Índice de polarización y relación de absorción dieléctrica: qué son y cómo se evalúan

Qué es

El índice de polarización y la relación de absorción dieléctrica son dos formas de resumir una prueba cronometrada de resistencia de aislamiento. Se aplica un voltaje directo de prueba a un devanado y se mantiene, se lee la resistencia en momentos fijados y la lectura posterior se divide entre una anterior. La relación de absorción dieléctrica compara dos lecturas tomadas bastante cerca una de otra al comienzo de la prueba, mientras que el índice de polarización compara lecturas separadas por un lapso más largo. Ambas son cocientes puros, de modo que no tienen unidades y no dependen directamente de qué tan grande sea el devanado. Se usan en devanados de reactores sumergidos en líquido, reguladores de voltaje de pasos y de inducción, transformadores de potencia y de distribución, motores y generadores, y en otros sistemas aislantes grandes donde un solo valor de resistencia podría inducir a error. La medición se hace con el mismo megóhmetro que se usa para la resistencia de aislamiento ordinaria, siempre que pueda mantener un voltaje estable y registrar lecturas durante un periodo más largo. La pregunta que responden los cocientes no es qué tan alta es la resistencia, sino cómo se comporta mientras el voltaje permanece aplicado, lo cual es una señal directa de qué tan seco y limpio está el aislamiento.

Por qué se realiza

Una lectura única de resistencia puede ser alta en un equipo húmedo o contaminado si el equipo es pequeño o está frío, y baja en un equipo sano que es grande o está caliente. La entrada de humedad, la contaminación superficial por aceite, polvo o sal, el envejecimiento térmico y el daño mecánico debilitan el aislamiento, y modifican la forma en que sube la lectura con el tiempo antes de modificar mucho el valor final. Un cociente cronometrado depende mucho menos del tamaño del devanado y de la temperatura, lo que lo convierte en un filtro más confiable para la pregunta que importa antes de energizar o devolver una máquina al servicio: ¿está lo bastante seco este aislamiento? Encontrar un reactor húmedo, un regulador que absorbió humedad durante el almacenamiento o un devanado de motor con contaminación superficial durante una salida programada cuesta mucho menos que una falla a tierra en servicio. El cociente también ayuda a decidir si una unidad debe secarse, limpiarse u hornearse antes de cualquier prueba de voltaje más alto, porque aplicar una prueba fuerte a un aislamiento húmedo arriesga dañarlo. Repetidos con regularidad, los cocientes construyen un historial que muestra el deterioro lento.

El principio

Cuando se aplica un voltaje directo a un aislamiento, la corriente tiene tres partes. La corriente de carga se desvanece en unos instantes a medida que se carga la capacitancia geométrica. La corriente de absorción proviene de la lenta alineación de las moléculas y del atrapamiento de carga en los materiales aislantes, y decae en minutos. La corriente de fuga es el pequeño flujo constante a través y a lo largo del aislamiento. A medida que las dos primeras partes se extinguen, la corriente total baja y la resistencia calculada sube. En un aislamiento limpio y seco, el componente de absorción es significativo y decae lentamente, de modo que la resistencia sigue subiendo durante toda la prueba y la lectura posterior es claramente mayor que la anterior. En un aislamiento húmedo o contaminado, el componente de fuga domina desde el principio, así que la corriente casi no cambia y la resistencia permanece casi plana, con un cociente cercano a la unidad. El cociente indica entonces cuánto de la corriente es fuga y cuánto es absorción. Como la temperatura modifica la absorción y la fuga de manera parecida, afecta al cociente mucho menos que a un valor único, aunque igualmente se registra. Los sistemas aislantes antiguos y los sintéticos modernos se comportan de manera distinta, y algunos devanados sintéticos alcanzan resistencias tan altas con tanta rapidez que el cociente puede verse inusualmente alto o ruidoso.

