Tom Bishop, P.E.
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA

La norma para realizar las pruebas de resistencia de aislamiento en los devanados de motores y generadores del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), publicada en el 2002 ha sido revisada. La edición del 2013 fue publicada en Marzo del 2014. 

El primer cambio en el nuevo documento, consiste en una pequeña modificación del título, el cual pasó de ser “Práctica Recomendada IEEE para Probar la Resistencia de Aislamiento de las Máquinas Rotativas” a “Práctica Recomendada para Probar la Resistencia de Aislamiento de las Máquinas Eléctricas”. La justificación para este cambio fue emplear los términos más frecuentemente utilizados por la IEEE en motores y generadores. Este artículo describe los cambios más importantes realizados en los apartados de la norma que afectan las reparaciones y las pruebas en los centros de servicio.

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Índice de Polarización
Un cambio importante realizado en el apartado 5.4, titulado “ Valores de índice de polarización” afecta a las pruebas de los bobinados en alambre redondo. El texto en concreto ahora establece: “Esta prueba podría no aplicar a pequeñas máquinas con bobinados en alambre redondo ya que la corriente de absorción IA se vuelve insignificante en cuestión de segundos (vea un debate adicional en el Anexo A).” En el Anexo A, la norma acepta que para los devanados de alambre redondo, “el valor de la corriente de absorción puede decaer aproximándose a cero en 2 ó 3 minutos”, este tiempo dista mucho de los 10 minutos de duración prescritos en la prueba de índice de polarización (IP). En la edición previa de la norma, éste apartado se centraba en los bobinados de pletina y no trataba específicamente el tema de los bobinados de alambre redondo. La importancia de este cambio radica en que se clarifica que en muchos, si no la mayoría de los casos, la prueba de IP no es aplicable a bobinados de alambre redondo. Por consiguiente no aportará información útil y podrá crear confusión entre el usuario final y los que realizan la prueba. Por lo que hacerla sería básicamente una pérdida de tiempo.

Con relación al IP de los devanados de armadura de las máquinas de C.C., un texto del apartado 12.2.1 establece lo siguiente: “La prueba de índice de polarización no aplica a armaduras de C.C. con colectores de cobre expuestos, esto significa obligatoriamente con aislamiento no encapsulado”. Por consiguiente, la prueba de IP no aplica a las armaduras convencionales.

Nota: Para los bobinados con sistemas de aislamiento clase B (130° C) o superiores, el valor mínimo del IP sigue siendo 2.0. De igual forma, la regla de los 5000 megohmios no cambia. Esto significa que no es necesario realizar pruebas de IP a bobinados con resistencias de aislamiento de 5000 megohmios o superiores.

Corrección por Temperatura
Durante más de medio siglo, las características de la resistencia de aislamiento (IR) versus la temperatura establecidas en la IEEE 43, han seguido la regla simple que el valor de la IR se dobla cada que la temperatura del bobinado baja 10° C, y a la inversa, que el valor de la IR se reduce a la mitad cuando la temperatura del bobinado aumenta 10° C. No obstante, el apartado 6.3 de esta nueva edición, proporciona dos factores de corrección por temperatura, uno de los cuales utiliza dos fórmulas distintas de corrección. Ahora, los bobinados se diferencian entre “termoplásticos” o “termoestables”. Los devanados con aislamientos termoplásticos son aquellos fabricados con sistemas asfálticos y otros sistemas de aislamiento que fueron usados antes de principios de 1960. Los bobinados con aislamientos termoestables aparecieron a finales de 1960 e incluyen sistemas basados en polyester y materiales epóxicos.

Desafortunadamente, la regla previa de los “10 grados” aplica a bobinados termoplásticos, que son devanados relativamente raros ya que se remontan a más de 5 décadas. La “regla” para los sistemas de aislamiento termoestables, los cuales son mucho más comunes, se expresa mediante dos fórmulas ligeramente complicadas. Una fórmula cubre las temperaturas del aislamiento que van desde los 10° C hasta  menos de 40° C, y la otra cubre las temperaturas del aislamiento que van desde los 40° C hasta menos de 85° C. Las fórmulas se muestran a continuación.

