición, 1978. James G. Biddle Co 2.
GENERALIDADES
2.1 FACTORES AISLAMIENTO:
QUE
AFECTAN
LA
MEDIDA
DE
RESISTENCIA
DE
Se debe recordar que la medida de resistencia (de aislamiento) puede ser V determinada por el voltaje aplicado y la corriente resultante, ⎛⎜ R = ⎞⎟ . Hay un número ⎝
I⎠
de factores que afectan la corriente, incluyendo temperatura del aislamiento y humedad como es bien sabido. Ahora vamos a considerar la naturaleza de las corrientes a través del aislamiento y el efecto del voltaje aplicado. INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO mariscalchuscanohotmail.com
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La corriente a través y a lo largo del aislamiento está compuesta en parte por una corriente relativamente estable por los caminos de fuga sobre la superficie del aislamiento. Eléctricamente, también fluye a través del volumen (cuerpo) del aislamiento. Realmente la corriente total está formada por tres componentes, como se muestra en la figura 1: 2.1.1
CORRIENTE DE CARGA CAPACITIVA.
Corriente que arranca muy alta y cae después de que el aislamiento ha sido cargado al voltaje total. (En la misma forma como fluye el agua en el jardín cuando Ud. da la primera vuelta a la llave de la manguera). 2.1.2 CORRIENTE DE ABSORCIÓN. También es una corriente, inicialmente alta, pero luego cae (por razones discutidas más adelante en el método Tiempo - Resistencia). 2.1.3 CORRIENTE DE CONDUCCIÓN O DE FUGA. Una corriente pequeña esencialmente estable que fluye a través y sobre el aislamiento. Como se muestra en la figura 1, la corriente es la suma de las tres componentes y es la corriente que puede ser medida por un microamperímetro, o en término de megaohmios a un voltaje particular por medio de un MEGGER (ohmímetro). Debido a que la corriente total depende del tiempo durante el cual es aplicado el voltaje, Ud. V podrá ver ahora por que la Ley de Ohm ⎛⎜ R = ⎞⎟ solamente se cumple, teóricamente, ⎝
I⎠
en un tiempo infinito (que es el tiempo que debe esperar antes de tomar la lectura de resistencia). En la práctica, como verá en los métodos de prueba descritos más adelante, usted lee un valor, que es la resistencia aparente, este valor es usado para diagnosticar disturbios en los aislamientos, que es lo que se está buscando. Nótese también, en la figura 1, que la corriente de carga desaparece tan rápido como el equipo bajo prueba es cargado. Unidades grandes que presentan grandes capacitancias demorarán más tiempo para ser cargadas. Esta corriente también es la energía almacenada inicialmente; debe ser descargada después de la prueba, cortocircuitando y aterrizando el aislamiento. SIEMPRE SE DEBE TOMAR ESTA MEDIDA DE SEGURIDAD.
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Figura 1 Se puede observar de la figura 1 que la corriente de absorción decrece a una rata relativamente baja, dependiendo de la naturaleza exacta del aislamiento. Esta energía almacenada, también debe ser removida al final de la prueba y requiere de un tiempo más largo que la corriente de carga de la capacitancia; alrededor de cuatro veces el tiempo durante el cual fue aplicado el voltaje. Con un buen aislamiento las corrientes, de conducción o de fuga, aumentarán hasta un valor estable que es constante para el voltaje aplicado, como se muestra en la figura 1. Cualquier incremento de la corriente de fuga con el tiempo es un indicativo de disturbios o contaminantes como se discutirá en las pruebas descritas en los párrafos siguientes. Con un conocimiento de como se afecta el significado de la lectura en los instrumentos de medida, empezamos considerando tres métodos comunes de prueba: (1) de corto tiempo o medida puntual. (2) Tiempo - Resistencia. (3) Absorción dieléctrica; y (4) por pasos o pruebas multivoltaje. 2.2
PRUEBA DE CORTO TIEMPO O PUNTUAL
En este método, simplemente se conecta el instrumento de medida a través del aislamiento que se va a probar y se opera por un período de tiempo corto (usualmente es recomendado un período de 60 segundos). Como se muestra esquemáticamente en la figura 2, solamente se toma un punto de la curva de incremento de la resistencia, donde el valor será menor para 30 segundos y mayor INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO mariscalchuscanohotmail.com
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p para 60 se egundos. Se debe e tener en n cuenta q que la tem mperatura a y la hum medad, así a ccomo las condicione c es del aislamiento afectan la a medida.
