Método de Comparación de Conductores.
Para este método se utiliza el mismo circuito que en el de Varley, con la única diferencia que se supone el punto defectuoso artificial en el extremo lejano del cable. En este caso la ecuación a utilizar es:
Si a/b =1 es RLH=Rvg1+RL y, por consiguiente, RLH-RL=Rvg1
Puente de Wheatstone.
Para localizar defectos según el puente de Murray, se complementa el puente de Wheatstone con las resistencias adicionales Z y un buen borne M que une el puente de medida al cable.
5.3 Medición de Puesta a Tierra
En muchas instalaciones eléctricas, por ejemplo, en redes de abastecimiento de baja tensión en líneas sencillas de telecomunicaciones, se encuentran un polo puesto a tierra o bien se cierra el circuito a través de tierra.
ATENCIÓN
En las instalaciones con todos los polos aislados se ponen a tierra las partes metálicas, que durante el servicio no están sometidas a tensión, para desviar las corrientes que puedan surgir en caso de deteriorarse el aislamiento. En todos estos casos, la resistencia de puesta a tierra, compuesta por la de línea de acometida, la de transición entre el elemento de puesta a tierra y el suelo y la de propagación de éste, ha de ser tan pequeña que en ella no se puede establecer una caída de tensión inadmisible.
La conductibilidad del suelo puede fluctuar según sean las condiciones atmosféricas. Además, es posible que la resistencia de transición entre el elemento de puesta a tierra y el suelo varíe continuamente debido a la corrosión o a la polarización. Por este motivo es preciso efectuar con frecuencia mediciones de vigilancia, que en los distintos campos de aplicación están fijadas en las prescripciones correspondientes.
Para determinar la resistencia de puesta a tierra, se hace pasar una corriente a través del elemento de puesta a tierra y se mide la caída de tensión establecida. Para que el resultado de la medida no quede falsificado por fenómenos de polarización, se emplea generalmente corriente alterna (procedente de un magneto o de un vibrador alimentado por una batería).
E: Elemento de puesta a tierra.
HE: Elemento auxiliar de puesta a tierra.
S: Sonda.
G: Generador de tensión alterna.
Circuito Básico para medir Puesta a Tierra.
Si en este circuito la corriente que fluye a través del voltímetro y la sonda es mucho menor que la que pasa a través del elemento de puesta a tierra, la resistencia de dicha sonda se puede despreciar, y la resistencia de puesta a tierra RE viene dada por la tensión y la intensidad de la corriente, según la fórmula RE= U/I.
MANTENIMIENTO
• Al instalar el dispositivo de medida hay que tener cuidado de que el elemento auxiliar de puesta a tierra y la sonda queden a una distancia suficiente del elemento principal de puesta a tierra, de forma que los “conos de tensión” (caída fuerte de tensión en las inmediaciones de los electrodos) no se superpongan, falsificando de este modo la medida.
• La sonda debe colocarse a una distancia aproximada equivalente a cinco veces la longitud del elemento de puesta a tierra, y como mínimo a 20m de él. Por este motivo, antes de efectuar la medición, conviene conocer la posición, la forma y las dimensiones del elemento de puesta a tierra.
E: Elemento de puesta a tierra.
HE: Elemento auxiliar de puesta a tierra.
S: Sonda.
G: Generador de tensión alterna.
P: Potenciómetro.
N: Indicador de cero.
UK: Tensión de compensación.
5.4 Medición de Aislamiento
Aislamiento Eléctrico.
El aislamiento eléctrico es un proceso mediante el cual se aíslan los conductores y el equipo, con la finalidad de obtener una alta resistencia y evitar que se produzcan corrientes eléctricas indeseables.
ATENCIÓN
El aislamiento debe ser lo opuesto al conductor: debe resistir la corriente y mantener la corriente en la trayectoria del conductor.
EJEMPLO
Cada cable eléctrico utilizado para un motor, un generador, un cable, un transformador, etc., es cuidadosamente cubierto con muchas formas de aislamiento eléctrico. El cable que alimenta los equipos, usualmente de cobre o aluminio son conocidos como buenos conductores de electricidad.
Para entender el aislamiento, no se necesita penetrar en las matemáticas o en la electricidad, solo hace falta una ecuación simple y sencilla, la ley de Ohm, la cual puede ser de una gran ayuda en muchos aspectos.
El propósito del aislamiento alrededor del conductor es parecido a un tubo llevando agua; la ley de Ohm de resistencia puede ser más fácilmente entendida y comprendida realizando una comparación con un flujo de agua. En la siguiente figura se muestra un tubo; si el tubo El voltaje es como la bomba de presión que produce electricidad, la cual fluye a lo largo del cable de cobre. Como en el tubo de agua, aquí es mayor la resistencia al flujo, pero es mucho menor a lo largo del cable que tiene el aislamiento.
tiene un orificio, se pierde agua y también
Comparación de Flujo de Agua y Corriente Eléctrica.
El sentido común nos dice que al tener más voltaje, más corriente existe y, al tener una menor resistencia en el cable, se tendrá más corriente para el mismo voltaje. Actualmente, esta ley de Ohm es expresada en forma de la siguiente ecuación:
Así, un aislamiento con una resistencia muy alta presenta una oposición grande al flujo de corriente, de tal manera que sólo en estos casos, permite el paso a una cantidad muy pequeña de corriente a través de él. La corriente puede ser de una millonésima de amper ( un micro amper) y éstas son las bases del equipo para pruebas de aislamiento. También es necesario comprender que un alto voltaje tiende a causar más corriente a lo largo del aislamiento. Esta corriente puede o no, causar un problema al aislamiento.
Factores que afectan al Aislante.
Cuando el sistema de planta eléctrica y equipo son nuevos, el aislamiento eléctrico puede estar en su mejor forma. Sin embargo, a pesar de que los fabricantes de alambre, cable, motores, etc. han estado mejorando continuamente para darle un mejor servicio a la industria; incluso hoy en día, el aislamiento puede sufrir muchos efectos que pueden causar las fallas o daños mecánicos, vibración, excesivo calor o frío, suciedad, aceites, vapores corrosivos, humedad de procesos o la humedad de un día. Todos estos efectos hacen que, con el tiempo, se permita una excesiva corriente a través del aislamiento.
Muchas veces la caída en la resistencia del aislante es repentina, como cuando el equipo es inundado. Usualmente, sin embargo, estas caídas son graduales, dando aviso si se verifican periódicamente. Tales verificaciones permiten planear condiciones antes de la falla del servicio.
Si no existen verificaciones, un motor con pobre aislamiento, por ejemplo, puede no solamente ser peligroso al tocarlo cuando tiene voltaje aplicado, sino que también se puede quemar: lo que fue un buen aislante se convirtió en un parcial conductor.
Principales causas de deterioro del Sistema Eléctrico.
Efectos de la Temperatura
Generalmente, las mediciones de resistencia de Temperatura Resistencia de
aislamiento pueden cambiar entre una prueba y aislamiento otra por causa de las variaciones de la temperatura del material aislante.
MANTENIMIENTO
La mejor manera de obtener resultados consistentes en las mediciones, es realizar la prueba de aislamiento bajo condiciones estándar , típicamente a una temperatura base de 20 °C (68 °F ).
En caso que la temperatura del material bajo prueba sea mayor o menor que la temperatura base, se debe hacer una corrección por temperatura. Como regla general, el valor de la resistencia de aislamiento puede ser corregido de dos formas:
• Dividiendo el valor de la resistencia medida por cada 10 °C (50 °F) arriba de la temperatura base 20 °C (68 °F ).
• Doblando el valor de la resistencia medida por cada 10 °C (50 °F) abajo de la temperatura base.
Efectos de la Humedad
Como se ha mencionado, la presencia de humedad en el aislamiento tiene marcados efectos en el valor de resistencia, por lo tanto, un aumento en la humedad del medio ambiente, afecta la resistencia de aislamiento.
Por lo tanto es de principal interés es disminuir las condiciones de humedad de la superficie del aislamiento del equipo.
Si el equipo opera regularmente a temperaturas superiores al llamado punto de rocío, las lecturas de la prueba, por lo general, no se verán afectadas por la humedad.
Esto será así para el caso en que las lecturas del aislamiento están libres de toda contaminación, como pelusa, ácidos o sales, las cuales tienen la propiedad de absorber la humedad, y cuya presencia puede afectar las lecturas de manera imprevista, por lo que deben ser removidos antes de la prueba.
