Post on 15-Aug-2021
Instrumentos de Imán Permanente y Bobina Móvil (IPBM)
- Aplicaciones (Parte 2) -
Carrera de Ingeniería Eléctrica – Ingeniería Electromecánica
Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata
Mediciones Eléctricas I (3D1) - 2021 - Departamento de Ingeniería Eléctrica – FI UNMDP - Clase 7Prohibida la reproducción total o parcial de esta presentación en cualquier formato o medio sin la correspondiente autorización del autor
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Aplicación del IPBM como Óhmetro
Mediciones Eléctricas I (3D1) - 2021 - Departamento de Ingeniería Eléctrica – FI UNMDP - Clase 7Prohibida la reproducción total o parcial de esta presentación en cualquier formato o medio sin la correspondiente autorización del autor
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IPBM – Óhmetro serie:
mA
IxE
R Xo
ia RRRRR 210
X=0
oRE
xII (max)0
Ix
Si:
La escala del óhmetro serie está invertida respecto a un amperímetro
Supongamos que Ri es despreciable o integrante de R2:
Circuito básico de un óhmetro serie:
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4
IPBM – Óhmetro serie:
11
1
1
oR
XF
0
0
(max)
R
E
XR
E
I
I
x
xF
F
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
PUNTO MEDIO DE DISEÑO DE ESCALA
• La escala está invertida.
• La escala es no lineal.
• El punto medio de diseño de la escala es R0
• Se usa para medir resistencias medias - altas
(entorno al punto medio de diseño)
Se puede analizar la forma de la escala con el factor “F”:
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IPBM – Óhmetro paralelo:
Circuito básico de un óhmetro paralelo:
E
R
X
ri
RaIa
a
b
IT
X=∞
aRRE
aa II
(max)
Si:
La escala del óhmetro paralelo NO está invertida respecto a un amperímetro
aa
a
a
a
aRXR
XR
XR
XRR
EI
aa
aRRRRX
EXI
a
ab
aR
UI
XR
XRIU
a
a
Tabpero
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IPBM – Óhmetro paralelo:
(max)a
a
I
IF
• La escala NO está invertida.
• La escala es no lineal.
• El punto medio de diseño de la escala es Rp
• Se usa para medir resistencias medias - bajas
(entorno al punto medio de diseño)
11
1
1
1
X
pRF
a
aa
RR
E
RRRRX
EX
F
RR
RRR
a
a
p
Se puede analizar la forma de la escala con el factor “F”:
F
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
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Comparativa óhmetro serie vs óhmetro paralelo:
X
mAR2
R1
E
R
X
ri
Ra
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Comparativa óhmetro serie vs óhmetro paralelo:
Potenciómetro de ajuste
Llave de encendido
Escala no invertidaÓhmetro paralelo
Óhmetro serie
Potenciómetro de ajuste
Escala invertida
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Instrumentos de Imán
Permanente y Bobinas Móviles Cruzadas
LOGOMETRO de IPBM(COCIENTIMETRO de IPBM)
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Sean dos bobinas móviles solidarias y ubicadas a 90° entre ellas dentro de un campo uniforme:
Logómetro o cocientímetro de IPBM:
Principio básico del Logómetro IPBM:
SBN
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1111
F F
f2
f 1
2 1
I2
I
f 1f2
B
F F
f2
f 1
2 1
I2 1
f 1f2
B
1
2
21I
I = tg cosI = sen I
º90
senIBlNFf 11111 = sen
cos = cos 22222 IBlNFf
senIGafCm 1111 =
cos = 2222 IGafCm
21 mm CC
En el equilibrio:
21 GG
Logómetro o cocientímetro de IPBM:
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I1 I2
U
R Rx
N S
Logómetro o cocientímetro de IPBM:
tgRR
R
UR
U
I
Ix
x
1
2 = tg
0 20 40 60 800
2
4
6
Rx
• La escala es no lineal.
