U.T.N. - Facultad Regional Bahía Blanca

Ensayo: Medición de resistencia de aislación con

Meghómetro

Dpto. Ing. Electrica

Materia : Máquinas Eléctricas I

Autor: Ing. di Prátula, Horacio R.

Guia de Trabajos Prácticos

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FUNDAMENTOS: La importancia del análisis sistemático de los valores de la resistencia de aislamiento en bobinados y la aplicación de otras pruebas siempre han dado una garantía al buen funcionamiento de los transformadores de potencia.

OBJETIVOS: Aprender, para aplicar, técnicas de medición de aislación sobre las máquinas eléctricas.

Verificar las Implicancias de una buena medición y del análisis de los resultados. Conocer e interpretar los fenómenos producidos durante los ensayos. Elegir los instrumentos para medir y evaluar los resultados obtenidos con el fin de conocer el verdadero estado de la aislación.

ACTIVIDADES:

1. De Información y Experimentación

Lea y analice el texto adjunto. Realice las experiencias que se explicitan. Tome valores y anote en las tablas dadas. Analice los resultados.

2. De Análisis

Analice los resultados de acuerdo a la lectura previa realizada. Efectúe conclusiones.

3. De conclusiones y Transferencia

Explique las conclusiones efectuadas y haga una apretada síntesis del análisis efectuado.

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MATERIAL A UTILIZAR

El ensayo requiere: Meghómetros:

Instrumento Datos

Sistema Eléctrica a medir:

Máquina eléctrica (transformador) Datos Importantes Varios

Observaciones:

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1. INTRODUCCIÓN TEMÁTICA

Con el objetivo de verificar el buen estado de la aislamiento de un transformador tanto en recepción

como en un seguimiento para el mantenimiento predictivo es recomendable realizar pruebas de tipo eléctrico

con el fin de poder detectar anomalías de funcionamiento. Estas pruebas son:

1.1. Resistencia de Aislamiento

Esta prueba se efectúa acompañada con la medición del Índice de polarización y Coeficiente de

absorción dieléctrica de los devanados y resistencia de aislamiento del núcleo en el caso de transformadores

de potencia, en ningún caso el índice de polarización y el coeficiente de absorción deben ser menores a 1.

Existen tres componentes de corriente cuando se realiza la prueba de aislamiento:

Corriente de Carga: es la primera componente de la corriente y es causada por la geometría del aparato a

ser probado, depende del tamaño del mismo esta corriente disminuye en magnitud con el tiempo.

Corriente de Absorción: es la segunda componente de la corriente y es causada por cambios moleculares

dentro del material del aislamiento, estos cambios hacen que esta corriente esté por largos periodos de

tiempo.

Corrientes de fuga: esta tercera componente aparece y se estabiliza inmediatamente, es el cociente del

voltaje aplicado y la resistencia de aislamiento (ley de Ohm).

Con estas pruebas se busca encontrar el estado del aislamiento del transformador tanto internamente

como externamente ya que esta prueba es sensible a la contaminación de los aisladores y terminales de

conexión.

2. METODOLOGÍA DEL ENSAYO

Condiciones de seguridad antes de efectuar la prueba:

- Desconectar totalmente el transformador

- Sacar la conexión de tierra del neutro si existe.

- En el caso de barras en BT evaluar la alternativa de abrir los interruptores asociados para evitar

desconectar todo las barras.

- Después de cada lectura conecte a tierra el terminal bajo prueba antes de hacer la desconexión.

Resistencia de aislamiento entre AT y Tierra:

Se cortocircuitan los devanados de AT y BT entre si, el devanado de BT se conecta a tierra, se aplica

una tensión DC al devanado de AT (5KV típico o 10 KV para trafos de tensiones superiores a 110 KV), se

registran lecturas de aislamiento durante 10 minutos a intervalos de 1 minuto, durante el primer minuto se

toman lecturas a los 10 segundos y 60 segundos (ver Fig.).

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Transcurrido el tiempo se calculan los coeficientes de polarización (lectura del minuto 10/lectura del

minuto 1 (ver explicación en análisis del práctico), el coeficiente de absorción se determina como lectura de

60 segundos / lectura de 10 segundos ) en ambos casos las lecturas debe ser superiores a 1 para

transformadores de distribución y entre 1.1-1.3 para transformadores de potencia.

Resistencia de aislamiento entre AT y BT:

Se conecta el terminal de alta tensión del megger al lado de AT, el terminal de neutro del megger se

conecta a BT, la cuba del trafo debe estar conectada a tierra. Se procede a realizar las medidas de resistencia

de aislamiento con el coeficiente de polarización y absorción respectivamente igual que en el caso anterior.

