Medición resistencia de aislamiento en motores eléctricos

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Son diversas las aplicaciones en las que se encuentran motores eléctricos de bombas centrífugas operando en condiciones adversas..

Aplicación a las bombas centrífugas

Por: Ing. Johnny Garita Gomez

Son diversas las aplicaciones en las que se encuentran motores eléctricos de bombas centrífugas operando en condiciones adversas. Ya sea por ambientes húmedos, altas temperaturas, poca ventilación, efectos de onda reflejada en cableado de alimentación, contaminantes en el aire o por contaminantes inherentes del proceso del cual forman parte. Todas estas condiciones tienen un impacto en el desempeño y la vida útil del aislamiento eléctrico del motor.

En motores eléctricos

Los materiales aislantes son aquellos que restringen el paso de la corriente eléctrica, proporcionando seguridad operativa para usuarios (personas) y los equipos mismos. Principalmente se encuentran en el estator, sección estática donde se alimenta eléctricamente los bobinados (arrollamientos de cable) y se desarrolla el campo magnético rotativo de la máquina. En la tabla 1, se listan los tipos de materiales aislantes más comunes, cuyas funciones principales son las de aislar (separar) las bobinas de diferentes fases entre sí, aislar las bobinas del la carcasa (aislamiento a tierra), aislar las láminas del núcleo magnético, facilitar la transferencia de calor y proveer soporte mecánico al bobinado.

despiece básico de motor
despiece básico de motor

La evaluación de la integridad

Del aislamiento eléctrico, es una práctica común dentro de las labores de mantenimiento electromecánico, como una medida preventiva y predictiva. Para dicha evaluación se han normado varios tipos de pruebas como lo son: medición puntual de aislamiento (IR), índice de polarización (PI), polarización – despolarización (PDC), descarga dieléctrica (DD), Capacitancia ( c ); tangente delta  (tan δ), Impulso (Surge), Alto potencial (Hi-Pot) y descargas parciales (PD). Para efecto de este documento se ahondará más en la medición puntual de aislamiento (IR), índice de polarización (PI) y su variante índice de absorción dieléctrica (DAR).

Esto pues, son pruebas que se pueden realizar de forma sencilla, con un entrenamiento moderado y con un equipo accesible para la mayoría de los departamentos de mantenimiento.

Básicamente las pruebas de IR, PI y DAR, son pruebas no destructivas en corriente directa (DC) en las que un instrumento de medición de aislamiento comúnmente conocido como “Megger” (marca registrada para este tipo de equipos) inyecta un voltaje DC entre una fase del  motor y la carcasa de este o entre fases distintas.

El principio de medición consiste en

Que a un voltaje DC conocido, se establezca una corriente medible y por ley de Ohm se obtenga un valor de resistencia,  considerando así los efectos que la humedad, contaminantes e imperfecciones en el  aislamiento proporcionan una mayor o menor resistencia al paso de corriente. Esta resistencia de aislamiento, desde el punto de vista de carga eléctrica, es particular en este tipo de materiales en los cuales prevalecen 2 tipos de cargas: cargas libres (electrones que se desplazan dando paso a una corriente eléctrica, y cargas asociadas (dipolos, cargas positivas y negativas que giran sobre su eje por efecto de orientación con cargas eléctricas externas. 

La norma IEEE 43-2013

(antecedida por la IEEE 43-2000) establece cómo realizar las pruebas IR, PI y DAR y la interpretación de los resultados. En la sección teórica de la norma, se  indica que al aplicar un voltaje DC en polarización inversa (positivo del instrumento a la carcasa del motor y negativo a la bobina en prueba, por efecto de electroendosmosis) se establecen 4 tipos de corrientes. Ver figura 2.:

Corriente capacitiva:

Es la corriente que fluye por el efecto capacitivo del campo eléctrico que se genera entre el cableado del bobinado (actuando como placas del capacitor) y el aislante (actuando como dieléctrico). Esta corriente decrece en el primer minuto de la prueba.

Corriente conductiva:

Es la corriente que fluye por el medio aislante debido a imperfecciones en este ya que no existe un material aislante perfecto. Esta corriente para aislantes nuevos y en buen estado, es casi cero.

Corriente de fuga:

Es la corriente que fluye por los contaminantes del material aislante (humedad, polvo, grasa, etc.) Esta corriente permanece constante en el tiempo.

Corriente de absorción:

Corriente asociada a los dipolos y su orientación en el material aislante. Cuando se establece un campo eléctrico las cargas positivas y negativas de las moléculas del material tenderán alinearse en función de su carga contraria.

Corriente total:

Es la suma de todos los efectos descritos anteriormente. En los primeros minutos de la prueba presenta un decrecimiento exponencial y luego se estabiliza a un valor constante. Si el aislamiento está en buen estado, esta corriente decrece rápidamente y cual si fuera un efecto “espejo” la resistencia del aislamiento tiene de crecer exponencialmente y presentar un comportamiento asintótico o lineal tras varios minutos de ejecutada la prueba.

Tipos de corrientes resultantes
Tipos de corrientes resultantes

Prueba de medición puntual de resistencia de aislamiento (IR)

Según la normativa IEEE 43-2013, es una prueba que se realiza con polarización inversa inyectando un voltaje de corriente directa entre la carcasa del motor y cualquiera de sus fases o entre diferentes fases. El tiempo mínimo de ejecución para esta prueba es de 1 minuto, tiempo suficiente para obtener una adecuada polarización en el material aislante.

Al realizar esta prueba se tiene que tener claro conocimiento de cuál es la distribución correcta de las bobinas para un motor de 6,9 y 12 terminales en el caso de un motor trifásico y cuáles son las bombinas auxiliar y principal para el caso de un motor monofásico.

Durante la prueba

Además la norma sugiere retirar cualquier placa puente en los bornes de conexión (para configuraciones estrellas – delta), cableado de alimentación, capacitor de arranque, y jamás realizar esta prueba cuando un motor esté vinculado a un variador de frecuencia (VDF) pues la corriente DC podría dañar la sección de potencia del VDF. Otra sugerencia es conectar a tierra (misma que el equipo de medición)  las punta de las bobinas que no estén vinculadas al proceso de medición en ese momento.

En la tabla 2. Se indican los valores de voltaje a aplicar según el tipo de alimentación del motor y en la tabla 3 se indican cuál es mínimo valor de resistencia de aislamiento esperable.

Tabl 2

De la tabla anterior se debe notar que los valores referidos están a una temperatura de 40 °C, para temperatura distintas a esta se deberá hacer una corrección según se indica en la ecuación:

Donde:

Rc = Resistencia al aislamiento corregida (MΩ)

KT = factor de corrección por temperatura 

RT = Resistencia de aislamiento medido a la temperatura T. (MΩ)

T = temperatura de ejecución de la prueba (°C)

Según lo indicado en la tabla 3, el valor mínimo de resistencia de aislamiento para la mayoría de los motores es 5 MΩ entre fases y tierra y entre fases, pero en la práctica se recomienda como valor de alerta valores por debajo de los 100 MΩ. 

El verdadero valor de una medición

Puntual de aislamiento no s