• Se usa para medir resistencias muy altas
• La tensión U se genera con un generador
de CC accionado manualmente.
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1313
I1 I2
U
R Rx
N S
tgRR
R
UR
U
I
Ix
x
1
2 = tg
Logómetro o cocientímetro de IPBM:
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INSTRUMENTOS DE IMAN
PERMANENTE
Y BOBINA MOVIL
Aplicaciones con efecto Hall
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1515
d
iBKK
abHALLheV
...1
APLICACIONES:
MEDICION DE CORRIENTES
MEDICION DE TENSIONES
MEDICION DE POTENCIA
Material conductor o
semiconductor
i
a
b
B
Aplicaciones del IPBM con efecto Hall:
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1616
Aplicaciones del IPBM con efecto Hall:
A
.ab xe K I
d
iBKK
abHALLheV
...1
XIB
Medición de corriente con efecto Hall:
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1717
Aplicaciones del IPBM con efecto Hall:
Medición de tensión con efecto Hall:
XUB
d
iBKK
abHALLheV
...1
XU
Xab UKe .
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1818
Aplicaciones del IPBM con efecto Hall:
Medición de potencia con efecto Hall:
eab
K K B i
dh 1 . . .
UxIx
XUi
XIB
R 2
1R
B
XXab IUKe ..
XU
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INSTRUMENTOS DE IMAN
PERMANENTE
Y BOBINA MOVIL
Aplicaciones con lupa de tensión
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2020
Aplicaciones del IPBM con diodo Zenner (lupa de tensión):
Diodo Zener
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2121
Aplicaciones del IPBM con diodo Zenner (lupa de tensión):
-Uz
-Iz
Expande al final Expande al principio
1
2
U12 U12
1
2
+
-
+
-
Curva de un
Zener en inversa
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2222
Errores Sistemáticos
Instrumentos de IPBM
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2323
Errores sistemáticos del IPBM:
• Efecto de la temperatura
Modificación de la constante motora
-0,02%/ºC
Modificación de la constante elástica
+0,04%/ºC
Variación de la resistencia de la bobina
-0.4%/ºC
C
%
C
%
C
%
C
% 38,04,004,002,0 oooo
Cº
G
rK
aR
• Influencia de los campos magnéticos externos
• Aparición de efectos termoeléctricos
mC
dC
mC
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2424
Errores sistemáticos del IPBM:
34.10Cu C
CMn 610.6
I I s
R s
Ra
aI
Cu
Mn
Influencia de la temperatura en la R de la bobina en un amperímetro
'
a a CuR R (1 t)
'
s s MnR R (1 t)
tRRRR Cuaaaa '
tRRRR MnSSSS '
La temperatura influye en Ra y muy poco en Rs si es de
manganina
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2525
Errores sistemáticos del IPBM:
R R ra
CCu 310.4
CMn 610.6I I
I a
s I
r
R
Ra
s
aRr 9
tt CuCuRR
R
RR
aa
a
1,09
Si se coloca una “r” adicional de manganina se tiene:
)1()1(' trtRR MnCua
tRRRR Cua '
La variación de resistencia sigue siendo igualPero, si se cumple que:
Algo que era 0.4%/°C
pasa a ser 0.04%/°C
Técnica para minimizar la influencia de la temperatura en la R de la bobina en un
amperímetro
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2626
Errores sistemáticos del IPBM:
(Pero esto produce un aumento del error de inserción)
C
%
C
%
C
%
C
% 38,04,002,004,0 oooo
Kr G Ra
0.04 -0,02
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2727
Norma IRAM 2325:
“Aislación Eléctrica
Guía para la Evaluación de
su Estado por Mediciones
de su Resistencia”
Aplicaciones de los Óhmetros serie y logómetros de
IPBM en la medición de resistencia de aislación
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2828
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Ejemplos de materiales aislantes eléctricos
Barnices
aislantes
Cintas plásticas
Gomas, telas, papeles impregnados, etc.
