ndice de polarizacin

Aislante Definicin :

Son aquellos materiales que bajo la accin de la tensin elctrica continua no dejan pasar completamente la corriente elctrica. En otras palabras, la resistividad de los materiales electro aislantes debe ser infinitamente grande.

Sin embargo prcticamente todos los materiales utilizables dejan pasar una corriente muy insignificante llamada corriente de fuga. Uno de los factores que definen la calidad del aislante es esta corriente de fuga.

Cuanto mayor sea la resistividad del material mayor es su calidad.

Resistencia elctrica de aislamiento (Ra) de un material aislante

La resistencia de aislamiento entre electrodos que estn en contacto o incrustados en un espcimen de material aislante, es la relacin entre la tensin elctrica continua aplicada a los electrodos y la corriente que atraviesa los mismos. Ambas dependen de la resistencia de volumen y de superficie del material.

Resistencia elctrica de aislamiento de volumen (Rv) o transversal de un material aislante

Es el cociente entre la tensin continua aplicada a los electrodos y porcin de corriente que se distribuye a travs del volumen del aislante, excluida la corriente que circula por la superficie.

Para efectuar este ensayo se debe aplicar una tensin continua durante un minuto

Resistencia elctrica de aislamiento superficial (Rs)

La resistencia de aislamiento superficial entre dos electrodos que estn sobre la superficie de un aislante es la relacin entre la tensin continua aplicada entre los dos electrodos y la porcin de corriente entre ellos depende de un tiempo dado de aplicacin de la tensin, sin tener en cuenta los fenmenos de polarizacin eventuales en los electrodos.

La corriente pasa esencialmente a travs de una capa superficial de la probeta, as como por toda deposicin de humedad y de impurezas superficiales asociadas, pero comprende tambin una componente que circula por el interior del aislante.

Para efectuar este ensayo se debe aplicar una tensin continua durante un minuto.Resistividad elctrica transversal o volumtrica ((v)de un material aislante

Es la relacin entre la intensidad del campo elctrico continuo (E) y la densidad de corriente (J) que se establece en rgimen permanente en un material aislante.

La ecuacin es:

(v = E = [ohm. m]

J

La resistividad volumtrica es una propiedad intrnseca del material.

En el sistema mtrico, (v de cualquier material elctrico aislante es numricamente igual a la resistencia en ohm entre las casas paralelas opuestas de un cubo del material de un metro de arista.Resistividad elctrica superficial ((s)de un material aislante

Es la relacin entre la intensidad del campo elctrico continuo y la densidad de corriente lineal en una capa superficial de un material aislante. La resistividad superficial mide el grado de contaminacin del material .

En la prctica, la (s es numricamente igual a la resistencia superficial entre dos electrodos que forman los lados opuestos de un cuadrado.

Ecuaciones de relacin entre resistencia elctrica de aislamiento y resistividad

En el estudio de los materiales conductores se expresan a la resistencia elctrica de un conductor por la siguiente ecuacin:

R = (v L [ohm] S

Donde (v = resistividad de volumen

L = longitud de conductor

S = seccin transversal del conductor

Anlogamente puede establecerse las ecuaciones para los materiales elctricos aislantes:

Resistencia elctrica de aislamiento de volumen (Rv)

Rv = (v h [ohm] A

Donde Rv = resistencia volumtrica

(v = resistividad de volumen

A = rea efectiva del electrodo protegido

h = espesor medio de la probeta (resultado de cuatro mediciones como mnimo)

La conductancia de aislamiento Gv = 1/Rv [siemens] de volumen, determina la posibilidad del paso de la corriente por el espesor del aislante.

La conductividad es gv = 1/ (v [siemens/ m] Resistencia elctrica de aislamiento superficial (Rs)

A causa de factores ambientales tales como la humedad, oxidacin y la polucin en las capas superficiales de los aislamientos, se forma una pelcula semiconductora y puede conducir una corriente de fuga superficial. La resistencia elctrica de la pelcula es la denominada resistencia de aislamiento superficial, y aparece un factor proporcional (s denominada resistividad superficial.