MANTENIMIENTO ATENCIÓN
Como parte de los registros Existen estudios que demuestran que la gota de rocío se de mantenimiento, sería formará en la cavidades y en las roturas del aislamiento recomendable tomar nota al mucho antes de que se haga visible en la superficie del menos, de si el aire del medio mismo. La medición del punto de rocío proporciona una ambiente estaba seco o húmedo pista de la posibilidad de que exista o no esa condición cuando se llevó a cabo la prueba. invisible, lo cual se logra haciendo mediciones alternadas.
ATENCIÓN
La reducción de resistencia de aislamiento es muy peligrosa al ser ésta una de las magnitudes decisivas de una posible falla (cortocircuito). Además, pueden aparecer corrientes derivadas entre dos conductores sometidos a potenciales distintos, lo que provoca un calentamiento del punto donde aparece la falla, con el siguiente recalentamiento y resecamiento del aislante.
En los motores con funcionamiento normal, los bobinados de campo y del inducido están completamente aislados de la carcasa de la máquina. Tomando la resistencia entre la carcasa y los bobinados, se tiene que leer infinito o varios millones de Ohms. A veces, debido al recalentamiento producido por exceso de carga o a factores mencionados anteriormente, la resistencia de aislamiento puede disminuir y parte de la corriente se filtrará a través del aislamiento llegando a la carcasa. Esta filtración o fuga de corriente acelera el deterioro del aislamiento y, si no se la descubre a tiempo el daño será mayor, se producirá un cortocircuito entre las bobinas y la carcasa (a la bobina en estas condiciones se la denomina bobina a masa). El cortocircuito hará que todo el bobinado se recaliente y se queme.
MANTENIMIENTO
Los bobinados de los motores deben inspeccionarse a intervalos regulares para verificar el estado del aislamiento o un posible contacto a masa antes de que se produzcan serios desperfectos. Para probar el aislamiento, no se puede emplear el óhmetro común porque, a menudo, las derivaciones (corriente de fuga) sólo se ponen de manifiesto cuando se aplica la tensión alta. El óhmetro es incapaz de medir las derivaciones (valores de tensión) acordes a la tensión del circuito a verificar, para ello se emplea un instrumento llamado Megger que suministra el alto voltaje necesario y está calibrado para acusar resistencias muy altas.
ACTIVIDAD 18.
Indique cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas y cuáles falsas.
1 El aislamiento debe permitir que pase la mayor cantidad de Verdadero corriente posible.
Falso
2 El riesgo de la reducción de la reducción de aislamiento es un Verdadero cortocircuito.
Falso
3 La humedad es uno de los principales factores a controlar Verdadero para que no ocurran fallas en el aislamiento.
Falso
4 Si el voltaje es alto entonces la corriente en el aislamiento Verdadero disminuye.
Falso
5.5 Aparato Megger
El Megger (del inglés megohmmeter) o megóhmetro es un instrumento de prueba que se usa para medir la resistencia del aislamiento de los conductores.
El Megger deja pasar una cantidad específica de voltaje a través del dispositivo que se está probando y mide la resistencia que este voltaje encuentra. Su nombre fue tomado del primer instrumento que se fabricó en Inglaterra.
Actualmente se fabrican básicamente tres tipos:
De generador de corriente continua (accionado a mano);
De generador de corriente alterna (accionado a mano) con un sistema rectificador; De baterías.
Su uso es muy simple y la lectura dá directamente el valor de la resistencia en ohms o megaohms sin
El valor de la resistencia se indica en la escala del Megger. La indicación de la escala debe multiplicarse por el factor de ajuste correcto ya sea en gigas (1 x 109), por megas (1 x 106), etc.
Si la resistencia es muy alta, no todos los Megger pueden usarse para obtener medidas exactas de esta. En algunos Meggers más pequeños, una medida de resistencia alta puede producir que la escala señale una resistencia infinita. Un Megger de alto potencial, muestra los valores de resistencia en cantidades exactas antes de llegar a la indicación de infinito en la escala.
Algunos Meggers tienen una manivela que se gira para producir el voltaje para la prueba, otros son accionados eléctricamente. En ambos casos, debido a que se desarrollan altos niveles de voltaje, debe usarse el equipo de seguridad eléctrica durante la prueba. La cantidad de voltaje puede variarse y por lo tanto la cantidad de corriente que pasa por la resistencia, razón por la cual hay gran diversidad de equipos.
ATENCIÓN
• La mayoría de los Meggers tienen un conmutador de tres posiciones que se usa para seleccionar la función adecuada para la prueba: carga, medida o descarga.
• La posición de descarga es una característica de seguridad.
• Durante la prueba, puede acumularse algún voltaje en el transformador. Si cuando el Megger se desconecta todavía hay una carga en el transformador, puede formarse un arco peligroso.
• Cuando el conmutador está en la posición de descarga, este voltaje se descarga automáticamente.
Partes Principales del Megger.
Antes de comenzar a describir la manera en que se utiliza el Megger y cómo es que se interpreta una lectura medida en él, empezaremos por nombrar sus partes fundamentales. La siguiente figura muestra un Megger analógico típico, que se utiliza para medir la resistencia de aislamiento, sus partes también aplican para uno digital ya que su diferencia radica en que éste último utiliza un display como salida de la lectura y el análogo utiliza una escala graduada en la cual una aguja se desplaza según la medida que haya tomado.
Las partes principales del Megger analógico son:
• Dos terminales (LO y HI) que sirven de conexión entre el Megger y el equipo en el que se desea medir la resistencia de aislamiento.
• Una escala de medición analógica, donde se lee el valor de la resistencia del aislamiento. Por lo general se incluyen varias escalas.
• Un interruptor selector que permite elegir la escala de medición según el voltaje a aplicar en la prueba de aislamiento.
Terminales.
La conexión de la terminal HI se conecta al equipo a probar. Esta terminal, generalmente de color rojo, contiene el voltaje que se ha elegido en el selector del Megger, y la terminal LO, generalmente de color negro, se conecta en el conductor localizado en el otro lado del aislamiento.
Características de Terminales y Cables.
La cubierta exterior de las terminales deberá ser lisa, sin ningún trenzado.
Los cables deberán contar con terminales que permitan la conexión con el aparato de prueba.
Se recomienda usar caimanes de resorte robustos para la conexión con el aparato bajo prueba.
Se deben evitar empalmes en los conductores de las terminales.
Interpretación de las Resistencias Leídas.
Como fuera previamente mencionado, las lecturas de la resistencia del aislamiento deben considerarse relativas. Éstas pueden ser un poco diferentes en un motor de una máquina probada 3 días seguidos, aunque esto no signifique un mal aislamiento. Lo que realmente pasa es que la tendencia en las lecturas durante un periodo de tiempo, muestra una disminución en la resistencia y por consiguiente un aumento en la posibilidad de surgimiento de problemas. Por lo tanto las pruebas periódicas son la mejor aproximación para prevenir el mantenimiento a un equipo eléctrico, usando hojas de control parecidas a las que se muestran en la siguiente figura.
La curva A muestra los valores de varias pruebas efectuadas y la curva B muestra los mismos valores corregidos a 20 °C (68 °F) señalando una tendencia hacia abajo y hacia una condición insegura. En el reverso de la hoja (aparece a la derecha de la figura) es usada para registrar los datos de las pruebas.
MANTENIMIENTO
Las pruebas pueden realizarse mensualmente, 2 veces al año o 1 vez al año, dependiendo del tipo, localización y la importancia del equipo. Por ejemplo, el pequeño motor de una bomba o un cable de control pequeño pueden ser vitales dentro de un proceso en su planta. Un control de la humedad relativa cerca del equipo que se está probando, es benéfico para evaluar las lecturas y las tendencias. La experiencia es la mejor maestra en fijar los períodos de prueba de los equipos.
La siguiente tabla muestra las acciones que se deben de tomar según la interpretación de las
Ahora consideremos la naturaleza de la corriente hacia el aislamiento y el efecto de como el voltaje es aplicado. La electricidad también fluye hacia el volumen del aislante.
Como se muestra en la figura, la corriente total abarca 3 componentes.
SEGUNDOS
Curvas mostrando componentes de la corriente medida durante las pruebas de aislamiento.
• Corriente de carga capacitiva: Es una corriente que tiene un alto valor inicial, pero que disminuye conforme se carga el aislamiento al voltaje pleno.
• La corriente de carga capacitiva desaparece relativamente rápido conforme el equipo bajo prueba se carga. Esta corriente es también la energía almacenada que se descarga inmediatamente después de que se terminó de efectuar la prueba, cortocircuitando y aterrizando el aislamiento.
• Corriente de Absorción: Es una corriente inicial alta que disminuye paulatinamente.
