¿Qué hay de nuevo en la norma para pruebas de
resistencia de aislamiento IEEE 43?
Por Tom Bishop, P.E.
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA
Nota del Editor: Un PDF de este artículo se encuentra disponible en inglés
y en español en www.easa.com en la
"Biblioteca de Recursos."
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.
Índice de Polarización
Un cambio importante realizado
en el apartado 5.4, titulado “ Valores
de índice de polarización” afecta a las
La norma para realizar las pruebas
pruebas de los bobinados en alambre
de resistencia de aislamiento en los
redondo. El texto en concreto ahora
devanados de motores y generadores
establece: “Esta prueba podría no
del Instituto de Ingenieros Eléctricos
aplicar a pequeñas máquinas con boy Electrónicos (IEEE), publicada en el
binados en alambre redondo ya que la
corriente de absorción IA
Tabla 1. Factores de corrección por temperatura para
se vuelve insignificante
sistemas de aislamiento termoestables.
en cuestión de segundos
(vea un debate adicional
en el Anexo A).” En el
Temperatura °C (°F)
Kt
Anexo A, la norma acepta
que para los devanados
10 (50)
0.66
de alambre redondo, “el
valor de la corriente de
15 (59)
0.71
absorción puede decaer
20 (68)
0.76
aproximándose a cero
en 2 ó 3 minutos”, este
25 (77)
0.82
tiempo dista mucho de los
30 (86)
0.88
10 minutos de duración
prescritos en la prueba
35 (95)
0.94
de índice de polarización
(IP). En la edición previa
40 (104)
1.00
de la norma, éste apartado
45 (113)
1.24
se centraba en los bobinados de pletina y no
50 (122)
1.52
trataba específicamente
55 (131)
1.86
el tema de los bobinados
de alambre redondo. La
60 (140)
2.25
n n n n n
Electrical Apparatus Service Association, Inc. • Copyright © 2015 •
“
El primer cambio en el
nuevo documento, consiste
en una pequeña modificación del título, el cual
pasó de ser “Práctica Rec o m e n d a d a I E E E p a ra
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.
”
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
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1
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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 as-
Tabla 2. Megohmios a diferentes temperaturas versus 100 megohimios a 40° C.
Termoestable
Termoplástico
Temperatura
Kt
Megohmios
Kt
Megohmios
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0.66
0.71
0.76
0.82
0.88
0.94
1.00
1.24
1.52
1.86
2.25
152
141
132
122
114
106
100
81
66
54
44
0.125
0.177
0.250
0.354
0.500
0.707
1.000
1.414
2.000
2.828
4.000
800
566
400
283
200
141
100
71
50
35
25
fálticos 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
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Tabla 3. Valores mínimos de resistencia de aislamiento a 40 °C para distintos devanados. Las diferencias de los
valores para las armaduras se resaltan en color azul.
Resistencia de aislamiento Tipo de máquina [Edición 2013]
mínima (megohmios)
IR1 min = kV + 1
Para la mayoría de los bobinados
fabricados antes de 1970, todos los bobinados de campo y otros no descritos
abajo.
IR1 min = 100
Para la mayoría de los bobinados de C.A.
fabricados después de 1970 (en pletina).
IR1 min = 5
Tipo de máquina [Edición 2000]
Para la mayoría de los bobinados
fabricados antes de 1970, todos los bobinados de campo y otros no descritos
abajo.
Para la mayoría de las armaduras de
C.C. y los bobinados de C.A. fabricados
después de 1970 (en pletina).
Para la mayoría de las maquinas con es- Para la mayoría de las maquinas con estatores bobinados con alambre redondo tatores bobinados con alambre redondo
y en pletina con tensiones nominales por y en pletina con tensiones nominales
debajo de 1 kV y las armaduras de C.C. por debajo de 1 kV.
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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:
Kt= exp [-1245 {(1/(T+273) - (1/313)}]
(Ecuación 1)
Fórmula para temperaturas que
van desde los 40° C hasta menos de
85° C:
Kt= 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 ante-
riores, 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
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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. n
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