Factores que influyen sobre (v y (s Temperatura

Humedad

Tensin elctrica de prueba

Presin atmosfrica

Espesor de la muestra en los aislantes slidos

Estructura y componentes

Temperatura

La temperatura influye en un grado significativo sobre los diversos parmetros como son las propiedades elctricas, resistencia mecnica, la dureza, la viscosidad, la elasticidad, en las reacciones qumicas de los materiales, etc.

Los ndices cualitativos importantes de la prctica, del aislamiento elctricos en la mayora de los casos empeoran con el aumento de la temperatura. Por eso mismo, el problema acerca de la temperatura elevada en una u otra aplicacin concreta sin una disminucin notoria de la seguridad de explotacin adquiere un valor excepcional.

Esta propiedad de los aislantes tiene mucha importancia, ya que el calentamiento de los conductores en las maquinas y aparatos elctricos, por efecto Joule, disminuyen de manera apreciable el valor de la resistencia de aislamiento. Este fenmeno se explica por evolucin hacia el estado lquido (fusin pastosa) del aislamiento por efecto de al temperatura. En estas condiciones la conductividad por condicin (electrnica) tiende a ser sustituida por una conductividad por conveccin (inica o electroltica), que es mucho mayor. En las maquinas elctricas y aparatos el incremento de la superacin admisible de la temperatura, la cual en la mayora de los casos se limita en los materiales aislantes, nos da la posibilidad de obtener una potencia ms alta en las mismas dimensiones exteriores o conservando la potencia, lograr la disminucin de las dimensiones exteriores, de la masa y del costo del articulo, adems baja el consumo especifico de los materiales conductores y magnticos.

No tiene menos importancia el echo de que el empleo de materiales que puedan funcionar a temperaturas ms altas, nos d amplias posibilidades para aumentar la seguridad y la garanta en la ejecucin de trabajo a temperaturas ms bajas de las admisibles. Con el problema de la temperatura admisible estn relacionados estrechamente los problemas de la seguridad contra los incendios y explosiones, los que en algunos casos adquiere un valor particular (las economas de aceites en las subestaciones elctricas, el equipo elctrico para industrias petroleras, etc)

Humedad

Muchos dielctricos utilizables en la prctica son notoriamente higroscpicos, es decir poseen la propiedad de absorber la humedad del medio ambiente, y son capaces de dejar pasar por s la humedad.

Esto tiene una gran importancia ya que la presencia de humedad influye en una serie de propiedad de los materiales. La humectacin empeora notablemente las propiedades electro aislantes del material.

El aire atmosfrico siempre contiene ciertas cantidades de vapores de agua que pueden ser absorbidos por el aislamiento.

En algunos casos, el aislamiento entra en contacto directo con el agua. Despus de la humectacin de las capas exteriores de aislamiento, la humedad penetra en el interior del mismo reduciendo sus propiedades dielctricas.

Los materiales higroscpicos, para protegerlos de la accin de la humedad, despus de ser secados, necesitan que se impregnen o se cubran de barnices no higroscpicos, lo que puede disminuir notoriamente la velocidad de humectacin del dielctrico.

Tensin elctrica de prueba

Al cambiar la tensin de ensayo aplicada al aislamiento, la resistencia de aislamiento vara, por lo comn con el aumento de la tensin la resistencia disminuye. En consecuencia que para cada dielctrico la tensin de ensayo debe indicarse.

La norma IRAM 2325 ha establecido los siguientes valores de tensin para el equipamiento ensayado.

Tensin nominal [V]Tensin de ensayo [V]

Vn 110100 250

110 < Vn 660 500 1000

660 < Vn 1000 500 2500

1000 < Vn 33001000 5000

Vn 33002200 - Emax

Emax = 1.3 Ve veces tensin de ensayo para equipamiento sin uso

Emax = 0.95 Ve veces tensin de ensayo para equipamiento usado

Ve = tensin alterna de ensayo a frecuencia industrial de 1 minuto para en equipo ensayado.