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2929
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Definiciones Básicas
Resistencia de Aislación (RA):
Según la norma IRAM 2325 se entiende por Resistencia de Aislación ( RA ) a la resistencia óhmica
que presenta la aislación eléctrica de un equipo o instalación, al aplicarle una tensión continua
de ensayo “E”. El valor de esta resistencia puede variar apreciablemente desde el instante en el que
se aplica la tensión continua “E”, hasta el instante en que tiende a estabilizarse su valor.
Resistencia de Aislación Instantánea ( RA(t) ):
También se define la Resistencia de Aislación Instantánea ( RA(t) ) como la resistencia de
aislación en un instante “t” posterior a la aplicación de la tensión continua de ensayo “E”. El
valor de (RA(t)) se obtiene de la relación entre la tensión continua “E” y la corriente total
instantánea que toma la aislación.
)(
)(
tT
tAI
ER
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3030
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Corriente Total que toma una Aislación (IT):
Según la norma IRAM 2325 es el valor de la intensidad de corriente eléctrica que se establece en
una aislación al aplicarle una tensión continua de valor “E”.
En el más general de los casos, IT es la suma de cuatro componentes:
Corriente de carga de la capacitancia geométrica: Corriente que toma una
aislación debido a la carga electrostática de la capacitancia geométrica.
qcagT iiiiI
gi
Corriente de absorción: Corriente que toma una aislación debido a la polarización
de las cadenas moleculares dentro del material aislante.ai
Corriente de conducción o de fuga: Corriente que toma una aislación debido a la
conducción electrónica e iónica a través de la masa aislante.ci
Corriente de descargas parciales: Componente de la corriente total que toma una
aislación, y que se manifiesta solamente cuando “E” es mayor que la tensión de
aparición de descargas parciales.
qi
TI
Definiciones Básicas
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3131
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Corriente de carga de la capacitancia
geométrica
qcagT iiiiI
gi
Corriente de absorciónai
Corriente de conducción o de fugaci
Corriente de descargas parcialesqi
Definiciones Básicas
)(
)(
tT
tAI
ER
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3232
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Tabla I
¡Por esta razón no pueden usarse óhmetros convencionales para
medir resistencias de aislación!
)(
)(
tT
tAI
ER
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3333
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medidores de resistencias de aislación
(generan la tensión de ensayo E que
especifica la norma)
Óhmetros comunes
Sirven para medir resistencia pero no
resistencia de aislación
(NO generan la tensión de ensayo E
que especifica la norma)
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3434
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medidores de resistencia de aislación basados en Logómetros IPBM
R Rx
N S
Poseen generadores de manivela de 500V o 1000V
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35
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medidores de resistencia de aislación
basados en óhmetros serie de IPBM
Poseen fuentes de alta
tensión
250V, 500V, 1000V, etc.
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3636
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Probadores Multifunción de Instalaciones Eléctricas
Kyoritsu 6015
Medidores de Aislación Digitales
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Norma IRAM 2325
(establece 3 métodos
de ensayo para
evaluar el estado
de una aislación)
Ensayo de medición única:
Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” y se mide RA a los 60
segundos.
El valor de RA se corrige por temperatura para calcular la RA a 20°C.
El valor de RA corregido a 20°C se compara con un valor mínimo
establecido por norma.
Ensayo de absorción dieléctrica:
Ensayo de saltos de tensión:
Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” y se mide RA a distintos
intervalos de tiempo.
Se calculan ciertos índices y se los compara con una tabla.
Se aplican tensiones de ensayo “E” crecientes y se mide RA . Se evalúa
la tendencia.
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Norma IRAM 2325: Ensayo de medición única:
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Norma IRAM 2325: Ensayo de medición única:
•Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” (ver Tabla I) y se mide RA a los 60 segundos.
•El valor de RA se corrige por temperatura para calcular la RA a 20°C.