figura 2 L La primera a medida de aislam miento hec cha en pla anta sin n ninguna m medida pre evia, pued de sser solamente una guía vas sta de qu ué tan bu ueno o m malo está el aislam miento. Por m muchos años los profesiona p ales del mantenim m iento han n venido usando la a regla del m megaohmiio para establece er el me enor límitte admisible para a la resisstencia de d a aislamiento. L La regla establecid e da es: L La resiste encia de aislamiento pued de ser ap proximadamente u un megaohmio po or c cada 100 00 voltios s de vo oltaje de operaciión, con un valor mínim mo de un u m megaohm mio. P Por ejemp plo, un motor m con un voltajje nomina al de 240 00 voltioss, deberá tener un na re esistencia a mínima de aislam miento de 2.4 MΩ. En la prá áctica, las lecturas en MΩ so on cconsiderab blemente superiore es a este valor mín nimo, en equipos nuevos o cuando el a aislamiento está en buenas condicione c es. T Tomando medidas periódica amente y registrándolas se tendrán mejores b bases para ju uzgar el estado de d los ais slamientos s. Una p persistente e inclinacción de la a curva es e u usualmentte un avis so del av vance de deterioro o del aislamiento, aunque los valore es ssean mayo ores que los sugeriidos como o mínimoss de segu uridad. Assí mismo, cuando la as le ecturas pe eriódicas son consistentes, es e señal d de que lo os aislamie entos está án en bue en e estado, au unque los valores sean meno ores que los mínim mos recom mendadoss. 2 2.3
MÉT TODO TIE EMPO - RESISTEN NCIA:
E Este método es tota almente in ndependie ente de la a tempera atura y pu uede dar informació ón cconcluyente sin acu udir a regiistros o pruebas an nteriores. Él es bassado en e el efecto de d a absorción de un buen aiislamiento o compa arado con n aislam mientos húmedos o IN NSTRUCTOR: RICARDO MA ARISCAL CHU USCANO mariscalchu uscanohotma ail.com
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ccontamina ados. Simp plemente se toman n sucesiva as lectura as en tiem mpos espe ecificados sy re egistra las diferenc cias en la as lectura as (ver fig gura 3). L Las prueb bas hecha as por este m método, allgunas ve eces son llamadas pruebas d de absorcción.
Fiigura 3. Curvas C típiicas mosttrando el e efecto de absorción n dieléctriica en n una prueba “Tiem mpo resisttencia”, re ealizada e en un motor eléctricco. N Nótese qu ue un buen aislam miento mu uestra un n increme ento contiinuo en e el valor de d re esistencia a (menor corriente. c ver curva a A), sobre e un perío odo de tie empo (del orden de 5 a 10 minutos). Esto o es caus sado por la corrientte de abssorción de e la que yya se hab bló a anteriorme ente; un buen b aisla amiento muestra m esste efecto o de carga a durante e un tiemp po m mucho má ás prolon ngado que e el tiem mpo reque erido para a cargar la capaccitancia del d a aislamiento o. S Si el aislamiento co ontiene mucha m hum medad o contamina e absorció ón antes, el efecto de de fuga la cual m e es mostra ado por una u alta corriente c muestra u un valor claramente cconstante,, al tiempo o que la le ectura de resistenccia es baja a. (recuerd de: R =
V ) I
E Esta prueb ba es valio osa porqu ue es inde ependientte de la cllase de eq quipo. El incremento e en la resis stencia po or limpiez za y secad do del aisslamiento o ocurre d de la mism ma manera a así el equipo sea grrande o pe equeño. D Desde lue ego, se pueden co omparar muchos m trransforma adores, m motores o equipos y e establecerr estándarres para nuevas n un nidades, rregistrando sus pottencias no ominales. resistencia-tiemp N NOTA: al efec ctuar medida m po, se debe observa ar c cuidadosa amente el e comportamiento o del equ uipo. Una a fluctuac ción pron nunciada y c constante e del indicador de el valor le eído (agujja en aná álogos. V Valor en p pantalla en e lo os digitales) es in ndicativo de un aiislamientto con prroblemas s de conttaminació ón p por hume edad o ag gentes co ontaminantes com mo el polv vo o parttículas ex xtrañas en e e el aislamiento (en el aceite en caso de transfformadorres inmerrsos en é él). IN NSTRUCTOR: RICARDO MA ARISCAL CHU USCANO mariscalchu uscanohotma ail.com
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2.4. RELACION DE ABSORCION DIELECTRICA La relación de dos medidas de “Resistencia - Tiempo” (tales como la medida a 60 segundos dividida por la medida tomada a 30 segundos) es llamada “Relación de Absorción Dieléctrica”, ella es usada para el registro de información del aislamiento. Si la relación es la medida tomada a los 10 minutos dividida por la medida tomada al minuto, el valor es llamado INDICE DE POLARIZACION. Con un Megger manual es más fácil para el usuario efectuar la medida solamente a 60 segundos, tomando la primera medida a 30 segundos. Si se dispone de un Megger alimentado por la red o electrónico, mejorará sus resultados efectuando la prueba a 10 minutos, tomando medidas a 1 y 10 minutos obtendrá el “Indice de Polarización”. La tabla 1 muestra valores de relaciones y la correspondiente condición del aislamiento de acuerdo a cada valor. Tabla 1- Condición del aislamiento indicada por las Relaciones de Absorción Dieléctrica* Condición del aislamiento En mal estado peligroso Cuestionable Bueno Excelente
Relación 60/30 segundos o 1.0 a 1.25 1.4 a 1.6 Superior a 1.6**
Relación 10/1 minuto (Indice de Polarización) menor que 1 1.0 a 2.0 2a4 Superior a 4**
* Estos valores deben considerarse relativos y tentativos (de referencia), sujetos a la experiencia con el método Tiempo-Resistencia sobre un período de tiempo. ** En algunos casos, con motores, valores aproximadamente un 20% mayores a los mostrados aquí, indican un devanado seco-quebradizo el cual puede fallar bajo condiciones de choque o durante el arranque. Para mantenimiento preventivo el devanado del motor debe ser limpiado, tratado y secado para restablecer la flexibilidad del devanado.
