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UNIDAD IV
Ensayos en Corriente Continua
Objetivos:
Conocer los principios y aplicaciones de las pruebas en CC .
• Cual es el modelo dieléctrico del aislamiento
• Como se polariza un aislamiento al aplicar tensión continua
• Qué parámetros de aislación pueden determinarse con estas pruebas
• En que consisten las pruebas de tensión aplicada y salto de tensión en CC
• Como de mide la resistencia ohmica de devanados en motores,
generadores y transformadores.
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LECCIÓN 8
Principios Básicos
Modelo dieléctrico
Respuesta del dieléctrico a un escalón de cc
Polarización del aislamiento
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Modelo dieléctrico para ensayo en
corriente continua
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Al aplicar la fuente de tensión cerrando S1, la corriente a través del volumen
aislante se puede subdividir en:
 Una componente capacitiva de muy corta duración, resultante de la
capacidad geométrica del bobinado.
 Una componente denominada de absorción, que depende de la cantidad de
impurezas al interior del dieléctrico y decae en el tiempo hasta hacerse nula.
Es predominante en los primeros minutos del ensayo.
 Una componente de conducción que parte de cero y llega a un valor casi
constante, motivada por los electrones libres que existen en el dieléctrico. Es
predominante una vez extinguida la corriente de absorción, e incluye a la
corriente de dispersión, la cual depende de la contaminación externa o
humedad del bobinado.
Lo anterior se observa gráficamente en la siguiente lámina.
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Respuesta de un dieléctrico
a un escalón en cc
+Q
Area=A
-Q
Area=A
d
C 
0 A
d
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Una vez que se retira la fuente de tensión y se descarga el circuito capacitivo
cerrando S2, se produce una corriente de descarga constituida por:
 Una componente de descarga de la capacidad del bobinado, que decae
casi instantáneamente dependiendo de la resistencia de descarga.
 Una componente denominada de reabsorción, que decae desde un alto
valor inicial hasta casi cero, tal como lo hace la corriente de absorción durante
el periodo de carga.
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Polarización
•
La carga almacenada en el dieléctrico
es redistribuida por el campo
eléctrico.
•
Los dipolos se reorientan forzados por
el campo eléctrico.
•
Las superficies de fuga aportan a las
corrientes de conducción.
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Indice de Polarización
Se define el IP como la relación entre las corrientes de carga medidas
al cabo de 1 minuto y de 10 minutos de aplicar el escalón de tensión.
Dado que a los 10 minutos la corriente de absorción es despreciable,
el IP puede expresarse como:
IP = I conducción + I absorción = 1 + I absorción
I conducción
I conducción
La gran ventaja de este parámetro es que no depende de las
características geométricas y estructurales del bobinado, lo cual
permite comparar valores y establecer criterios aplicables a cualquier
máquina eléctrica.
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LECCIÓN 9
Aplicaciones
Ensayo de Polarización
Parámetros de aislación
Resistencia de aislación
Tensión aplicada o Hi-Pot en cc
Ensayo de salto de tensión
Resistencia ohmica
Resistencia de devanados en transformadores
Resistencia de aislación en transformadores
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Ensayo de polarización
Objetivo:
El ensayo se aplica para obtener una medida del nivel de
contaminación y de humedad existente en el aislante.
Recomendaciones:
• La temperatura existente en la aislación al momento de
ejecutar la prueba debe ser mayor a la temperatura de
condensación del agua (dew point o punto de rocío).
•El estator debe estar descargado, debiendo haber estado
conectado a tierra, previo a la realización de la prueba, por un
período suficientemente largo.
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Ensayo de polarización
Descripción:
El ensayo consiste en la aplicación de un escalón de voltaje continuo al
estator. Este puede ser aplicado en forma independiente sobre cada
fase o de manera simultánea sobre estas.
La magnitud varía entre los 500 V y los 5 kV. Se debe medir la
resistencia de aislación en función del tiempo, siendo importante los
valores presentes a los 30 segundos, al minuto y a los 10 minutos de
aplicado el voltaje.
Para la realización de la prueba se deben registrar la temperatura
ambiental, la temperatura de los enrollados, la humedad relativa y la
capacidad geométrica fase-tierra en micro Faradios.
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Parámetros de Aislación
- Indice de polarización (I.P.) :
Corresponde a la razón entre la resistencia de aislación
obtenida a los diez minutos y la obtenida al minuto de
iniciado el test.
- Factor de absorción dieléctrica (F.A.D.) :
Corresponde a la razón entre la resistencia de aislación
obtenida al minuto y a los 30 segundos de iniciado el test.
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Parámetros de Aislación
- Resistencia de aislación (Rc) :
Corresponde a la resistencia observada al minuto de
iniciado el test, siendo referida a 40 ° C. Se expresa en
Mohm.
