>>Control de Calidad de Motores

Pregunta: 

¿Cuál es la diferencia entre Mega-Ohms, Giga-Ohms y Tera-Ohms? Contamos con diversos testers de resistencia de aislamiento que presenta diferentes especificaciones. ¿El análisis de trending de Tera-Ohms es mejor que el de Giga o Mega-Ohms?

Respuesta:

Primero, recuerde que aquí estamos hablando de motores eléctricos en el mundo real. No sobre mediciones de laboratorio.

Mega-Ohms o Meg-Ohms: El prefijo Mega indica que el número descripto se encuentra elevado a la 6^ta potencia. Entonces, por ejemplo, 1 Mega-Ohm es equivalente a 1 millón de Ohms. Un valor de 500 Mega-Ohms es equivalente a 500 millones de Ohms.  Si un motor de 480 VCA, que es probado con un medidor de resistencia de aislamiento a 500VCC, arroja un valor de 500 Mega-Ohms, significa que .000001 Amperes  están fluyendo a través del aislamiento eléctrico. .000001 Amperes es equivalente a una millonésima parte de un Amper. Para aquellos preocupados por la disipación de energía, esto es igual a .0005 Watts, o aproximadamente 1/7000 partes de la energía requerida para iluminar una bombilla navideña de 3 ½ Watt.

Es usual encontrar expresados en rangos de Mega-Ohms, a los valores de resistencia de aislamiento de motores eléctricos funcionales y de alta calidad.  La mayoría de las normativas  sugieren 1 Mega-Ohm por KV de voltaje operativo más 1, como  valor MÍNIMO aceptable de Mega-Ohms para maquinas eléctricas. El ejemplo de 480VCA, citado anteriormente, tendría un valor mínimo aceptable de 1.48 Mega-Ohms  para un servicio continuo.

Giga-Ohms o Gig-Ohms: El prefijo Giga indica que el número descripto se encuentra elevado a la 9^na potencia. Este prefijo es indicativo de un número más grande que el prefijo Mega-Ohms. Un valor de 1 Giga-Ohms representa a 1 billón de Ohms. 1 Giga-Ohm es igual a 1000 Mega-Ohms. Recurriendo al ejemplo anterior, de un motor de 480VCA, probado a 500VCC, pero arrojando en este caso un valor de 500 Giga-Ohms. Esto significa que .000000001 Amperes están fluyendo a través del aislamiento del motor. Esto representa una billonésima parte de un Amper. Siguiendo con el ejemplo de las bombillas navideñas, representa 1/7000000 partes de la energía requerida para iluminar una bombilla de 3 ½ Watt.

Es usual ver expresados, en rangos de Giga-Ohms, a los valores de resistencia de aislamiento de motores eléctricos funcionales y de alta calidad. El estándar 43 2001 del IEEE establece que valores de resistencia de aislamiento mayores a  5 Giga-Ohms no pueden ser útiles a los fines de realizar el análisis de trending del estado de una maquina. Recuerde que 5 Giga-Ohms es igual a 5000 Mega-Ohms.

Tera-Ohms o Ter-Ohms: El prefijo Tera es indicador de un número elevado a la 12^da potencia. Este prefijo representa a un número mucho mayor que los prefijos Mega-Ohm o Giga-Ohm. Un valor de 1 Tera-Ohm representa a 1 trillón de Ohms. 1 Tera-Ohm es igual a 1000 Giga-Ohms y a 1000000 Mega-Ohms.  Si usamos el ejemplo anterior de la bombilla navideña, encontramos que el motor de 480VCA probado a 500VCC con una resistencia de aislamiento de 500 Tera-Ohms, permitirá fluir .000000000001 Amperes de corriente. Esto significa que, 1/700000000000000 partes de la energía requerida para una bombilla navideña de 3 ½ Watt, estará fluyendo a través de este aislamiento.

Pueden encontrarse motores eléctricos con rango de valores de resistencia de aislamiento expresados en Tera-Ohms, pero no es tan frecuente como con valores menores.

¿Porque?

Debido a la naturaleza de su aplicación, los motores eléctricos se encuentran en ambientes industriales no controlados. Casi nunca son lavados o secados, ni tienen su superficie libre de contaminación. Las mediciones extremadamente bajas obtenidas con medidores de Tera-Ohms están dramáticamente influenciadas por el ambiente. Por ejemplo: El aire que respiramos se vuelve parte del circuito de medición. Este es influenciado por: humedad, partículas / aerosoles y la altitud.  A 10000 pies de altitud, el aire mismo tiene una resistencia por unidad de distancia  20 % menor. Cambios en la humedad tienen efectos dramáticos en las corrientes de fuga de superficie, debido a la condensación de moléculas de agua  en la superficie del aislamiento. Cantidades mayores de partículas o aerosoles reducirán la resistencia de la unidad.  Ellas permiten rastrear los efectos que tendrán lugar, donde las partículas se vuelven elementos polarizados del circuito, y reducen la resistencia medida.