Fórmula para temperaturas que van desde los 10° C hasta menos de 40° C:
K_t=  exp [-1245 {(1/(T+273) - (1/313)}]
(Ecuación 1)

Fórmula para temperaturas que van desde los 40° C hasta menos de 85° C:
K_t=  exp [-4230 {(1/(T+273) - (1/313)}]
(Ecuación 2)

Donde:
T = Es la temperatura (en grados C) a la que fue medida la resistencia de aislamiento.
Kt = Es el factor por el que se debe multiplicar T para poder corregir la resistencia de aislamiento a 40° C.

La Tabla 1 muestra la variación del factor Kt para un rango de temperaturas. Determinar el valor de Kt utilizando la tabla en lugar de calcularlo con fórmulas, es más rápido y facilita el proceso.

Note que la Tabla 1 tiene un rango de temperaturas comprendidas entre los 10° C y los 60° C, mientras que el rango especificado por la fórmula va desde los 10° C hasta temperaturas inferiores a los 85° C. La IEEE 43 explica esta aparente inconsistencia mediante una nota que se lee de la siguiente forma: “Las dos ecuaciones 1 y 2 anteriores, son aproximaciones y podrían llevar a cometer errores significativos si se utilizan para calcular la resistencia de aislamiento a temperaturas que se encuentren fuera del rango comprendido entre los 10º C y los 60º C.”

Para ilustrar el efecto del factor de corrección por temperatura utilizando la nueva norma versus la versión previa, tenemos el siguiente ejemplo: La resistencia de aislamiento de un bobinado es de 160 megohmios a 20° C (68° F) y la temperatura de referencia para la resistencia de aislamiento es de 40° C (104° F). Utilizando el método antiguo, tendríamos que rebajar a la mitad el valor de la IR para obtener su valor a una temperatura que se encuentre 10° C por arriba. En nuestro ejemplo, tendríamos que hacer esto dos veces, rebajando a la mitad el valor medido a los 20° C y rebajando a la mitad el valor obtenido a los 30° C y así calcular la resistencia de aislamiento corregida a la temperatura de referencia de 40° C.

Matemáticamente estamos multiplicando por ½ y por ½, o lo que es lo mismo, multiplicando el valor de IR medido a 20° C por ¼. Lo anterior permite corregir el valor de la resistencia de aislamiento a 40° C. Por tanto, la resistencia de aislamiento de 160 megohmios a 20° C corregida a 40° es de 40 megohmios (160/4).

A continuación, convertiremos la medida utilizando la nueva norma. De la Tabla 1, tenemos que para una temperatura de 20° C, el factor de conversión es 0.76. Al multiplicar la resistencia de aislamiento de 160 megohmios por 0.76, obtenemos un valor de 122 megohmios. Por consiguiente la resistencia de aislamiento a 40° C es de 122 megohmios. Note que este valor es mucho más alto que el calculado con el método antiguo. La Tabla 2 muestra la diferencia entre los dos métodos, tomando como base una resistencia de aislamiento de 100 megohmios a 40° C.

Para obtener mayores detalles sobre la corrección por temperatura, consulte el artículo publicado en julio de 2013 en la revista Currents de EASA, titulado “Revisiting insulation resistance temperature correction.”

Resistencia de aislamiento mínima
El apartado 12.3 incluye una tabla titulada “Valores mínimos recomendados para la resistencia de aislamiento a 40° C (todos los valores en MΩ).” El cambio más importante realizado en esta tabla es, que el valor mínimo de la resistencia de aislamiento para las armaduras pasó de 100 megohmios a 5 megohmios. La razón para realizar este cambio fue la de reconocer que independientemente del tipo de bobinado, las barras de cobre expuestas de los colectores tienen un efecto limitador sobre la resistencia de aislamiento. En la Tabla 3 se puede apreciar una comparación de los valores de los mínimos valores de resistencia de aislamiento establecidos por la IEEE 43-2013 y la IEEE 43-2000 para distintos bobinados. Note que los niveles de resistencia de aislamiento mínimos listados en la primera columna son los mismos para ambas ediciones de la norma. Además, los cambios relacionados con las armaduras se resaltan en color azul.

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