Rc = Kt * Rt
R c = Resistemcia de aislación [Mohm]
K t = factor de corrección R t = Resistencia obtenida [Mohm]
- Constante de tiempo (C.T.) :
Requiere de la medición previa de la capacitancia geométrica
(µF). Corresponde al producto de este valor con la resistencia
de aislación (Rc). Se expresa en segundos.
C.T. = C * R c
C.T. = Constante de tiempo [seg]
C = capacitancia geométrica [µF]
R c = Resistencia de
aislación [Mohm]
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Parámetros de Aislación
Índice de Polarización (IP) =
Factor de Absorción (FAD) =
Resistencia de Aislación (Rc) =
Constante de Tiempo (CT) =
R10 M
R1 M
R1 M
R30 s
Kt * Rt
(Mohm)
C * Rc (seg)
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Criterio de interpretación
IP
I.P.< 1
I.P. < 1,5
1,5 < = I.P. < 2
2 < = I.P. < 3
3 < =I.P. < 4
4 < = I.P.
C.T.
2000 a 10000 Seg.
100 a 1000 Seg.
1 a 30 Seg.
F.A.D.
F.A.D < 1,1
1,1 < = F.A.D < 1,25
1, 25 < = F.A.D < 1,4
1, 4 < = F.A.D < 1,6
1,6 < = F.A.D
CLASIFICACIÓN
Peligroso
Cuestionable
Aceptable
Bueno
Muy Bueno
Excelente
ESTADO
Excelente
Medio
Mal Estado
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Valores de referencia para máquinas
rotatorias
según Norma IEEE 43
Clase aislación
A
B
F
Indice de
polarización
< 1,5
< 2,0
< 2,0
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Curvas típicas de IP
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Resistencia de aislación
Corresponde a la resistencia observada al minuto de iniciado
el test, siendo referida a 40 ° C. Se expresa en MOhm.
RA = Kt * Rt
K t = factor de corrección
R t = Resistencia obtenida [MOhm]
Kt corresponde al factor de corrección de la resistencia, el cual
se introduce ya que esta varía de manera inversa con la
temperatura. De manera alternativa, se puede aproximar el
resultado, aplicando el criterio que indica que la resistencia se
duplica por cada 10 ° C de disminución de la temperatura.
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Valores umbrales reconocidos:
Estándar IEEE 43
RA = kV + 1
kV = Voltaje nominal entre fases expresado en kV
Factor de corrección obtenido a diversas temperaturas de operación.
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Tiempo v/s RA
• En el caso de un devanado en
buenas condiciones la curva de
resistencia es creciente en el
tiempo (A).
• Una curva plana da indicios de
una aislación con contaminación
y/o humedad.
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Prueba de Hi - Pot con corriente continua
Objetivo:
El ensayo se aplica para obtener una medición de la calidad del aislante, a través
de la observación de la potencia dieléctrica y del voltaje de ruptura.
Recomendaciones:
• Una vez finalizada la prueba, la máquina debe ser puesta a tierra por
un período suficientemente largo, ya que producto de las altas tensiones
utilizadas, esta puede quedar cargada.
• Idealmente, las fases deberían ser conectadas por sus dos terminales.
Si esto no es posible, la conexión se puede realizar por cualquier
extremo, independiente de cual sea este.
• Al finalizar la prueba, la tensión debe disminuirse gradualmente hasta
llegar al 50% del voltaje final, a partir de lo cual, la máquina puede
conectarse directamente a tierra.
• Los puntos conectados a la tensión de prueba deben registrar bajas
pérdidas por efecto corona y por corrientes de fuga.
• Todos los equipos que se encuentren dentro de un radio de 3 mt.
deben ser puestos a tierra antes de comenzar el test.
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Prueba de Hi - Pot con corriente continua
Requisitos:
Para que la prueba sea realizada, debe haberse aprobado el ensayo de
polarización en forma previa.
Parámetros de evaluación obtenidos:
Para este ensayo, no se dispone de parámetros de evaluación definidos, pero
las normas señalan que aumentos abruptos en la curva indican que se está
en las cercanías de la ruptura dieléctrica, debiendo detenerse la prueba. Si
esto ocurre a voltajes lejanos de la tensión de prueba, se deduce que la
aislación no se encuentra en buen estado.
Descripción:
El ensayo consiste en la aplicación de una sobre tensión al estator, partiendo
desde un voltaje base hasta llegar a la tensión de prueba, la cual varía entre
1,25 a 1,5 veces el voltaje equivalente en continua de la máquina,
correspondiente a 1,7 veces la tensión nominal.
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De acuerdo a Norma IEEE - 95, es recomendable realizar durante los 10
primeros minutos el ensayo de polarización, utilizando para ello un escalón de
magnitud correspondiente a la tercera parte de la tensión de prueba. Una vez
realizado este test y en caso de ser aprobado, se prosigue con el ensayo,
aumentando el voltaje aplicado al estator.
Este procedimiento puede ser realizado de dos maneras:
Se aumenta el voltaje en forma pareja y a una tasa no mayor a un 3 % del
voltaje de prueba por minuto.