• La corriente de absorción decrece lentamente en forma relativa, dependiendo de la naturaleza exacta del aislamiento, esta energía almacenada también debe ser liberada al finalizar la prueba, requiriendo de un tiempo mayor que la corriente de carga capacitiva, alrededor de cuatro veces el tiempo que el voltaje estuvo aplicado.
• Conducción o Corriente de Fuga: Es una corriente pequeña esencialmente estable a través de y sobre el aislamiento.
• Con un buen aislamiento, la corriente de fuga deberá alcanzar un valor estable, el cual es constante para el valor de voltaje aplicado, cualquier incremento en la corriente de fuga con respecto al tiempo es una advertencia de problemas.
• La corriente total es la suma de las tres componentes, y es la corriente que puede ser medida por un micro-amperímetro, o por medio de un Megger (ohmetro) en términos de MΩ a un voltaje determinado. Debido a que la corriente depende del tiempo en que se aplica el voltaje, la ley de Ohm es cierta, sólo en teoría, para tiempos infinitos.
ATENCIÓN
En la práctica, se toma la lectura de la resistencia aparente, que es un valor de mucha utilidad para el diagnóstico de problemas.
Precauciones de Seguridad para el uso del Megger.
Se deben seguir todas las reglas de seguridad cuando se está poniendo el equipo fuera de servicio.
Algunas de éstas reglas pueden ser:
• bloquear los interruptores.
• verificar la existencia de voltajes inducidos o externos.
• utilizar la tierra personal de seguridad.
RECUERDE
Al trabajar con un equipo de alto voltaje, siempre existe la posibilidad de que se encuentren presentes voltajes inducidos en el aparato bajo prueba o en las líneas a las que está conectado, debido a la cercanía del equipo de alto voltaje energizado.
En lugar de eliminar la tierra personal de seguridad, es recomendable desconectar el aparato. También es recomendable utilizar guantes de hule o dieléctricos al conectar las puntas del Megger y al operar este equipo de medición con ciertas precauciones. 1 El aparato bajo prueba debe estar desenergizado
Si se tiene que desconectar el neutro o alguna conexión a tierra, es importante asegurar que no conduzcan corriente en ese momento, y que al momento de hacer la desconexión, no quede ningún otro equipo desprotegido por falta de dicha conexión.
2 Peligro de descarga del aparato bajo prueba
Los cables o equipos eléctricos grandes almacenan cantidades peligrosas de energía, por lo que es necesario asegurar que se han descargado al terminar cualquier prueba y antes de manipular las terminales.
3 Peligro de explosión y de incendio
Con el uso normal del Megger, no hay peligro de incendio. Sin embargo, hay riesgo latente si el equipo de prueba está ubicado en una zona con atmósfera inflamable o explosiva.
Por lo tanto, no es recomendable utilizar el aparato en áreas con atmósfera explosiva ya que una pequeña chispa se puede generar bajo las siguientes condiciones: • Cuando se conectan las puntas de prueba a algún aparato que no ha sido previamente descargado. En este caso se recomiendan puntos de prueba en un área donde el instrumento pueda conectarse y desconectarse sin peligro de explosión.
• Con el arqueo, durante la prueba de un aislamiento dañado.
• En la descarga de la capacitancia después de que se efectúo la prueba. En este caso se deben emplear instrumentos de prueba de bajo voltaje, o una resistencia en serie.
5.6 Otros Aparatos de Medida
El Microóhmetro.
A diferencia de los megóhmetros, el microóhmetro permite medir resistencias de menor escala. Se pueden medir resistencias de elementos como contactos, contactores, resistencia de cables y devanados en motores, transformadores, etc. Las corrientes de prueba que manejan varían desde 1mA hasta 100A.
Medidor de Resistencia de Prueba tipo Puente (Telurímetro).
Es un instrumento de los denominados Megger y nos sirve para medir la resistividad que tiene un terreno o el suelo y, en base a esto, saber si es un lugar factible para poner un sistema de tierras físicas. Para llevar a cabo la prueba es necesario enterrar las varillas que vienen con el equipo y poner a cierta distancia una de otra, así, por medio de los cables, se conectan las varillas al equipo y se hace la medición.
Medidor de Tierras tipo Pinza.
La pinza de medida de resistencia de puesta a tierra simplifica el proceso de comprobación del bucle tierra y permite realizar medidas de corrientes de fuga no intrusivas.
El proceso de comprobación de la resistencia del bucle de tierra también se conoce como comprobación de tierra “sin picas”. Para llevar a cabo la medida no es necesario colocar picas ni desconectar el sistema de tierra de la instalación eléctrica.
TDR.
El TDR es otra de las clasificaciones de los aparatos Megger y es el encargado de medir fallas en las líneas de alimentación eléctrica. La función principal es que, al conectarlo a los conductores o líneas de alimentación, este aparato nos detecte posibles fallas en las líneas de alimentación como lo son cortocircuito entre las líneas, cortocircuito a tierra, deterioro del aislamiento, etc. La manera de utilizarlo es conectarlo a los conductores que se quieran medir y ponerlo en una escala adecuada de medición y observar en la pantalla si hay variaciones en las gráficas de prueba.
6 Instrumentos de Medición Eléctrica
6.1 Preparación de un Aparato de Medida
Preparación del aparato para Prueba de Aislamiento.
Algunos aspectos que se deben considerar en la preparación del equipo para la prueba de
aislamiento son:
Apagar el aparato:
Definir el equipo a incluir en la prueba:
Es necesario abrir los interruptores del aparato para ponerlo fuera de servicio. También se debe desconectar de otros equipos, incluyendo el neutro y la tierra de protección.
Inspeccionar la instalación cuidadosamente para determinar exactamente cuál es el equipo conectado y el que se va incluir en la prueba. Esto es muy importante, ya que mientras más equipo esté involucrado en la prueba, menor será la lectura, y la verdadera resistencia del aislamiento del equipo en cuestión se verá oculta por el equipo asociado. Es posible que la resistencia de aislamiento de la instalación completa, sea alta aún sin haber desconectado todo, en especial si se trata de una prueba de tiempo.
Descargar la capacitancia:
Verificar las fugas de corriente en interruptores:
Es necesario abrir los interruptores del aparato para ponerlo fuera de servicio. También se debe desconectar de otros equipos, incluyendo el neutro y la tierra de protección.
Cuando un aparato se pone fuera de servicio para una prueba de resistencia de aislamiento, habrá que asegurar que las lecturas no estén afectadas por fugas a través de los interruptores o portafusibles. Las fugas pueden generar valores incorrectos de la resistencia del aislamiento del equipo bajo prueba.
Los instrumentos Megger normalmente están equipados con un interruptor especial para esta operación. Si no existe una posición para descarga se deberá utilizar una varilla de descarga. Los equipos que son altamente capacitivos, deben ponerse en cortocircuito, hasta que estén listos para energizarse nuevamente.
Algo más serio que puede ocurrir es que una línea energizada esté generando una fuga hacia el equipo de prueba, causando que se tengan lecturas inconsistentes, sobre todo si la línea energizada es corriente continua, sin embargo, dichas fugas pueden ser detectadas observando la aguja indicadora del Megger al momento en que las terminales son conectadas al aparato y antes que el instrumento sea operado.
Un punto importante antes de hacer una prueba es que se debe asegurar que toda la capacitancia esté descargada, conectando a tierra el aparato. El probador de aislamiento Megger nunca se debe conectar a una línea o aparato energizado.
Seguidamente, se conecta el Megger con el circuito que va a probar y se acciona la manivela generándose un alto voltaje en las terminales. A raíz de esto, pasa corriente por el circuito o el aislamiento que se está probando.
Este flujo de corriente se mide con el dispositivo móvil como el óhmetro, pero a diferencia de éste, el Megger está calibrado para medir megaohms (1MΩ = 1,000,000 Ω).
Relación de Absorción Dieléctrica.
Es importante conocer la existencia de dos variantes de Megger según el accionamiento del generador:
Independientemente de cuál de los dos se está utilizando, para sacar la relación de absorción dieléctrica (Rad) es necesario hacer dos lecturas para conocer si el aislamiento se encuentra en buenas condiciones.
Las lecturas que se deben realizar son:
La resistencia de aislamiento es interpretada por la relación de absorción dieléctrica (Rad).
Cuando:
Precauciones de seguridad para el uso del Megger.
Se deben seguir todas las reglas de seguridad cuando se está poniendo el equipo fuera de servicio. Algunas de éstas reglas pueden ser:
• Bloquear los interruptores
• Verificar la existencia de voltajes inducidos o externos o utilizar la tierra personal de seguridad. Es importante recordar que, al trabajar con equipo de alto voltaje, siempre existe la posibilidad de que se encuentren presentes voltajes inducidos en el aparato bajo prueba o en las líneas en que está conectado, debido a la cercanía del equipo de alto voltaje energizado. Por lo tanto, en lugar de eliminar la tierra personal de seguridad, es recomendable desconectar el aparato.