3.
MEDIDA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO EN TRANSFORMADORES
Esta prueba es normalizada en IEEE std C57.12.90 - 1993, numeral 10.11 en cuanto al procedimiento pero no establece valores típicos. Por lo tanto, los criterios de aceptación y rechazo se tomarán de acuerdo a las experiencias desarrolladas por el usuario de la misma. Como se mencionó en el apartado anterior, con esta prueba se tratará de establecer el estado de los aislamientos del transformador en cuanto a secado y posibles contaminaciones por elementos extraños tales como polvo o partículas polares libres en el aceite (en los casos de transformadores inmersos en este). A continuación se describen los pasos a seguir para la ejecución de la prueba, así: INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO mariscalchuscanohotmail.com
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5 5.1
CON NEXION DEL D TRAN NSFORMADOR.
S Se deben cortocircu uitar las salidas s de alta tenssión entre sí y las d de baja tensión entre e a tierra,, como se ssí. El tanqu ue debe conectars c e muestra en la figu ura 4. CONEX XIÓN DE TRANSF FORMADO ORES PA ARA LA M MEDIDA DE RESISTEN R NCIA DE A AISLAMIE ENTO
Figura 4: Conexió ón de trans sformado ores mono ofásicos y trifásicoss 3 3.2. MED DIDA DE RESISTEN R NCIA DE AISLAMIE A ENTO ENT TRE ALTA A TENSIÓ ÓN Y BAJ JA T TENSIÓN U Una vez preparado el transfo ormador se e procede erá a cone ectar los terminaless del equip po d de prueba a este, entre e el de evanado de d AT y el de BT, m mientras e el tanque permanec ce a aterrizado. D De acuerdo a las instruccione es de man nejo del e equipo, se e procederrá a aplica ar el mism mo n nivel de tensión de eclarado por el fa abricante en el pro otocolo d de prueba as, dejand do e estabilizar la aguja hasta h que e haya transcurrido un minuto o, tiempo después del cual se s to omará la lectura l qu ue indique e el Megge er. Esta le ectura se compararrá contra e el protoco olo d de pruebas s suministtrado por el fabricante. Es im mportante anotar qu ue se debe e consignar la a tempera atura amb biente a la cual se e tomó la a lectura, la cual debe serr igual a la te emperaturra de los devanados d s bajo pru ueba. E En caso de d que la a tempera atura de los devan nados sea diferente a la te emperatura a ambiente, la resiste encia med dida se debe d referrir a 20ºC C, tomand do como ffactores de d cconversión n, los cons signados en la tablla Nº 1.
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ºC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15.6 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Factor de corrección • 0.25 0.258 0.2579 0.3095 0.3306 • 0.36 0.3796 0.4067 0.4358 0.4670 • 0.5 0.5361 0.5745 0.6156 0.6596 0.7067 • 0.74 0.7573 0.8114 0.8694 0.9316 • 1.0 1.059 1.1461 1.2280 1.3158 • 1.40 1.5107 1.6187 1.7345 1.8585 • 1.98 2.1337 2.2863 2.4498 2.6249 • 2.80 3.0137 3.2292
ºC 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75
Factor de corrección 3.4601 3.7007 • 3.95 4.2566 4.5610 4.9871 5.2365 • 5.60 6.0121 6.4420 6.9025 7.3961 • 7.85 8.4916 9.0987 9.7492 10.4463 • 11.20 11.9935 12.8511 13.7699 14.7544 • 15.85 16.9397 18.1509 19.4487 20.8392 • 22.40 23.9258 25.6364 27.4694 29.4335 • 31.75 33.7929 36.2090 38.7979 41.5720 • 44.70
TABLA Nº 1: Factores de corrección de resistencia del aislamiento para referirla a 20ºC (transformadores inmersos en aceite)1. 1
Tomado de “A STITCH IN TIME”...”Manual on Electrical Insulation Testing for the Practical Man, using Megger Test Instruments. 2ª Edición, 1978. James G. Biddle Co.