•El valor de RA corregido a 20°C se compara con un valor mínimo establecido por norma.
RA (20°C, 60s) > RA Mínimo (20°C)
RA (20°C, 60s) < RA Mínimo (20°C)
SI
La aislación es segura
La aislación es deficiente
En la práctica las aislaciones en buen estado tienen valores de RA (20°C, 60s) entre 10 y 100 veces mayores
que RA Mínimo (20°C)
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4040
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Valores mínimos de Resistencia de Aislación según Norma:
Mx
CRMINIMAA 334
1000
132008.0)º20(kVASkVU NN 10002.13
N
N
MINIMAAS
UCCR )º20(
)1(4)20( nMINIMAA UCR ][kVUn
Resistencia aislación mínima para máquinas rotantes y máquinas en general:
][ MRA
RA MINIMA (20°C): Resistencia aislación mínima obtenida referida a 20ºC
Ejemplo: Un=380V RA MINIMA(20°C)=4(0.38+1) = 5.5 MΩ
Para transformadores de potencia nominal ≥ 100kVA, se recomienda la siguiente ecuación:
Ejemplo:
Ec (1)
La Ec (1) apunta más a garantizar la seguridad que a calificar el estado de la aislación
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4141
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Ejemplo:
Medición de resistencia de aislación de una máquina eléctrica de 380 V por el método de medición única:
RA medida (65ºC)=6M
Supongamos que es un motor trifásico y se encuentra a 65°C.
Se lo desconecta y se mide con un medidor de resistencia de
aislación de 500 o 1000 V entre una bobina y carcasa, dando
por ejemplo 6MΩ.
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4242
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Ejemplo:
Medición de resistencia de aislación de una
máquina eléctrica de 380 V por el método de
medición única:
Corrección por temperatura- IRAM 2325
)º65()º65()º20( CACCA RKR
MxRCA 623
)º20(
MRCA 138
)º20(
Corregimos la medida a 20°C con la siguiente
ecuación:
)()()º20( ACA RKR
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4343
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
RA (20°C) =130M>5.5MΩ
Ejemplo:
Medición de resistencia de aislación de una máquina eléctrica de 380V por el método de medición única:
)1(4)20()( nmínimaa UCR
MCR mínimaa 5.5)138.0(4)20()(
Conclusión: La aislación de esa bobina es más de 20 veces superior al mínimo que
establece la norma, por lo que está en buen estado y es seguro el uso del motor
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4444
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
RAtºC de Ref.
tºC .
RA (20°C)≈130M
RA(65ºC)=6M
RA
Corrección por temperatura- Literatura
Ejemplo:
Medición de resistencia de aislación de una
máquina eléctrica de 380V por el método de
medición única:
También existen ábacos en la literatura que se
pueden usar para hacer la misma corrección:
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4545
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Norma IRAM 2325: Ensayo de Absorción dieléctrica
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4646
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Ensayo de Absorción Dieléctrica
Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” y midiendo a partir del instante
inicial, la RA cada 10s hasta completar el primer minuto.
Los valores obtenidos se grafican en función del tiempo, calculando el valor de
RAD.
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4747
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Ensayo de Absorción Dieléctrica
Cumplido el primer minuto se continúa registrando lecturas, ahora cada minuto
hasta completar los 10’.
Con estos valores se traza la gráfica resistencia-tiempo, calculando el valor
de IP.
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48
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Curvas de resistencias-tiempo para un ensayo de absorción dieléctrica con una duración de 60 s
NOTA: La parte de la curva que se indica con líneas de puntos corresponde a valores de RA que no son confiables, por las
dificultades de su medición, ni relevantes para determinar RAD.