Resistencia de aislamiento BT tierra:

Se conecta el devanado de AT a tierra y se aplica tensión al lado de BT, se procede en igual forma que

en los casos anteriores para el cálculo de los coeficientes de polarización y absorción.

Puede efectuarse una medida de Overall o sea todas las bobinas unidas con respecto a tierra.

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2.1. Interpretación de los Resultados

No existe un valor absoluto para la resistencia de aislamiento, sin embargo se puede hacer referencia a

valores históricos típicos para equipos similares.Se toma como un valor mínimo de aislamiento el que

resulta de aplicar la siguiente expresión:

1000100

KVA

KVR

Donde:

R: resistencia en M.

KV: Tensión del transformador en KV

KVA: potencia del transformador en KVA

Algunos megometros vienen acondicionados con cable guarda que sirve para conducir los efectos de

dispersión adyacente y medir la verdadera resistencia de un aislamiento. Se usan con mayor frecuencia en la

medición de resistencias de aislamiento de cables. Cuando la prueba es realizada con el empleo de cable

guarda del megometro los circuitos de conexión son los siguientes:

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Se realizará la medida de la resistencia de aislación de acuerdo a lo expresado en párrafos anteriores.

2.2. PRUEBA DE LOS BUSHINGS.

Una vez desconectado el transformador se deben probar todos los bushings (ver Fig. abajo).

Fig. A Collar Caliente - Simple

Fig. B Medición del Tap-Capacitancia - C1

Fig. C Medición del Tap- Capacitancia - C2

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Para probar los bushings hay que limpiarlos primero, si son de porcelana se deben lavar con agua y

luego secarlos muy bien con papel absorbente o trapos secos. Luego se deben hacer los collares calientes en

2 o 3 campanas. Esta prueba nos va indicar el estado de la porcelana, si esta contaminada o presenta alguna

fractura; el índice de perdida no debe ser mayor a:0,100 vatios- perdidas.

Cuando un bushing en una prueba de collar caliente presenta una perdida mayor a 0.5 vatios-.perdida, se

debe limpiar de nuevo la porcelana; de continuar este índice se debe hacer una prueba de multi-collares para

determinar la causa de este alto índice. También se pueden presentar otras indicaciones cuando se realiza

una prueba de collar caliente en donde el equipo de medición presenta oscilaciones o descargas, esto puede

indicar una fractura de la porcelana.

Hay casos de bushings que tienen una fisura en alguna de las campanas y en la prueba de collar caliente

presenta valores normales, la fisura se debe recubrir con alguna resina tal como el gliptal. La Fig. A.,

muestra el esquema para la prueba de un collar caliente simple.

Cuando los bushings están incorporados al transformador se deben cortocircuitar los devanados en alta

tensión; con esta prueba se determina el estado interno del bushing, es decir para saber si el aislamiento esta

contaminado, tal como el aceite y papel. Si alguna empacadura tiene problemas es seguro que la humedad ha

contaminado la parte interna del bushing, esto trae una variación de los índices del factor de potencia en C1

y C2 (Figs. B y C).

3. ANALISIS DEL PRACTICO

3.1. DESCRIPCIÓN Y USO DEL INSTRUMENTO DE MEDICION: MEGGER

Es un instrumento de medición utilizado para medir resistencias de aislación eléctrica. Provee uno o

varios niveles de tensión de ensayo, que pueden seleccionarse manualmente, cuyos valores son estables

durante el tiempo suficiente para realizar la medición. El valor de la resistencia de aislación medida se lee

directamente de la escala correspondiente. (Para ciertas mediciones puede reemplazarse por voltímetro y

amperímetros adecuados, combinados con una fuente de tensión continua estabilizada). Las lecturas con el

megger deben interpretarse adecuadamente para realmente saber el estado de la resistencia de aislamiento.

Una medición cuyo resultado sea infinito, no indica nada sino se conocen las características del

instrumento y las limitaciones que impone la escala.-

3.1.1. Forma de seleccionar el Instrumento:

a) Megger de 500 [V] : lectura exacta máxima de 100 [M]

b) Megger de 1000 [V]: lectura= de 4 a 2000 [M]

c) Megger de 2500 [V]: lectura= 4 a 10000 [M]

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3.1.2. Elección del tipo de instrumento:

a) Para generadores, convertidores, motores, en BT es satisfactorio el uso del instrumento con

escala hasta 100 [M]

b) Para transformadores, reguladores de induccion, cables se puede recomendar el instrumento

con escala hasta 100 [M] o más.-

Es aconsejable emplear siempre el mismo instrumento en las mediciones sucesivas que se hacen en cada

máquina, cuando hay varios instrumentos en uso.-

3.1.3. Recomendaciones y Análisis de las lecturas

La experiencia demuestra, que todos los transformadores de potencia antes de entrar en servicio, el

factor de potencia debe tener un índice muy por debajo del 1%. Valores mayores al 1% no ofrecen garantía

ó seguridad para el buen funcionamiento del transformador. Cuando un transformador ha sido reparado se

aplica el tratamiento tipo secado, hasta lograr tener un factor de potencia en su aislamiento, menor al 1%.