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3 3.3 MED DIDA DE RESISTE ENCIA DE AISLA AMIENTO ENTRE ALTA TENSIÓN Y T TIERRA P Para esta medida se s proced derá en la a misma fforma del caso an nterior. La as puntas o te erminales s de prueb ba del equ uipo se co onectarán entre el d devanado o de ALTA A TENSIO ON y el TANQ QUE del tra ansformador el cua al, en este e caso serrá nuestra a tierra. S Se debe aplicar una a tensión igual a la declarada a en proto ocolo. L La medida a se toma ará despu ués de tra anscurrido o un minu uto desde e la energ gización. El re esultado obtenido se compa arará con ntra el pro otocolo de e pruebass del tran nsformado or, e en la casillla corresp pondiente. 3 3.4 MEDID DA DE RESISTENCIA DE AIS SLAMIENT TO ENTRE E BAJA T TENSIÓN Y TIERRA A. L Las conex xiones de e los term minales de el transformador sserán las mismas de los do os ccasos ante eriores (fig gura 4). S Se conecttarán los terminale es del equipo de p prueba en ntre el de evanado d de BT y el ta anque, el cual debe erá estar aterrizado o. S Se energiza aplica ando una tensión igual a la declarrada por el fabricante en el p protocolo, y se tom ma la lec ctura desp pués de ttranscurriido un minuto. Co omo en lo os ccasos ante eriores, el valor obttenido, se e compara ará contra a el protoccolo de pru uebas. E En el caso o de trans sformadorres desen ncubados (chequeo o de seca ado), la tie erra será el n núcleo del mismo. S Se debe anotar que q los resultados r s obtenid dos en e esta prue eba, defin nirán si el trransforma ador se so omete o no n a la pru ueba de ttensión ap plicada y por ende al resto de d p pruebas de e rutina. 4 4.
ESQ QUEMA DE EL COMPO ORTAMIE ENTO DEL L TRANSF FORMADO OR BAJO O PRUEBA A.
Figura 5: Rela ación Vectorial d del transform mador baj ajo prueba a.
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Como se observa en la figura 5, bajo estas condiciones de prueba, el transformador, en todos los casos descritos, se comporta como un condensador. Por lo tanto no hay diferencias de potencial entre los terminales de los devanados. Las corrientes que circulan durante la ejecución de la prueba, son corrientes capacitivas entre los devanados y de estos a tierra. Se debe aclarar que en casos especiales o para efectos de establecer los valores mínimos aceptables para considerar que el estado de los aislamientos de un transformador es el adecuado, se debe emplear el método RESISTENCIA - TIEMPO para obtener la relación de absorción dieléctrica y el índice de polarización. Este método demanda lecturas de resistencia a 30 segundos, 60 segundos y 10 minutos como se describe en los apartados anteriores. Se recomienda efectuar todas las lecturas desde los 30 segundos y después minuto a minuto para obtener la tendencia de la curva de resistencia de aislamiento, la cual muestra en forma clara y contundente el estado real de los aislamientos, además de proporcionar los índices mencionados, los cuales son la mejor herramienta para la toma de decisiones con respecto a un proceso de secado o ante la posibilidad de proceder a una prueba que puede ser destructiva como la de TENSION APLICADA. Es de anotar que durante la toma de lecturas en la prueba resistencia-tiempo, la aguja o indicador del equipo de medida no debe presentar fluctuaciones severas ya que esto es indicativo de dificultades en el aislamiento. La tendencia debe ser siempre creciente. Como nota importante se debe tener en cuenta que la medida de resistencia de aislamiento no es ni debe ser empleada como indicativo de distancias eléctricas. La medida de resistencia de aislamiento solamente detecta problemas por distancias cuando son tan críticas que al aplicar la tensión de prueba se produce la ruptura. (generalmente cuando la distancia es tan pequeña que se produce un corto circuito. NOTA IMPORTANTE: Bajo ninguna condición se debe efectuar esta prueba cuando el transformador está bajo condiciones de vacío (en los casos de secado dentro del tanque).
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