Factores que influyen sobre la resistencia de aislamiento

La resistencia de aislamiento del arrollamiento de una mquina rotativa es una funcin del tipo de la configuracin (conformacin) del material aislante y de su geometra. El general varia directamente con el espesor e inversamente proporcional con el rea de la superficie conductora.

R = e [ohm] A

Para obtener una medicin ponderable de la resistencia de aislamiento de mquinas elctricas enfriadas con agua, el agua debe ser re circulada y el circuito interno debe estar completamente seco.

La medicin de la resistencia de aislamiento es afectada por varios factores:

Estado de la superficie

Humedad

Temperatura

Magnitud de la tensin de ensayo

Duracin de la tensin de ensayo

Carga residual en el arrollamiento

Polucin ambiental

Estado de la superficie

Materias extraas tales como polvo de carbn depositados sobre superficies de fuga, pueden bajar la resistencia del aislamiento. Este factor es importante en caso de mquinas de corriente continua donde las superficies de fuga son grandes.

Polvo sobre la superficie del aislamiento, que al estar expuesto a la humedad baja la resistencia de aislamiento.

Si la resistencia se reduce a valores inapropiados puede aumentarse su valor por limpieza y secado luego de haber eliminado el polvo y la humedad.

Efectos de la humedad

Si la temperatura del arrollamiento es ms baja que la del punto de condensacin de la humedad ambiente, una pelcula de humedad se formar en la superficie de aislamiento y puede disminuir la resistencia de aislamiento.

Las mquinas en servicio estn normalmente a una temperatura alta como para conservar el aislamiento seco. No ocurre lo mismo con las maquinas fuera de servicio que requiere ser calentadas para mantener la temperatura de los arrollamiento por encima del punto de roco.

Efectos de la temperaturaIndice de polarizacin

Definicin: es un ensayo de absorcin dielctrica. Se define IP como la relacin entre la resistencia de aislamiento (Ra) medida a los 10 minutos y la medida al minuto de aplica la tensin continua al espcimen.

Entonces: IP = Ra10 / Ra1

Otra forma de medir el IP es mediante una fuente de corriente continua estabilizada donde en un ampermetro puede leerse la lectura al minuto y a los 10 minutos,

en este caso:

IP = I1 / I10

Los valores se grafican en un diagrama donde en ordenadas se representan valores de Ra y en abscisas el tiempo.

El aislamiento se encuentra en buen estado cuando el diagrama es una lnea recta que aumenta apreciablemente con el tiempo de ensayo. La humedad, contaminacin o deterioro conducirn a una lnea recta que se elevara respecto del tiempo muy suavemente tendiendo a aplanarse.

Un IP < 1 puede indicar excesiva humedad o carbonizacin sobre o dentro del aislamiento.

Defectos en el aislamiento son la causa ms comn de dao o falla elctrica. Pruebas regulares de la calidad del aislamiento es una parte decisiva de cada programa de mantenimiento, pues slo con stas se puede obtener la informacin requerida y minimizar la falla de los equipos elctricos. Comparando los resultados de una simple prueba de la resistencia del aislamiento contra los lmites establecidos para un equipamiento elctrico da una decisin de pasa/falla. Pero es realmente una pasa un buen resultado? Qu fall? Dnde est el problema?

Cuando inyectamos un voltaje de prueba, medimos la corriente inducida y calculamos la resistencia de aislamiento, usando la ley de Ohm. Desafortunadamente, se complica por el hecho que el instrumento mostrar un resultado, que es la suma de los siguientes componentes:Corriente de carga capacitiva.Corriente de absorcin/polarizacin.Corriente de fuga superficial.Corriente de fuga.La corriente de carga capacitiva tender rpidamente a cero, mientras la de absorcin lo har ms lentamente, pues las molculas en el aislamiento vienen polarizadas. Despus de este perodo de carga, slo la corriente de fuga y la corriente de fuga superficial permanecen. Entender estas corrientes y aplicar algunas de las siguientes tcnicas de diagnstico, permitir al operador entender mejor la calidad del aislamiento e identificar problemas.