En otras palabras: Las mediciones de Tera-Ohms son más influenciables por factores ambientales que las de Giga o Mega-Ohms. Por ello son más susceptibles de arrojar resultados potencialmente engañosos.

Se debe tener extremo cuidado al evaluar lecturas en Tera-Ohms para el análisis de condición de una maquina.

¿Cuales son las corrientes de fuga típicas en grandes motores eléctricos durante una prueba de resistencia de aislamiento? ¿Que clase de equipamiento es necesario para determinar adecuadamente la resistencia de aislamiento de un motor?

Considere un motor de 4160V probado a 5000V, un voltaje de prueba aceptable para evaluar motores de 4160V. La tabla que se encuentra debajo muestra rangos de corrientes de fuga y de resistencias de aislamiento que se medirían durante una prueba de RA a 5000V.

V=5kV

El estándar IEEE 43 recomienda 1 Mega + 1 Mega/kV o 1 Mega + 4 Mega o 5 Mega para la resistencia de aislamiento mínima de una maquina de 4160V. La corriente de fuga para 5 Mega-Ohms a 5000V es 1000uA.  Si la resistencia de aislamiento es mayor, entonces el estándar IEEE 43 dice que el aislamiento del motor esta en condiciones aceptables. Obviamente un valor de RA tan bajo es poco común. Es más probable que la resistencia de aislamiento este en cientos de Mega-Ohms.

Ahora considere realizar una prueba de índice de polarización (prueba IP) en el motor. El estándar IEEE 43 da un límite mas bajo en la corriente de fuga necesaria para realizar una medición correcta de IP. IEEE 43 dice que si la resistencia de aislamiento es mayor a 5000 Mega-Ohms en un minuto, el valor de IP no puede ser significativo. De la tabla anterior, 5000 Mega-Ohms corresponden a una corriente de fuga de 1uA. El poder medir corrientes de fuga significativamente mas bajas, por ejemplo de 0.1uA, no aportara información extra con respecto a la condición del aislamiento de pared a tierra del motor.

Así que, en el caso del motor de 4160V, medir las corrientes de fuga del orden de 1uA es todo lo que se necesita para evaluar el aislamiento de pared a tierra.

Ahora, considere un motor de 480V evaluado a 500V, un voltaje de prueba de aislamiento eléctrico aceptable para el estándar IEEE 43. La tabla siguiente muestra el valor de RA que se mediría dado un rango de corrientes de fuga:

V=500V

El estándar IEEE 43 sugiere que un valor de RA mayor a 1.4 Mega-Ohms indica que el aislamiento de pared a tierra de un motor se encuentra en buenas condiciones. A 500V, 1.4 Mega-Ohms corresponde a una corriente de fuga de 400uA. Según IEEE 43-2000, ser capaz de leer corrientes menores a 400uA es bueno, pero no necesario, para determinar la condición del aislamiento de pared a tierra basado en la resistencia de aislamiento. Por supuesto, los motores tendrán una resistencia de aislamiento mucho mayor que 1.4 Mega-Ohms.

Ahora considere la prueba de IP para el motor de 480V realizada a un voltaje de prueba de 500V. Se puede determinar un límite inferior para la medición de corriente en base a la regla de 5000 Mega-Ohms en 1 minuto del estándar IEEE 43. A 500V, 5000 Mega-Ohms corresponden a una corriente de fuga de 0.1uA. Medir valores significativamente menores a 0.1uA, dígase la mitad de 0.1uA, no agregará información útil en relación a la polarizabilidad de un motor eléctrico.

En resumen:

Basándose en la información anterior, se pueden responder las  preguntas referentes a las corrientes de fuga típicas y el tipo de instrumento requerido para realizar pruebas de aislamiento de pared a tierra. En primer lugar, el rango de corrientes de fuga requerido para determinar el estado de un motor eléctrico esta entre ~0.1uA y 1000uA. En segundo lugar, los instrumentos requeridos para realizar tales mediciones deben poder realizar mediciones precisas en este rango. Poder medir corrientes de fuga mas bajas no resulta significativo al evaluar el aislamiento de pared a tierra en bobinados de motores. Poder realizar mediciones de corrientes mas bajas solo aporta un mayor costo de instrumentación.

Referencias:

IEEE 43-2000, Secciones 5.3, tabla 1, 12.2 tabla 2, 12.3 tabla 3