También es recomendable utilizar guantes de hule o dieléctricos al conectar las puntas del Megger y tener estas precauciones al operar este equipo de medición:
Aparato bajo prueba Si se tiene que desconectar el neutro o alguna desenergizado: conexión a tierra, es importante asegurar que no
conduzcan corriente en ese momento, y que en el momento de hacer la desconexión, no quede ningún otro equipo desprotegido por falta de dicha conexión.
Descarga del aparato bajo prueba: Los cables o equipos eléctricos grandes, almacenan cantidades peligrosas de energía, por lo que es necesario asegurar que se han descargado al terminar cualquier prueba y antes de manipular las terminales.
Peligro de explosión y de Con el uso normal del Megger, no hay peligro de incendio: incendio. Sin embargo este riesgo está latente si el equipo de prueba está localizado en una zona con atmósfera inflamable o explosiva.
No es recomendable utilizar el aparato en áreas con atmósfera explosiva, una pequeña chispa se puede generar bajo las siguientes condiciones:
Cuando se conectan las puntas de prueba a algún aparato que no ha sido previamente descargado. En este caso se recomiendan puntos de prueba en un área donde el instrumento pueda conectarse y desconectarse sin peligro de explosión.
Con el arqueo, durante la prueba de un aislamiento dañado.
Descarga de la capacitancia después de que se efectúo la prueba. En este caso se deben emplear instrumentos de prueba de bajo voltaje, o una resistencia en serie.
ATENCIÓN
No se deben desconectar las puntas de prueba por lo menos de 30 a 60 segundos después de la prueba, de manera que se permita la descarga de la capacitancia.
6.2 Medición de Resistencia de Aislamiento con Voltaje Único
Tipos de pruebas de Resistencia de Aislamiento.
Lecturas de tiempo corto.
En este método se conecta el instrumento Megger entre las terminales del aislamiento bajo prueba y se deja trabajando por un período de tiempo corto específico (usualmente se recomienda un tiempo de 60 segundos).
Como se muestra en la figura anterior, se ha tomado un punto sencillo de la curva de los valores de la resistencia que van incrementándose. Generalmente, los valores deberán ser menores para 30 segundos y mayores para 60 segundos.
RECUERDE
Se deben considerar la temperatura y la humedad, así como las condiciones del aislamiento que puedan afectar la lectura.
Si el aparato bajo prueba tiene una capacitancia muy baja, como es el caso de un cableado pequeño de una casa, todo lo que se requiere es una prueba de corto tiempo.
Sin embargo la mayoría de los equipos son capacitivos, de manera que la primera prueba de corto tiempo, sin una prueba anterior, sólo será una guía aproximada del estado en que se encuentra el aislamiento.
Generalmente se utiliza la regla de 1MΩ para el valor de resistencia mínimo permisible.
La regla se puede describir como la resistencia de aislamiento que deberá ser aproximadamente de 1MΩ por cada 1,000 V del voltaje de operación, con un valor mínimo de 1 MΩ.
En la práctica, las lecturas en MΩ son sustancialmente mayores a este mínimo, cuando el equipo es nuevo o cuando el equipo se encuentra en buenas condiciones.
Tomando lecturas periódicamente y graficándolas, se tendrá una mejor base para juzgar las condiciones del aislamiento. Cualquier tendencia persistente a la baja, es una buena advertencia de que puede haber problemas posteriormente, aunque las lecturas tengan un valor superior al mínimo recomendado.
De la misma manera, siempre y cuando las lecturas periódicas sean consistentes, el equipo se encuentra en buen estado aunque éstas se encuentren por abajo del valor mínimo recomendado.
EJEMPLO
Por ejemplo, un motor de 2400 V nominales deberá tener una resistencia de aislamiento de 2,4 MΩ.
Método de tiempo-resistencia (absorción dieléctrica).
El método tiempo-resistencia es independiente de la temperatura, y normalmente se puede obtener información concluyente aún sin contar con registros de pruebas realizadas anteriormente.
Este método se basa en la comparación del efecto de absorción de un aislamiento en buen estado contra el de un aislamiento húmedo o contaminado. Simplemente se toman lecturas sucesivas a determinados tiempos, y se anotan las diferencias en las lecturas.
Las pruebas hechas con este método, normalmente se refieren como pruebas de absorción
Un buen aislamiento debe mostrar un incremento continuo en la resistencia sobre un período de tiempo del orden de 5 a 10 minutos, como se muestra en la curva A de la figura anterior.
El continuo incremento en la resistencia es causado por la corriente de absorción. Un buen aislamiento muestra este efecto de carga por un período de tiempo mucho más largo que el tiempo requerido para cargar la capacitancia del aislamiento.
Si el aislamiento contiene mucha humedad o contaminación, el efecto de absorción es superado por una alta corriente de fuga que permanece a un valor más o menos estable, manteniendo una lectura de resistencia baja.
La prueba de absorción también es valiosa, debido a que es independiente del tamaño del equipo.
El incremento en la resistencia para un aislamiento limpio y seco ocurre de la misma manera, independientemente de que el motor sea grande o pequeño. Por lo tanto, es posible, comparar varios motores y establecer estándares para motores nuevos, sin importar su capacidad en HPs.
En la siguiente figura se muestra cómo una prueba de 60 segundos aparecería como aceptable aún y cuando el aislamiento se encuentra en mal estado.
Cuando el aislamiento está en buenas condiciones, la lectura de 60 segundos es mayor que la lectura
Una ventaja extra de las pruebas de doble lectura, como a veces se le llama, es que proporcionan un panorama más claro, aún cuando la prueba de tiempo corto indica que el aislamiento parece estar en buen estado.
Por otra parte, si la aguja muestra un incremento gradual en el chequeo de los 30 a los 60 segundos, entonces se puede tener la seguridad de que los devanados están en buenas condiciones.
La prueba de tiempo-resistencia hecha en máquinas rotativas grandes, especialmente aquellas con un alto voltaje de operación, requieren rangos de resistencia muy altos y un voltaje de prueba lo más constante posible.
Un instrumento Megger de uso rudo, con alimentación de la línea, cubre estas necesidades de la misma manera. Dicho aparato se adapta más fácilmente a los cables, transformadores e interruptores de dimensiones mayores.
Ensayo de Absorción Dieléctrica.
Se define IP como la relación entre la resistencia de aislamiento (Ra) medida a los 10 minutos y la medida al minuto de aplicada la tensión continua al espécimen.
Otra forma de medir el IP es mediante una fuente de corriente continua estabilizada donde en un amperímetro puede leerse la lectura al minuto y a los 10 minutos, en este caso:
Los valores se grafican en un diagrama donde:
El aislamiento se encuentra en buen estado cuando el diagrama es una línea recta que aumenta apreciablemente con el tiempo de ensayo. La humedad, contaminación o deterioro conducirán a una línea recta que se elevara, en el tiempo, muy suavemente tendiendo a aplanarse.
Un IP < 1 puede indicar excesiva humedad o carbonización sobre o dentro del aislamiento.
EJEMPLO
Si durante la lectura de tiempo corto en una prueba se tiene un valor de 10 MΩ y en el chequeo de doble lectura. La resistencia del aislamiento se mantiene estable mientras se mantiene estable el voltaje durante 60 segundos, esto significa que hay humedad o polvo en los devanados que se están midiendo.
Pruebas durante el Secado de un Equipo.
Cualquier persona involucrada en el mantenimiento de equipo eléctrico, se enfrenta normalmente al peligro de un equipo húmedo con agua fresca. En estos casos simplemente se requiere secar el equipo.
Sin embargo, si el equipo se humedeció con agua salada, primero hay que lavarlo con agua fresca para remover la sal, de otra manera quedará depositada. La sal es un material bastante corrosivo para el metal y la superficie del aislamiento.
Con un poco de humedad, tales depósitos se convierten en excelentes conductores de la electricidad. Además, en caso de que exista grasa y aceite en el aislamiento, éstos se deben eliminar utilizando un solvente adecuado.
Existen varias maneras de secar un equipo, dependiendo principalmente de su tamaño y su maniobrabilidad. Para esto se puede utilizar:
• Un soplo de aire caliente.
• Un horno.
• Circulación de corriente a través de los conductores.
• Una combinación de alguna de estas técnicas.
En algunos casos, o con ciertos equipos, puede no ser necesario el secado. Esto se puede verificar con la prueba de aislamiento, siempre y cuando existan lecturas anteriores en el aparato.