Terminal de guardiaLa corriente de fuga superficial puede ser desviada alrededor del circuito de medida del instrumento de prueba usando el terminal de guardia. La corriente de fuga superficial entre las puntas de prueba se presentar si el aislamiento est contaminado por humedad, grasa o sales.

Razn de absorcin dielctrica (DAR)Un buen aislamiento se mostrar aumentando su resistencia durante la prueba, mientras que la corriente de carga desaparece. En el caso de un aislamiento pobre, la corriente de fuga esconder la corriente de carga y una grfica de la resistencia del aislamiento con el tiempo mostrar una curva ms aplanada. Con ciertos materiales aislantes, tomar horas para que el asilamiento comience a ser polarizado y para que la corriente de absorcin tienda a cero Cmo puede hacer una evaluacin rpida del aislamiento en tales situaciones?Basado en el principio del buen aislamiento mostrando un incremento del resultado de la prueba de resistencia del aislamiento con el tiempo, el DAR es la razn derivada de dos resultados como puntos particulares en tiempo durante una prueba. Esta prueba tiene la ventaja de ser rpida (a veces no ms de 60 segundos), y puede ser independiente de la temperatura.Para la prueba del DAR, los dos puntos pueden ser definidos por el usuario. La prueba es til para mostrar humedad o aislamiento contaminado en estructuras de aislamiento rgidas, pero no para usar en aceites aislantes.

Indice de polarizacin (PI)Una popular prueba DAR es la del ndice de polarizacin (PI). Se toman dos medidas (a 1 minuto y a 10 minutos) y estos resultados son calculados la razn PI.

Prueba de paso de voltaje (SV)Al ser un buen aislamiento resistivo, un aumento en el voltaje de prueba tender a un aumento en la corriente, con el resultado que la resistencia permanece constante. Una desviacin en la resistencia con un aumento del voltaje indica un problema con el aislamiento.Este procedimiento de prueba es un buen camino para localizar agujeros y quiebres del material aislante, donde la ionizacin ocurre y reduce la resistencia del aislamiento.

Prueba de descarga dielctrica (DD)Capas defectuosas dentro del aislamiento son caracterizadas por corrientes de absorcin altas. Si carga totalmente el aislamiento y contina la medida en la fase de la descarga, las corrientes de fuga desaparecern dentro de los primeros segundos. La capacitancia es descargada, slo saliendo la corriente de absorcin para el instrumento de prueba a medir. Si una capa del aislamiento est defectuosa, se esperara mostrar una resistencia de fuga reducida, pero la misma capacitancia. La DD es el valor calculado de la corriente, capacitancia y voltaje de prueba y puede indicar problemas en capas individuales del aislamiento.

Modo QuemadoPara localizar una falla, algunas veces se aumenta y mantiene el voltaje de prueba provocando un arco, puede ser detectada tanto la falla como la ionizacin.

Temperatura y HumedadLos cambios de temperatura pueden tener un efecto significante en la medida de resistencia del aislamiento. Una elevacin de 10C reduce a la mitad el aislamiento. Este efecto puede ser cuantificado y las tablas de correccin de temperatura pueden ser usadas para ayudar en la evaluacin de los resultados de las pruebas.El efecto de la humedad no es fcil de cuantificar, ya que diferentes materiales aislantes absorben humedad en diferentes magnitudes, lo cual puede ser dependiente en la edad y condicin del equipamiento. Un esfuerzo en el aislamiento mostrar el efecto de la humedad en los resultados de las pruebas.

Corriente medida o ResistenciaLos probadores de aislamiento miden corriente y calculan la resistencia. Un buen aislamiento da un valor de resistencia alto, mientras que uno pobre da bajos resultados. Adems, un buen aislamiento es resistivo, es decir, aumentar el voltaje de prueba aumenta la corriente, pero la resistencia debe ser la misma. Algunas fallas son ms fciles de identificar observando el cambio de la corriente. Muchos probadores del aislamiento dan a escoger viendo el resultado de la prueba, ya sea en resistencia o corriente.