Aislación
buena
Aislación
que puede
ser
defectuosa
RAD<1.2
RAD>1.6
35001.17
3000
90002.25
4000
Se evalúa la aislación de acuerdo a la forma de la curva obtenida y a la siguiente tabla:
Ensayo de Absorción Dieléctrica
Valores que se deben
cumplir según Norma para
decidor acerca del estado de
la aislación
Evaluación
con RAD
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49
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Evaluación
con IP
Aislación
Buena
IP>4
Aislación que
puede ser
defectuosa
IP<1.5
Curvas de resistencias-tiempo para un ensayo de absorción dieléctrica con una duración de 10 minutos
9006
150
1101.1
100
Se evalúa la aislación de acuerdo a la forma de la curva obtenida y a la siguiente tabla:
Ensayo de Absorción Dieléctrica
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50
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Norma IRAM 2325: Ensayo de Saltos de Tensión:
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51
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Ensayo de Saltos de Tensión
Se realiza aplicando tensiones de ensayo “E” crecientes y midiendo a partir de los 30 segundos la RA
cada 10s hasta completar el primer minuto.
Los valores obtenidos se grafican.
51
1000V
1000V
2500V
5000V
2500
V5000V
Curvas resistencia-tiempo para el ensayo con saltos de tensión
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52
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Aislación buena
Aislación pobre
Curvas obtenidas con los valores de RA (60 s)
• 1 kV
• 2.5kV
• 5kV
Ensayo de Saltos de Tensión
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53
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Norma IRAM 2325:
Comparación de mediciones en distintas épocas
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54
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Seguimiento de la RA: Medición de RA en un MOTOR
20,00
26,67
20,00
27,78
20,00
27,22
20,00
27,22
20,56
26,67
20,00
25,56
18,89
26,67
20,00
26,67
19,44
ºC
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55
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Seguimiento de la RA: Medición de RA en un MOTOR
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Seguimiento de la RA: Medición de RA en un MOTOR
Ejemplo de la variación de RA de un motor en un período de varios años.
En A se pone de manifiesto el efecto de envejecimiento y de la contaminación al observarse valores decrecientes de
RA. En B la caída pronunciada evidencia una falla de la aislación. En C, se indica el valor de resistencia de aislación
después que el motor ha sido rebobinado.
A
B
C
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Norma IRAM 2325:
Resistencia de aislación en instalaciones
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58
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medición de la RA en instalaciones
1
2
3
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medidores de resistencia de aislación
con borne de guarda
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60
Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Cómo y cuándo utilizar el borne GUARD?
EARTH
GUARD
LINE
Muchos medidores de resistencia de aislación poseen un borne “GUARD”
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Cómo y cuándo utilizar el borne GUARD?
Ejemplo: Queremos medir RA de un transformador
A
B
RAB
RATRBT
RAB: Resistencia de aislación entre primario y secundario (supongamos que valiera 3000MΩ)
RAT: Resistencia de aislación entre primario y carcasa (supongamos que valiera 100MΩ)
RBT: Resistencia de aislación entre secundario y carcasa ((supongamos que valiera 100MΩ)
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medición de RA en un Transformador (SIN borne de Guarda)
IT
Earth
Line
Im
A
B
RAB = 3000 MΩ
RAT
100 MΩRBT
100 MΩ0 ∞MΩ
187,5
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medición de RA en un transformador (SIN borne de Guarda)
0 ∞MΩ
187,5
RAB = 3000 MΩ
RAT
100 MΩ
RBT
100 MΩ
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Earth
Line
GuardIG
Im
ITEARTH
GUARD
LINE
Cómo y cuándo utilizar el borne GUARD?
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Earth
Line
Guard
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medición de RA en un transformador (CON borne de Guarda)
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
Medición de RA en un transformador (CON borne de Guarda)
IT
Earth
Line
GuardIG
Im
RAT no influye porque
queda en paralelo con la
fuente de 500V
RBT no influye porque
queda en paralelo con la
con Ra que es << RBT
0 ∞MΩ 3000
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( )
( )
(G)
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Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:
CUARDA
LINEEARTH