Cuando se requiera el secado, dichas lecturas serán de utilidad para determinar el momento en que el aislamiento está lo suficientemente libre de humedad.
Hay que tener en cuenta que el equipo húmedo siempre estará susceptible a una ruptura del aislamiento. Por lo tanto, deberá utilizarse un probador Megger de bajo voltaje ( modelos de 100 o 200 V), por lo menos en las primeras etapas del secado.
EJEMPLO
Se presenta como ejemplo un motor de 100 HPs que ha sido sumergido en agua.
Después de limpiarlo, se le hace una prueba de tiempo corto con un Megger, por medio del cual se obtiene una lectura de 1.5 MΩ.
De antemano, probablemente se llegaría a la conclusión de que está bajo condiciones adecuadas; más aún, si los registros anteriores muestran que la resistencia de aislamiento varía entre 1 y 2 MΩ, se puede tener la seguridad de que está en buenas condiciones. Por otro lado, si los registros anteriores muestran que los valores normales de resistencia varían entre 10 y 20 MΩ, entonces se puede afirmar que los devanados del motor aún están húmedos.
En la figura se muestra una curva típica de secado, para la armadura de un motor de corriente continua.
En ésta se puede observar cómo cambia la resistencia de aislamiento en las lecturas que fueron tomadas cada 1 minuto durante cuatro horas.
Durante la primera parte de la prueba, la resistencia decrece por el aumento de la temperatura; luego permanece a una temperatura constante, la resistencia comienza a elevarse conforme se realiza el secado.
Finalmente, se eleva a un valor alto, hasta que alcanza la temperatura ambiente de 20 °C (68 °F ).
En caso que la prueba de resistencia de aislamiento se realice durante el secado, y además se cuente con las lecturas de pruebas anteriores con la máquina seca, será sencillo saber cuándo se alcanza un valor seguro para el equipo bajo prueba.
Podría preferirse el uso de la prueba de tiempo-resistencia, tomando lecturas periódicamente, utilizando el índice de absorción o el índice de polarización para darle seguimiento al avance del secado.
6.3 Medición de Resistencia de Aislamiento con Multivoltaje
Pruebas de Multivoltaje.
Las prácticas de mantenimiento tienden a indicar el valor de la prueba de aislamiento en voltajes de corriente continua a niveles ligeramente mayores que los valores pico del voltaje nominal de corriente alterna del equipo bajo prueba.
Tales pruebas de corriente continua han mostrado en algunos casos habilidad para revelar, no destructivamente, debilidades incipientes en el aislamiento, que no podrían ser encontrados de otra manera, excepto por medio de la prueba de detección corona, a niveles no destructivos del voltaje corriente alterna de prueba.
La técnica implica la aplicación de dos o más voltajes de corriente continua de prueba, y la observación crítica de cualquier reducción de la resistencia de aislamiento al mayor de los voltajes.
Cualquier reducción marcada o inusual de la resistencia de aislamiento para un incremento prescrito del voltaje aplicado, es una indicación de una debilidad incipiente en la resistencia de aislamiento.
El valor máximo del voltaje que deberá ser usado dependerá en gran medida de la limpieza y de la humedad que se encuentre el aislamiento bajo prueba.
Al hacer las pruebas en el aislamiento a tales voltajes de corriente continua, el método del Óhmetro tiene al menos una ventaja: se puede contar con un instrumento con voltajes fijos prescritos disponibles a través de un switch y con lectura directa en W. Éste es un método más En la figura anterior, el cambio que puede ocurrir en la corriente de fuga, después de que la corriente de absorción ha desaparecido, se muestra graficando en términos de resistencia de aislamiento como resultado de aplicar estos dos voltajes.
Esto es una suposición, pero es una condición poco común en la práctica. Si el aislamiento continua estable a 2500 V, no habrá cambio en el valor obtenido de la resistencia del aislamiento, como se muestra en la extensión punteada de la línea horizontal arriba de la curva.
Cuando aparecen condiciones no lineales a voltajes mayores, estos son indicados en la curva de voltaje-resistencia por la desviación hacia abajo de la curva.
Por lo tanto, la curva muestra la simplicidad de determinar el cambio en la estabilidad del aislamiento usando tres voltajes fijos que son fácilmente reproducibles, cuando se hacen pruebas de tres voltajes como rutina.
Es importante señalar que esta curva indica solamente el cambio de resistencia debido a la corriente de fuga, y no a la corriente de absorción que puede aparecer por un período de tiempo en cada cambio en voltaje. Podría ser necesario esperar un tiempo apreciable para que desaparezca la corriente de absorción antes de tomar la lectura.
Para comprender mejor la técnica de hacer pruebas de resistencia de aislamiento con dos o más voltajes, se sugiere seguir los siguientes pasos, tomando como ejemplo un motor industrial o de tracción de voltaje nominal entre 300 y 1000 V:
1 Se debe efectuar una medición de un minuto con el Megger a 500 V, para que sirva de referencia para mediciones subsecuentes.
2 Se debe realizar una operación de limpieza en el motor, para después efectuar una segunda medición a 500 V, para comprobar la efectividad de la limpieza.
3 Si el valor de la resistencia de aislamiento de un minuto es anormal, o si la relación de la resistencia de aislamiento de 60 seg /30 seg no es mayor a la unidad, entonces es conveniente efectuar una operación de secado antes de usar un voltaje mayor. Por ejemplo, si se lleva a cabo una prueba a 1000 V y la relación de resistencia es apreciablemente menor que el de la prueba de 500 V, entonces se deberá realizar la operación de secado. Por otra parte, si los valores de las pruebas de 1000 y 500 V son aproximadamente iguales, es razonable suponer que la operación de secado puede ser diferida hasta después del siguiente paso.
4 Efectuar la prueba con el Megger a 2500 V. Si no existe una diferencia apreciable entre los valores de las pruebas a 500 V y 2500 V, existe una buena evidencia de que el motor bajo prueba esta en buenas condiciones, por lo menos en lo que se refiere al aislamiento.
Por otra parte, si existe una diferencia apreciable entre los dos, se tendrá una buena evidencia de que se requiere un mejor reacondicionamiento de la máquina.
Si el aislamiento falla en la prueba de 2500 V, después de haber seguido los pasos 1, 2 y 3, se puede concluir que el motor en cuestión, muy probablemente hubiera fallado en servicio, aún sabiendo que se intentó su reacondicionamiento en base a pruebas de bajo voltaje solamente.
El método de multivoltaje, también puede ser útil para determinar el grado de humedad existente en el aislamiento de motores o equipo con un voltaje nominal equivalente o mayor al voltaje más grande disponible en el probador Megger en uso.
EJEMPLO
Si la resistencia de aislamiento se prueba en base a lecturas de corto tiempo a 500 V, y luego a un mayor potencial (2500 V, voltaje nominal del equipo bajo para prueba), un valor más bajo en la resistencia de aislamiento para la prueba del voltaje de CD mayor, indica usualmente la presencia de humedad.
Los voltajes aplicados deberán cumplir con una relación de 1 a 5. La experiencia ha indicado que una diferencia de un 25% en los valores de la resistencia de aislamiento, con una relación de los voltajes de prueba 1 a 5, se debe usualmente a la presencia excesiva de humedad.
Este método no se basa en el método de absorción dieléctrica. Al igual que con las mediciones de tiempo -resistencia, el método de multivoltaje de prueba de resistencia de aislamiento tiene un mayor valor cuando se lleva a cabo periódicamente o en base a un programa de mantenimiento.
Método de Pasos de Voltaje.
En este método se requiere de un Megger de multivoltaje para aplicar dos voltajes en pasos, por ejemplo, 500 V de corriente continua y luego 1000 V de corriente continua.
Es importante poner atención a cualquier reducción en la resistencia de aislamiento para el voltaje más alto. Si la resistencia es más baja, es un síntoma de la debilidad del aislamiento que se muestra solamente para el voltaje más alto.
La siguiente figura muestra un ejemplo en el que, en lugar de incrementar progresivamente el voltaje, primero se prueba a un bajo voltaje, 500 V, y luego, después de descargar la muestra, se
Cualquier diferencia entre las dos pruebas, en términos de MΩ, será un signo de debilidad de aislamiento para el voltaje mayor, condición que se deberá investigar posteriormente. Debido a que la condición dentro de la muestra deteriora la gráfica para el voltaje mayor, ésta tendrá una reducción en MΩ respecto a la del voltaje menor, así como su pendiente ascendente será menor.