Se aconseja para realizar pruebas de aislamiento en los transformadores de potencia:

a) El cambiador de tomas manual debe colocarse en la posición No.1, con la finalidad de abarcar toda

la bobina.

b) El regulador automático se debe colocar en un extremo.

Nunca el regulador ó tap-changer se debe dejar en neutro (N), porque según el tipo de transformador,

algún tramo de bobina puede quedar flotante en el momento de la prueba, trayendo como consecuencia que

el factor de potencia de valores negativos.

En la tabla I, se muestran valores de bobina de alta tensión a tierra (CH), bobina de baja tensión a tierra

(CL), bobina de alta tensión a baja tensión (CHL)., de algunos transformadores probados a 10kV.

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FACTOR DE POTENCIA

MARCA AÑO KV KVA CH CL CHL

Toshiba 1.988 69/12,47 15.000 0,21 0,05

7

0,15

Toshiba 1.977 21/4,35 40.000 0,56 0,41 0,26

ABB 1.990 230/13,2 90.000 0,29 0,27 0,19

G.E. 1.953 28,8/4,8 3.000 0,47 0,9 0,2

Icoesa 1.993 28,8/0,48 1.500 0,74

Icoesa 1.991 2,4/0,48 750 0,48 0,35 0,28

Toshiba 1.988 220/69 33.333 0,15 0,19 0,11

Parson 1.962 66/30 37.500 0,6 0,76 0,74

Mitsubishi 1.973 69/12,47 9.375 0,18 0,7 0,23

G.E. 1.985 67/12,47 15.000 0,17 0,1 0,2

Jeumont-Sch 1.971 115/12,47 6.250 0,36 0,57 0,28

Mitsubishi 1.974 67/12,47 9.375 0,13 0,72 0,18

G.E. 1.971 67/8,32 5.000 0,4 0,52 0,34

Toshiba 1.990 67/12,47 15.000 0,2 0,13 0,12

G.E. 1.974 67/12,47 15.000 0,24 0,31 0,22

Toshiba 1.978 67/12,47 15.000 0,24 0,29 0,21

Hitachi 1.970 67/12,47 9.375 0,48 0,96 0,2

G.E. 1.942 31/5,25 6.000 0,62 0,78 0,62

AEG 1.981 67/30 60.000 0,29 0,49 0,28

G.E. 1.974 67/12,47 15.000 0,36 0,15 0,31

Toshiba 1.995 67/12,47 18.000 0,81 0,26 0,2

Toshiba 1.983 67/12,47 15.000 0,18 0,25 0,19

G.E. 1.975 69/12,47 15.000 0,19 0,22 0,13

G.E. 1.974 69/12,47 15.000 0,19 0,24 0,18

Siemens 1.957 66/13,2 6.600 0,46 0,38 0,27

Moholey 1.976 67/12,47 28.800 0,26 0,49 0,69

G.E. 1.964 67/8,3 9.375 0,14 0,21 0,15

Westinghouse 1.973 28,8/4,8 5.000 0,21 0,61 0,14

Asea 1.993 69/13,8 65.000 0,18 0,16 0,13

Hitachi 1.973 69/13,8 22.000 0,22 0,64 0,14

PRUEBA DE AISLAMIENTO, A 10 KV – TRANSFORMADORES DE DOS DEVANADOS

La corriente a través y a lo largo del aislamiento forma parte de una corriente relativamente estable en

las trayectorias de fuga sobre la superficie del aislamiento. La electricidad también fluye a través del

volumen del aislamiento. Realmente, como se muestra en la figura siguiente, nuestra corriente total

comprende tres componentes:

1. Corriente de carga capacitiva - Corriente que tiene un valor inicial alto y declina después de que el

aislamiento se ha cargado a voltaje pleno.

2. Corriente de absorción - También una corriente inicialmente elevada que luego declina.

3. Corriente de conducción o fuga - Una corriente pequeña esencialmente estable a través y sobre el

aislamiento.