En caso de que lo anterior no sea posible, se aplican escalones idénticos de
duración de un minuto cada uno, teniendo en consideración que mientras más
pequeños sean los saltos, es más probable que se identifique cuando el
aislante está cercano a la ruptura.
En ambos casos, se debe registrar las corrientes que circulan por el aislante al
cabo de cada minuto y antes de realizar los cambios de tensión para el
segundo caso señalado. A partir de esto, se obtiene la curva de corriente en
función del voltaje, gráfico que debe realizarse de manera simultánea a la
prueba.
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Norma
: Estándar IEEE número 95
Instrumento utilizado
: Megóhmetro
Valores umbrales reconocidos :
No definidos
Anexos :
Diversas curvas obtenidas para el ensayo Hi - Pot
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Prueba de salto de tensión
• El criterio consiste en observar
comportamiento
del
dieléctrico
incrementarse la exigencia eléctrica.
• Una reducción de la resistencia final
cualquiera de los tramos de aplicación
tensión, nos indica:
el
al
en
de
– Comportamiento anómalo que se puede
asociar a una falla incipiente
– Contaminación de la aislación
– Humedad
– Suciedad
– Descargas parciales
PRUEBA SALTO DE TENSIÓN
• HASTA 5 KV
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Planilla tipo para el ensayo de salto de
tensión
ENSAYO DE SALTO DE TENSIÓN
Elemento ensayado:
Tiempo
(segundos)
1000 V
15
2920
30
5500
45
7550
60
9440
Variación (%)
Condición operativa:
Tiempo transcurrido:
Constante de tiempo:
Fase U
Resistencia de Aislación (Mohm)
2000V
4790
7990
10600
13000
37,7
3000V
6280
9830
12700
14900
57,8
Tensión final:
minutos Resist. final:
0 Capacidad:
4000V
7470
11600
14200
16400
73,7
5000V
9480
14600
18700
22000
133,1
5000V Volts
22000 Mohms
Microfaradios
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Curva típica del salto de tensión
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Resistencia Ohmica
• La resistencia de los conductores
eléctricos depende de la temperatura.
• Rs= Rt x (Ts + k)/(Tt + k)
• Rs: resistencia a la temperatura Ts
• Rt: resistencia a la temperatura del
ensayo (Tt).
• K: constante característica del material
conductor.
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Resistencia Ohmica
• Esta
prueba
puede
diagnosticar
cortocircuitos entre espiras, falta de
contacto eléctrico adecuado, falla en
uniones soldadas.
• Valores de resistencia
menores de 5 Ohm.
de
mohm
o
• Se utiliza Puente Kelvin o equivalente.
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Resistencia de devanados en
Transformadores de Poder
Objetivos
 Verificar la calidad de las
conexiones y soldaduras
 Contrastar valores calculados y
medidos
 Verificar la existencia de posibles
cortocircuitos entre espiras
 Verificar la operación del
conmutador bajo carga (si lo
hubiera)
 Determinar experimentalmente la
componente I2R de las pérdidas
en carga
 Determinar la elevación del
devanado durante el ensayo de
calentamiento
Interpretación de los Resultados:
 La diferencia entre los valores
calculados y experimentales no
debe ser superior el 3%
 La diferencia entre dos fases,
transformadores iguales o
mediciones previas no debe
superar el 5%
 Ya que la medición de la
resistencia se afecta por el
aumento de temperatura, es
necesario referir los valores a una
temperatura preestablecida de 20
°C para su comparación con
medidas anteriores
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Resistencia de devanados en
Transformadores de Poder
 La medición de la resistencia de
devanados consiste en aplicar la ley
de Ohm, en este caso se inyecta una
corriente DC que no supere el 15% de
la corriente nominal a fin de evitar el
calentamiento de la bobina y alterar la
medida. Simultáneamente se registra
la tensión en bornes de la bobina.
 Durante la inyección de corriente en la
medición, no se puede desconectar
súbitamente la fuente ya que esto
generará una sobretensión que podría
poner en riesgo los operarios y la
fuente empleada en el ensayo.
 Los registros deben tomarse a la
estabilización del instrumento ya que
este tipo de medidas se ven afectadas
por flujos dispersos y la capacidad del
transformador.
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Resistencia de Aislamiento en
Transformadores de Poder
Criterio de Aceptación del Ip y Diagrama de Conexión
Indice Polarización Estado de Aislamiento
Menor a 1
Peligroso
1.0 – 1.1
Pobre
1.1 – 1.25
Cuestionable
1.25 – 2.0
Confiable
Mayor a 2.0
Excelente
Aislamiento Núcleo/Tierra > 1 Gohm
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Actividad:
A continuación te invitamos a leer una Guía para
Pruebas de Diagnóstico de Aislamiento, utilizando
el instrumento MEGGER.
34
Has Finalizado la
UNIDAD 4
Ensayos en Corriente Continua
35
Has finalizado el Curso
Pruebas y Ensayos Eléctricos
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