La humedad y la suciedad en el aislamiento son usualmente revelados mediante pruebas a voltajes mucho menores que los de servicio normal del equipo bajo prueba. Sin embargo, los efectos del daño mecánico en aislamientos adecuadamente limpios no pueden ser revelados aplicándoles dichos voltajes de bajo nivel.
Ahora, cuando el voltaje se incrementa en pasos para producir esfuerzos eléctricos que se aproximan o exceden aquellos que tienen en servicio, los puntos de debilidad localizados tienen una influencia cada vez mayor, sobre la resistencia total del aislamiento.
La resistencia de tales fallas locales decrece generalmente de una manera rápida, conforme al esfuerzo eléctrico aplicado a ellas se incrementa más allá de ciertos límites.
En la siguiente figura se presentan las curvas de dos lecturas consecutivas con el Megger, donde se muestra claramente la aguda caída de la resistencia.
Cada paso de voltaje, hay que mantenerlo constante por solamente 60 segundos. Este período corto, no afectará la tendencia del cambio de resistencia sin embargo, cada período de prueba, deberá ser el mismo para un equipo dado.
Puede ser que el total de la resistencia de absorción no haya desaparecido totalmente, pero las mediciones serán hechas bajo las mismas bases y por lo tanto serán comparables.
Los resultados serán independientes del material del aislamiento y de su temperatura, ya que lo que se puede observar son cambios en la resistencia de aislamiento y no en sus valores absolutos.
Al igual que con los métodos de tiempo corto y de lecturas instantáneas, el método de pasos de voltaje es más efectivo si se utiliza en base a un programa que asegure la periodicidad de las pruebas.
RECUERDE
El método de pasos de voltaje es especialmente adecuado para detectar contaminación por humedad u otro elemento, en máquinas cuyo voltaje nominal sea igual o mayor que el máximo voltaje del Megger. En otras palabras, aunque el Megger no aplique esfuerzos eléctricos a la máquina más allá de su voltaje nominal, una prueba de dos voltajes podrá, en la mayoría de los casos, revelar la presencia de tales contaminantes.
6.4 Casos Prácticos
Prueba de Malla de 3 Terminales.
Todos los probadores Megger de rango de 1000 MΩ o mayores, están equipados con la terminal Guard.
El propósito principal de esta terminal es el de proporcionar facilidades para llevar a cabo la llamada prueba de malla de tres terminales, de tal manera que la resistencia de uno de los dos caminos posibles se puede determinar directamente.
La terminal Guard se utiliza para mediciones de valores de resistencia grandes y para la estabilización de lecturas.
Además, la terminal Guard tiene el propósito secundario de proporcionar una fuente de voltaje de corriente continua de buena regulación y de una capacidad de corriente limitada.
El aislamiento de todo aparato eléctrico tiene dos caminos de fuga de corriente uno a través del material aislante y otro sobre su superficie.
Al insertar una tercera terminal de prueba en el camino de la fuga superficial, ésta es separada en dos partes, formando una malla de tres terminales.
Cables y Multiconductores.
Se debe revisar que no exista equipo conectado que pudiera resultar afectado debido al voltaje aplicado por el Megger.
Se desconecta la cuchilla del voltaje de alimentación y se determina la resistencia de aislamiento a tierra conectando la punta positiva del Megger a la terminal de la cuchilla, y la negativa a la Devanados de un Transformador.
Se puede usar un Megger para probar la resistencia de un devanado del transformador a tierra. Esta prueba puede usarse para ayudar a diagnosticar posibles cortocircuitos en el transformador.
La prueba de la resistencia con el Megóhmetro es mucho más valiosa cuando se hace rutinariamente. Las medidas de la resistencia de un transformador pueden bajar continuamente durante el uso del transformador. La disminución de la resistencia puede ser causada por el deterioro del aceite del transformador o por el aislamiento de los devanados.
Si se observa la tendencia de varias medidas tomadas durante un período de tiempo, es posible descubrir problemas que no aparecerían en el resultado de una sola prueba.
En este sentido, tendencia significa la dirección que siguen las variaciones graduales en una serie de medidas.
El procedimiento para probar la resistencia de un devanado del transformador a tierra puede incluir los pasos siguientes:
1 especifica el nivel de voltaje para la prueConsulte las instrucciones del fabricante ba y da las instrucciones para conectar los antes de usar el Megger. El fabricante
conductores de prueba. El probador no debe encenderse hasta que el usuario no esté listo para comenzar la prueba.
2 Quite la conexión a tierra de lado del transformador que va a probar. Esta prueba no se puede hacer si el devanado esta conectado a tierra.
3 Revise el otro lado del transformador para comprobar que está conectado a tierra. Debe estar conectado a tierra para drenar a tierra cualquier voltaje inducido, de manera que no afecte los resultados de la prueba.
4 Conecte los conductores de prueba según las instrucciones del fabricante.
5 Ajuste el voltaje a la cantidad apropiada para la prueba.
6 Coloque el ajuste del multiplicador en la posición correcta para la prueba..
7 Encienda el Megger.
8 Ajuste el conmutador o selector rotatorio de tres posiciones en la posición de carga. Cuando la aguja en la escala deje de moverse, ponga el conmutador en la posición de medida.
9 Observe la escala de resistencia. Si la aguja no se queda cerca del centro de la escala, cambie el ajuste del multiplicador hasta que se obtenga una medida exacta.
10 Descargue cualquier voltaje que pueda haberse acumulado durante la prueba.
11 Apague el Megger.
12 Anote los resultados de la prueba.
¡Felicitaciones!
Usted ha finalizado el capítulo 6.
A continuación se desarrollará el capítulo Medición de Capacidades e Inductancias.
7 Instrumentos de Medición Eléctrica
7.1 Instrumentos de Medición
Galvanómetro Balístico.
Para medir capacidades se pueden utilizar galvanómetros balísticos aplicando la misma tensión primero al capacitor Cx, cuya capacidad se desconoce y después a un condensador patrón CN, midiendo a continuación con el galvanómetro la carga o descarga de dicho condensador.
La relación entre las desviaciones de la aguja del galvanómetro x y N es generalmente igual a la diferencia existente entre las capacidades. Los valores medidos dependen también del ajuste de la sensibilidad n del galvanómetro, de forma que la capacidad que se desea medir (Cx) se puede calcular según la siguiente ecuación:
ATENCIÓN
En este tipo de mediciones hay que procurar que el impulso balístico sea siempre de breve duración, es decir, tiene que haber terminado antes que la aguja del galvanómetro se desvíe considerablemente. Si esta condición no se cumple al medir grandes capacidades, dado que el tiempo de carga o descarga del condensador es mucho mayor que el período de oscilación del galvanómetro, hay que considerar un factor de corrección que se puede tomar de las características adjuntas a los aparatos. Si, igualmente, se utiliza un condensador de patrón externo (cuya capacidad sea aproximadamente igual a la que se pretende medir) los errores surgidos al ajustar a la capacidad patrón CN y al medir son iguales y, por consiguiente, no influyen en el resultado.
Megómetro Microfaradímetro.
Las mediciones de aislamientos y capacidades, por ejemplo, en cables, se realizan convenientemente con un megómetro microfaradímetro. Tanto la resistencia de aislamiento como la capacidad de un cable se pueden determinar comparándolas con los patrones incorporados (0,1 MΩ y 0.1 µF).
La comparación de capacidades como medición de carga o de descarga, se puede efectuar también con un patrón externo. Mediante un selector apropiado se puede conmutar sin modificar el circuito externo de un tipo de medida al otro y de la operación de comparación (o calibrado) y la de medida.
El siguiente circuito se usa para galvanómetros de indicador luminoso con márgenes de medida comprendidos entre 10 kΩ y 0,3 TΩ y de aproximadamente 750 pF a 11 mF, así como galvanómetros de espejo con márgenes de medida comprendidos entre 25 kΩ y 4 TΩ y de 1000 pF a 12 µF.
• M Selector tipo medida.
• MT Pulsador medida.
• GT Pulsador galvanómetro (cortoc.).
• RN Resistencia patrón.
• CN Conductor patrón.
• CNa Conductor patrón externo.
• Rx Resistencia aislante a medir.
• Cx Conductor cuya capacidad se desea medir.
Puente de Medida RLC.
Además de lo anteriormente mencionado, el puente de medida RLC se puede emplear también conectando patrones externos para efectuar mediciones comparativas de las magnitudes indicadas y mediciones porcentuales entre el “valor normal -20%” y “valor normal +20%” (2 márgenes de medida).
El dispositivo de medida está compuesto esencialmente por un puente, en el que dos brazos están complementados con resistencias reactivas para medir inductancias, capacidades y resistencias aparentes.