Cómo se realiza

El equipo se desenergiza, se aísla de toda fuente, se comprueba la ausencia de tensión y se pone a tierra según los procedimientos de bloqueo y permiso del propietario, y se deja descargar por completo antes de conectar los cables, porque la carga residual de una prueba anterior o de la operación distorsiona las primeras lecturas. Las boquillas y terminales se limpian y se secan, los aparatos conectados y los dispositivos electrónicos se retiran o se protegen, y el devanado en prueba se separa de los demás, que se ponen a tierra o se conectan a la guarda. El megóhmetro se conecta entre el devanado y tierra, o entre devanados, y su voltaje se elige de la tabla de la norma aplicable según la capacidad del equipo, no por costumbre. El voltaje se aplica y se mantiene estable mientras se toman las lecturas en los momentos especificados. Los instrumentos con temporización automática registran los valores y calculan los cocientes, y un operador manual vigila un reloj y lee la escala en los momentos fijados. El comienzo de la prueba es crítico, porque las lecturas dependen de que el voltaje se aplique con prontitud, y una fuente inestable o una conexión floja arruina un cociente. Al final, el aislamiento se descarga a través del instrumento y luego con una pértiga de puesta a tierra, y permanece a tierra durante un periodo relacionado con el tiempo que estuvo cargado. Se registran la temperatura del devanado, la temperatura ambiente y la humedad, y en pruebas posteriores se usan el mismo instrumento, el mismo voltaje y las mismas conexiones para poder comparar la tendencia de los cocientes.

Qué se registra

El registro contiene la lectura de resistencia en cada momento cronometrado, los dos cocientes derivados de ellas cuando se usan, el voltaje de prueba aplicado y las conexiones que se hicieron, y la temperatura del devanado y del entorno junto con la humedad relativa. También anota la identidad y el estado de calibración del instrumento, el devanado o la vía de aislamiento probada, el estado en que se encontró el equipo, por ejemplo recién retirado de servicio o con contaminación visible, y las conexiones que se levantaron. Un cociente de resistencias solo tiene sentido junto con la forma en que se midió, de modo que estos datos permiten a un lector posterior comparar un resultado nuevo con el almacenado en igualdad de condiciones.

Cómo se juzgan los resultados

Ningún valor aislado decide si un aislamiento es aceptable, y esta página no ofrece ninguno. Los criterios publicados para estos cocientes toman varias formas. La primera es un cociente mínimo que se juzga frente a la guía publicada para la clase de equipo, con ANSI/NETA ATS-2025 que fija las expectativas para las pruebas de aceptación y ANSI/NETA MTS-2023 para las de mantenimiento; la guía y las tablas de voltaje de prueba varían según el tipo de equipo. La segunda es la tendencia frente a resultados anteriores del mismo devanado, donde un cociente decreciente importa aunque todavía esté dentro de la guía publicada. La tercera es la comparación entre devanados o fases semejantes, donde un valor atípico señala un problema localizado. La cuarta es leer el cociente junto con la resistencia corregida de una sola lectura, porque un cociente alto con una resistencia muy baja no significa que el aislamiento esté sano, y un cociente bajo con una resistencia muy alta puede reflejar simplemente un aislamiento tan bueno que la fuga es despreciable y la absorción ya terminó. También intervienen los datos del fabricante. Para los valores y las tablas, consulte su propia copia con licencia de las normas mencionadas, que siguen siendo la autoridad para la aceptación.

Variaciones

Las pruebas de aceptación y de mantenimiento sirven a metas distintas. En la aceptación, el cociente examina el equipo nuevo o reparado en busca de humedad captada durante el transporte, el almacenamiento o la instalación, y da inicio al historial. En el mantenimiento sigue el estado a lo largo del tiempo, y importan más las condiciones constantes que cualquier resultado aislado. Los dos cocientes se usan en lugares diferentes. La relación de absorción dieléctrica, con su lapso corto, conviene a equipos más pequeños y a verificaciones rápidas, mientras que el índice de polarización, con su lapso más largo, se usa donde el tamaño del equipo y la rapidez de su absorción hacen significativa una prueba más larga. En las máquinas rotatorias la elección depende del tamaño de la máquina y de la tabla de la norma. En reactores y transformadores sumergidos en líquido, la lectura del devanado a tierra y el índice de polarización se toman con el líquido a una temperatura estable, y el estado del aceite influye en el resultado. Los reguladores, con sus devanados y su cambiador de derivaciones, siguen la misma lógica. Un aislamiento de resistencia muy alta puede dar un cociente bajo sin ser deficiente, y las normas lo contemplan, por lo que el cociente nunca se lee solo.