Como se muestra en la figura 5, la corriente total es la suma de las tres componentes y es la corriente

que puede medirse directamente por un micro-amperímetro, o en términos de Mohms con un voltaje

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particular por medio de un instrumento MEGGER. Debido a que la corriente total depende del tiempo que

se aplica el voltaje, usted puede ver ahora porqué la ley de Ohm R = E/I sólo se mantiene, teóricamente, para

un tiempo infinito (es decir, usted debe esperar antes de tomar una lectura).

Curvas que muestran las componentes de la corriente medida durante una prueba de aislamiento con CD.

Con buen aislamiento, la corriente de conducción o de fuga debe subir a un valor estable que es

constante para el voltaje aplicado, como se muestra en la figura anterior.

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3.1.4. Prueba de corto tiempo o lectura puntual

En este método, usted conecta simplemente el instrumento MEGGER a través del aislamiento que se va

a probar y lo opera por un periodo corto de tiempo específico (generalmente se recomienda 60 segundos).

Como se muestra esquemáticamente en la figura abajo, usted simplemente toma un punto en una curva de

valores crecientes de resistencia; con frecuencia el valor sería menor para 30 segundos, más para 60

segundos. Tome en cuenta también que la temperatura y la humedad, así como la condición de su

aislamiento afectan su lectura.

Curva típica de resistencia de aislamiento (en megaohms) con tiempo para el método de "corto tiempo"

o "lectura puntual"

Si el aparato que está usted probando tiene una capacitancia muy pequeña, tal como un tramo corto de

conductor, la prueba de lectura puntual es todo lo que se requiere. Sin embargo, la mayoría de los equipos

son capacitivos y así su primera lectura puntual en el equipo de su planta, sin pruebas previas, puede ser

solamente una guía burda de que tan bueno o que tan malo es el aislamiento.

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3.1.5. Prueba de tiempo - resistencia

Este método es casi independiente de la temperatura y con frecuencia puede darle información

concluyente sin registros de las pruebas anteriores. Se basa en el efecto de absorción de buen aislamiento.

Simplemente se toman lecturas sucesivas en tiempos específicos y se anotan las diferencias en lecturas (ver

la figura siguiente). Las pruebas de este método se refieren a veces como pruebas de absorción.

Note que el buen aislamiento muestra un incremento continuo de resistencia (menos corriente - vea la

curva A) en un periodo de tiempo (del orden de 5 a 10 minutos). Esto es ocasionado por la corriente de

absorción de la que hablamos anteriormente; el buen aislamiento se observa en un periodo de tiempo mucho

más largo que el tiempo requerido para cargar la capacitancia del aislamiento.

Si el aislamiento contiene mucha humedad o contaminantes, el efecto de absorción se enmascara por una

corriente de fuga alta que permanece en un valor casi constante, manteniendo baja la lectura de resistencia

(recuerde: R = E/I)

Curvas típicas que muestran el efecto de absorción dieléctrica en una prueba "tiempo - resistencia",

hecha en equipo capacitivo tal como el bobinado de un motor.

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3.1.6. Relación de absorción dieléctrica

La relación de dos lecturas tiempo - resistencia (tal como una lectura de 60 segundos dividida entre una

lectura de 30 segundos) se llama una relación de absorción dieléctrica. Es útil en el registro de información

sobre aislamiento. Si la relación es una lectura de 10 minutos dividida entre una lectura de un minuto, el

valor se llama el índice de polarización. Con instrumentos MEGGER operados manualmente, es mucho más

fácil para usted realizar la prueba solamente para 60 segundos, tomando su primera a 30 segundos. Si usted

cuenta con un MEGGER operado eléctricamente, obtendrá mejores resultados realizando la prueba de 10

minutos, tomando lecturas a 1 minuto y a 10 minutos, para obtener el índice de polarización. La tabla

siguiente da los valores de las relaciones y las condiciones relativas correspondientes del aislamiento que

ellas indican.

Condiciones de aislamiento indicadas por las relaciones de absorción dieléctrica (Estos valores se deben

considerar tentativos y relativos - sujetos a la experiencia con el método tiempo - resistencia en un periodo

de tiempo*.)

En algunos casos, con motores, los valores aproximadamente 20% más altos que los mostrados aquí

indican un bobinado quebradizo seco que fallará en condiciones de choque o durante los arranques. Para

prevenir el mantenimiento, el embobinado del motor debe limpiarse, tratarse y secarse para restaurar las

condiciones de flexibilidad**. Estos valores serían buenos para un conductor de corto tramo***.

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3.1.7. Voltajes de Prueba

RESULTADOS

Nº

Instrumento utilizado

Sistema medido

RA A los 30

segundos

RA Al minuto

RA A los 10

minutos

1 2 3 4 5 N

º Temp.ambiente IP RAD

1 2 3 4 5

CONCLUSIONES