La magnitud de medida desconocida forma uno de estos dos brazos. En la diagonal (derivación neutra) se encuentran un amplificador de medida y un indicador de sintonización.
En las mediciones de inductancias y capacidades se puede determinar la magnitud aproximada del factor de pérdidas mediante un ajuste de fases.
7.2 Medición del Factor de Pérdidas
Para medir la capacidad Cx, el factor de pérdidas tan δx y la variación relativa de la capacidad ΔCx/Cx0 de condensadores, cables, líneas aéreas y materiales aislantes (entre electrodos) se utiliza el puente de medida universal C tan δ, el cual es apropiado para mediciones aisladas y comprobaciones en serie.
En caso que el ajuste del puente sea totalmente automático, es posible registrar los valores de tan δx y ΔCx/Cx0 , con impresores de líneas. También se puede controlar en oscilógrafo de rayos catódicos, durante la medición, el comienzo de la descarga de efluvios en el objeto a comprobar. Asimismo se puede registrar el valor de umbral de la tensión de prueba, indicado en el aparato.
El puente de medida universal C tan δ equivale en principio a un Puente Schering para mediciones Cx y tan δx en el cual el ajuste de la capacidad se efectúa mediante las resistencias de precisión RN ( de graduación decádicas) y Rx, y el ajuste del ángulo de pérdidas con el condensador de capacidad Cδ.
• CN Conductor patrón sin pérdidas.
• Cx Conductor cuya capacidad de descarga a medir.
• δX Ángulo de pérdidas a medir.
• RN, RX Resistencia de ajuste de la capacidad.
• Cδ Conductor ajuste del ángulo de pérdida.
• G Indicador de cero.
Puente de medida universal, de C y de tan δ, circuito básico
CN Capacitor Patrón sin pérdidas
CX Capacitor que se desea medir δX ángulo de pérdidas a medir RN,RX Resistencia Ajuste de la capacidad
DW Transformador diagonal
EN Indicador Electrónico. de cero
K Compensador complejo
P1, P2 Potenciómetro. de compensación
LS Acometida. Dispositivo. Registrador.
U Valor cresta tensión de Prueba.
OSZ Oscilógrafo
ZG aparato adicional
8 Instrumentos de Medición Eléctrica
8. Medición de Campos Magnéticos y Frecuencias
8.1 Medición del Campo Magnético
Las mediciones de campos magnéticos con bobinas móviles y generadores de medida se basan en la Ley de Faraday. Éstas pueden ser:
Bobina Móvil En el primer caso se introduce una pequeña bobina en el punto del campo que se desea medir y se retira rápidamente del mismo. El impulso de tensión inducido se evalúa con un galvanómetro balístico.
Generador de Medida Su bobina de prueba gira en el campo magnético con una velocidad definida, a la que se puede trabajar más cómodamente. La exactitud depende principalmente de la constancia de la velocidad de giro. Sin embargo, la cabeza medidora, relativamente grande, no se puede emplear en todas partes.
Los llamados efectos galvanomagnéticos, que tienen lugar en conductores inmóviles en un campo magnético a través de los cuales fluye la corriente, ofrecen otras posibilidades para medir la intensidad del campo magnético. La resistencia óhmica del bismuto depende del campo magnético (esta dependencia es aún mayor en algunos compuestos semiconductores de reciente desarrollo). No obstante, de esta forma no se puede registrar el sentido del campo magnético.
Para aprovechar el efecto Hall se pueden construir sondas de tamaño muy reducido, que son muy apropiadas para medir la intensidad de los diversos puntos de un campo magnético, registrando al mismo tiempo el sentido del mismo.
En la figura se muestra el principio de este método de medición. La intensidad de la corriente de mando I del generador Hall se ajusta a un valor determinado. La inducción magnética B se determina midiendo la tensión Hall UH, según la fórmula:
Donde: Principio de medida del campo d = espesor del generador Hall. magnético con sonda Hall.
RH = la constante de Hall.
8.2 Medición de Frecuencia
Para medir frecuencias comprendidas en el margen de la corriente alterna utilizada en la técnica (hasta varios centenares de hertzios)
son apropiados los frecuencímetros de lengüetas provistos de un
dispositivo de vibración. Estos aparatos son prácticamente insensibles a las influencias de campos externos y dependen sólo en un grado muy reducido de la forma de la corriente alterna y de las fluctuaciones de la tensión.
Para los frecuencímetros de aguja y, en especial, para los registradores de frecuencia se han desarrollado circuitos de medida que generalmente se basan en el método de carga de un condensador. Este método consiste en que un condensador se carga a tensión constante durante cada período de la corriente alterna y seguidamente se descarga a través de un instrumento de medida. La energía de los impulsos de descarga permanece constante, de forma tal que el valor medio de la corriente indicado por el instrumento depende únicamente de la frecuencia.
La carga y la descarga del condensador se pueden mandar con diodos entre los cuales los del tipo Tener mantienen constante la tensión de carga.
Para un estrecho margen de frecuencias a ambos lados de un valor teórico se utilizan también diferentes dispositivos de medida con circuitos de resonancia.
Mediante contadores electrónicos se pueden contar períodos de la corriente alterna durante un tiempo determinado.
El valor de la frecuencia se puede transmitir a indicadores de cifras o a otras unidades para su ulterior elaboración.
TX-TIP-0001
8. Medición de Campos Magnéticos y Frecuencias
9 Instrumentos de Medición Eléctrica
9.1 Reglas Generales
El dispositivo de medida de un instrumento eléctrico aprovecha una propiedad física de la magnitud correspondiente, para compararla con valores prefijados mediante el diseño y ajuste del instrumento.
Un dispositivo de medida se compone esencialmente de un elemento motor y de partes, cuyo movimiento o posición constituyen una medida de la magnitud cuyo valor se desea conocer.
Las partes móviles tienen que estar apoyadas de tal forma que el rozamiento sea mínimo.
En caso que las partes móviles se encuentren suspendidas por un hilo o cinta tensora (galvanómetro), al torcerse proporcionan la fuerza de reposición necesaria para regresar a la posición original. Estas partes pueden utilizarse al mismo tiempo para conducir la corriente.
En caso de suspensión de pivotes, se incorporan muelles de espiral adicionales para dichos fines.
A fin que el dispositivo de medida vuelva a su posición de reposo con la debida rapidez, después de una variación del valor de medida, se precisa un elemento adicional de amortiguación de las oscilaciones. Por regla general, se limita a un 20 % de la escala la primera sobre-oscilación que se produce al conectar un valor de medida que equivale a las dos terceras partes de la longitud de dicha escala.
ATENCIÓN
El tiempo que precisa la aguja indicadora para señalar un valor que no difiera de la posición definitiva en más de 1,5% de la longitud de la escala, es generalmente inferior a 4s.
Conexión directa de un frecuencímetro de láminas vibrantes.
Conexión por medio de un transformador monofásico de tensión con secundario derivado a tierra de un frecuencímetro de láminas vibrantes a una línea de energía eléctrica.
9.2 Dispositivos de Medida
Dispositivos de Medida de Bobina Móvil.
El dispositivo de medida con bobina móvil aprovecha la fuerza que experimenta en el campo magnético un conductor por el cual fluye una corriente.
• La bobina (conductor) está dispuesta sobre un marco giratorio en el campo magnético de un imán permanente, de forma que se establece un par de giro proporcional a la intensidad de la corriente.
• El marco puede estar apoyado sobre pivotes, en este caso se emplean muelles en espiral para producir el par de giro antagónico necesario y así conducir la corriente.
• Si el marco está suspendido de cintas tensoras, éstas proporcionan el par antagónico y se encargan de conducir la corriente a la bobina.
• En la ejecución provista de un imán exterior, la bobina se encuentra entre las piezas polares y gira alrededor de un núcleo fijo de hierro dulce, de forma cilíndrica.
• El sistema de medida con imán de núcleo lleva en la bobina un cuerpo cilíndrico de hierro de imantación transversal y en su exterior un tubo de hierro dulce que sirve para cerrar el circuito
bobina móvil.
Para amortiguar las oscilaciones son suficientes, debido a la gran intensidad del campo magnético, las corrientes inducidas en el devanado y en el soporte de la bobina, que es marco de cortocircuito.
Las perturbaciones debidas a campos magnéticos externos no tienen casi influencia debido a la gran intensidad del campo propio.
2. Resortes antagónicos conductores.
3. Corrección de cero.
4. Bobina Móvil.
Aparato magnetoeléctrico para medidas de intensidad y de tensión en corriente continua.
Los sistemas de medida de bobina móvil son apropiados para medir intensidades y tensiones en corriente continua. El consumo es reducido, y la escala es lineal si el campo magnético es homogéneo. Como la dirección de la desviación de la aguja depende del sentido de la corriente, el sistema de medida se puede ajustar de tal forma que el punto cero quede en el centro del margen de medida.
La bobina móvil, de arrollamiento extraordinariamente fino y cuya masa es solamente de varios mg, está dispuesta en el campo magnético entre las piezas polares, sin que el campo quede homogeneizado mediante un núcleo de hierro.
El funcionamiento es, en principio, igual al de un sistema de medida de bobina móvil.
Con frecuencia se emplea también el tipo constructivo provisto de un imán central. El campo magnético existente entre núcleo y tubo de hierro, el cual sirve para cerrar el circuito magnético,
El par de giro queda compensado por el de las cintas tensoras y los muelles de fuerza directriz, que sirven también para conducir la corriente a las acometidas de las bobinas móviles. El sentido de desviación de la aguja permanece constante si la polaridad de la corriente se modifica al mismo tiempo en los dos circuitos.
Por consiguiente, este sistema de medida es también apropiado para corriente alterna y reacciona a la potencia activa (U. I. cos ø).
Los hierros o bobinas tienen tal forma que se obtiene una graduación casi lineal con la escala, aunque la repulsión mutua que experimentan los hierros imantados dependen del cuadrado de la intensidad de corriente.
ATENCIÓN
• El sistema de medida de hierro móvil reacciona a los valores efectivos y por consiguiente se puede utilizar en mediciones de corriente continua y alterna.
• A través del elemento móvil no pasa corriente, este sistema es mecánico y eléctricamente robusto, pero el consumo propio es considerablemente superior al de la bobina móvil. Por tal razón no es conveniente utilizar resistencias en paralelo para ampliar el margen de medida, ya que con ellas aumentaría aún más el consumo de energía del dispositivo.
• Los sistemas de medida destinados a instrumentos de precisión se apantallan contra campos externos.
Sistema de Medida con Imán Móvil.
Este dispositivo de medida es apropiado para efectuar mediciones en corriente continua. Su escala es aproximadamente proporcional y se puede ampliar o reducir dentro de ciertos límites.
El imán giratorio con forma de disco, magnetizado diametralmente, se ajusta al valor resultante del campo magnético de la bobina fija a través de la cual pasa la corriente.
ATENCIÓN
• La dirección de desviación de la aguja depende del sentido de la corriente, de forma que el punto cero puede encontrarse dentro de la escala.
• El elemento móvil no precisa cables de acometida ni de muelles de fuerza directriz, por lo que es muy ligero y resistente a vibraciones.
Sistema de Medida Electrostático.
Con el sistema de medida electrostático se pueden medir tensiones en corriente continua y alterna también en alta frecuencia (valor efectivo).
La fuerza que ejercen mutuamente dos cargas eléctricas se aprovecha para medir tensiones, disponiendo un portador de carga fijo y otro móvil contra la acción de una fuerza directriz (por ejemplo, banda tensora).
La parte activa fija está constituida generalmente por varias cámaras superpuestas o dispuestas como pares de cuadrantes.
El elemento móvil consta de varios cuerpos de chapa ligera ( “agujas”) que se introducen en dichas cámaras.
Aparato de medida electrostático para medida de tensión en corriente continua y alterna 1- Placas Fijas 2- Placas móviles.
ATENCIÓN
Al medir tensiones en corriente continua se absorbe de la fuente de corriente sólo la energía necesaria para la carga, y en las mediciones de tensión en corriente alterna sólo potencia reactiva. La condición previa la constituye un buen aislamiento de los electrodos.
Sistema de Medida Bimetálico.
En el eje robusto del sistema de medida está fijado un muelle arrollado de chapa bimetálica que al ser atravesado por la corriente, este muelle se calienta y se deforma haciendo que gire dicho eje. Otro muelle similar, de compensación, también de chapa bimetálica y que se encuentra protegido mediante un disco contra el calor, actúa sobre el eje en el sentido del giro opuesto. Sin embargo, a través de este segundo eje no pasa corriente, pudiendo compensar de esta forma las fluctuaciones de la temperatura ambiente.
1. Acometida de corriente.
2. Salida de corrinte
3. Muelle bimetálico por el que pasa la corriente.
4. Eje
5. Aguja
6. Escala
7. Resorte antagónico (bimetal)
8. Buje soporte.
Vista en sección de un sistema de medida bimetálico para instrumentos de cuadro.
ATENCIÓN
• El tiempo de estabilización del sistema de medida bimetálico es de aproximadamente 10 minutos.
• Los puntos de corriente de breve duración, que sólo originan un calentamiento reducido del muelle bimetálico principal, contribuyen en grado insignificante a la desviación de la aguja, mientras que las cargas permanentes provocan una indicación.
• El par de giro ejercido es aproximadamente mil veces mayor que el de otros sistemas de medida. Por este motivo, la aguja indicadora puede arrastrar otra que sirve para la lectura ulterior del valor máximo alcanzado en cada caso.
Sistema de Medida de Vibración.
Como consecuencia de la frecuencia que se desea medir, un electroimán provoca vibraciones mecánicas de una serie de lengüetas elásticas colocadas sobre una pieza común y sintonizada a diferentes valores de oscilación propia. La lengüeta que se encuentra en resonancia con la frecuencia, vibra con gran amplitud, indicando claramente de esta forma el valor de medida correspondiente.
1. Láminas vibrantes.
2. Bobina.
Aparato de láminas vibrantes para medidas de frecuencia en corriente alterna.
Tubo de Rayos Catódicos.
El cátodo emite 2 electrodos libres en un tubo de vidrio al vacío. El cilindro de Wehnelt 3 , dispuesto detrás del cátodo, regula el flujo de electrones, que se agrupan en un sistema óptico (campo 4) formando un haz, siendo acelerados por el ánodo 5.
A continuación del sistema óptico se han dispuesto dos pares de placas perpendiculares entre sí, las cuales sirven para desviar el haz de electrones de la posición central.
El par de placas 6 (deflexión x) se aplica generalmente a un “circuito de barrido”, y el par de placas ( deflexión y) se somete a la tensión que se pretende medir.
El haz de electrones, enfocado mediante la elección adecuada de los potenciales de 4 de tal manera que el foco quede sobre la pantalla, excita la capa luminiscente en el punto de incidencia ( fluorescencia o fosforescencia ).
De esta forma, se visualiza la desviación del haz electrónico bajo la influencia de los campos deflectores, es decir, que se representa en coordenadas cartesianas la variación de la magnitud de medida.
2. Cátodo.
3. Cilindro de Wehn.
4. Lente eléctrico. Constitución de un Tubo (Tubo de Braun).
5. Ánodo.
6, 7. Placas de desviación.
8. Pantalla.
Los tubos de rayos catódicos son dispositivos de medida que carecen prácticamente de inercia. Se utilizan para registrar valores de tensión en función del tiempo. Sin embargo, con ellos también se puede representar el diagrama de una tensión con relación a otra.
Una propiedad importante de estos tubos viene dada por la persistencia de la indicación luminosa sobre la pantalla. Para procesos que varían con una gran lentitud, se requiere una gran persistencia, mientras que ésta debe ser sumamente breve en los procesos con una variación rápida.
9.3 Contrastación de Aparatos de Medida
Contrastación de Aparatos de Medida.
Por contrastación de aparato de medida se entiende la comprobación de las divisiones que tiene la escala del aparato contrastado en cuanto correspondan a valores verdaderos.
También se puede contrastar el aparato con uno patrón y determinar en una gráfica sus errores e indicar para cada medida el error cometido estimativamente para que la medida realizada con el aparato contrastado sea perfecta.
Contrastación de Ohmímetros.
Contrastación de Amperímetros.
La intensidad se establecerá para valores pequeños y se irá elevando a medida que se vayan realizando las mediciones. Esto se consigue por medio de un reóstato al ir eliminando la resistencia, aumentando en proporción inversa la intensidad.
Los dos amperímetros irán conectados en serie en el mismo circuito, como indica la siguiente figura:
Contrastación de Voltímetros.
Para obtener la variación de tensión se emplea un variador de tensión que, desde cero, irá suministrando diferentes puntos de tensión a los dos voltímetros, haciendo girar la parte móvil del variador.
Los dos vatímetros, el constrastado Wx y el patrón Wρ, se conectarán en serie, es decir, que por ambos pasará la misma corriente a medir.
Se intercalará una carga variable, de modo que progresivamente vaya siendo menor la resistencia, para que al ser mayor la corriente absorbida, también lo sea la potencia.
0 comentarios:
Publicar un comentario