Prueba de resistencia de aislamiento: propósito, método y evaluación

Qué es

La prueba de resistencia de aislamiento aplica un voltaje constante de corriente directa entre un conductor y tierra, o entre dos devanados o fases independientes, y mide la corriente que circula a través y por la superficie del aislamiento. El instrumento divide el voltaje aplicado entre esa corriente y presenta el resultado como una resistencia, normalmente muy elevada. Un aislamiento en buen estado deja pasar una corriente diminuta; por eso una lectura alta es una buena señal y una lectura baja, o que va en descenso, es una advertencia. Se usa en transformadores de potencia y de distribución, cables de fuerza y de control, motores y generadores, equipo de conmutación y ductos de barras, interruptores de potencia y muchos otros conjuntos cuya función es mantener separadas las partes energizadas entre sí y respecto a tierra. Bien aplicada, es una prueba no destructiva: el voltaje se escoge para exigir al aislamiento sin acercarse a su rigidez dieléctrica. La lectura no es una propiedad del material por sí solo. Refleja todo el sistema de aislamiento, con su estado superficial, su contenido de humedad, su temperatura y el tamaño o la longitud del equipo bajo prueba, de modo que los resultados siempre se interpretan junto con las condiciones en que se obtuvieron. Es una de las pruebas eléctricas de campo más frecuentes porque es rápida, repetible y solo requiere un instrumento portátil.

Por qué se realiza

El aislamiento suele debilitarse poco a poco antes de fallar. La entrada de humedad, la contaminación superficial por polvo, aceite o sal, el envejecimiento térmico, el daño mecánico y el ataque químico reducen su resistencia poco a poco, y ese cambio se nota en la lectura mucho antes de que el equipo se dispare. Detectarlo durante una interrupción programada cuesta mucho menos que descubrirlo durante una falla, cuando una ruptura puede destruir un devanado o un cable, provocar un incendio o poner en riesgo a las personas. Por eso la prueba se realiza en equipo nuevo antes de energizarlo, para confirmar que el transporte, el almacenamiento y la instalación no lo dañaron; después de reparaciones o de largos periodos almacenado; y de manera periódica en el equipo en servicio. El valor del programa periódico está en el historial que construye. Una lectura aislada dice algo, pero una serie obtenida en condiciones comparables dice mucho más, porque una disminución sostenida señala un problema en desarrollo aunque cada lectura por separado todavía parezca aceptable. La prueba también sirve de filtro previo a pruebas más exigentes, pues no tiene sentido someter a esfuerzo un aislamiento que ya está húmedo o sucio a simple vista.

El principio

Cuando se aplica un voltaje de corriente directa a un aislamiento, la corriente resultante es la suma de tres componentes. La primera es la corriente de carga capacitiva, un pico breve mientras el aislamiento se carga como un condensador, que se extingue rápido. La segunda es la corriente de absorción, que proviene del reordenamiento lento de las cargas dentro de los materiales aislantes y decae durante un periodo más largo. La tercera es la corriente de fuga, un flujo pequeño y estable a través del propio aislamiento y por sus superficies. Como las dos primeras disminuyen con el tiempo y la de fuga se mantiene casi constante, la corriente total baja y la resistencia calculada sube mientras el voltaje siga aplicado. Un aislamiento limpio y seco muestra un ascenso sostenido durante la prueba. Uno húmedo o contaminado tiene desde el inicio una componente de fuga grande, de modo que la lectura es baja y se aplana pronto. Los cocientes de lecturas cronometradas resumen cuánto sube la lectura. La relación de absorción dieléctrica compara dos lecturas tomadas al inicio de la prueba, y el índice de polarización compara lecturas tomadas en un lapso más largo. Como ambos son cocientes, dependen poco del tamaño del equipo y menos de la temperatura que una lectura aislada, lo que permite juzgar el estado. La temperatura importa mucho: la resistencia de aislamiento cae con rapidez cuando esta aumenta, así que una lectura en caliente no puede compararse directamente con una en frío si no se corrigen ambas a una temperatura de referencia común. La humedad y el estado de la superficie actúan sobre la trayectoria de fuga de la misma manera, y por eso se anotan con cada resultado.

Cómo se realiza

Primero va la preparación segura. El equipo se desenergiza, se aísla de toda fuente, se comprueba la ausencia de voltaje y se pone a tierra, conforme a los procedimientos de bloqueo y permisos de trabajo del propietario. Las conexiones que podrían llevar el voltaje de prueba a otros equipos, como pararrayos, dispositivos electrónicos o cables hacia cargas remotas, se desconectan o se protegen de otra forma. Las superficies de las boquillas (bushings) y de las terminaciones se limpian y se secan para que la fuga superficial no oculte el estado del aislamiento que hay debajo. El megóhmetro se conecta entre la parte bajo prueba y tierra; los demás devanados o fases se ponen a tierra, o se conectan a la terminal de guarda del instrumento cuando se quiere medir una sola trayectoria de aislamiento a la vez. La terminal de guarda desvía alrededor del circuito de medición la fuga superficial o la corriente de las trayectorias que no interesan. Con los cables conectados, la puesta a tierra temporal se retira solo de la parte bajo prueba, y las demás partes siguen a tierra. El voltaje de prueba se toma de la tabla de la norma aplicable para la clase de voltaje del equipo, nunca por regla empírica, y se confirma que el instrumento tenga su calibración vigente. Luego se aplica el voltaje y se mantiene mientras se toman lecturas cronometradas, que se anotan según se observan y no se reconstruyen después. Al terminar, el aislamiento se descarga a través del instrumento y luego con una pértiga de puesta a tierra, y permanece conectado a tierra durante un periodo relacionado con el tiempo que estuvo cargado, porque un equipo de gran capacitancia puede retener una carga peligrosa. Se registran la temperatura ambiente, la del equipo y la humedad relativa al momento de la prueba, y en las pruebas repetidas se usan el mismo instrumento y la misma clase de voltaje para poder comparar la tendencia.

Qué se registra

El registro de una prueba de resistencia de aislamiento es breve y general. Contiene las lecturas de resistencia en cada intervalo cronometrado, el cociente derivado de ellas cuando se emplea, la clase de voltaje aplicada y el tiempo que se mantuvo, la temperatura del equipo y la del ambiente, la humedad relativa, y la identificación del instrumento junto con su estado de calibración. También se anota la condición del equipo tal como se encontró, por ejemplo limpio y seco, recién sacado de servicio o con contaminación visible, y las conexiones que se levantaron para aislar la unidad. Estos datos importan porque una lectura de resistencia solo tiene sentido junto con las condiciones que la produjeron. Meses después, quien compara un resultado nuevo con el guardado necesita saber si la temperatura, el voltaje y el montaje fueron comparables, o si la diferencia que observa se explica por la forma en que se hizo la prueba.

Cómo se juzgan los resultados

Ningún valor aislado decide si un aislamiento es aceptable, y esta página no ofrece ninguno. Los criterios publicados toman varias formas que se usan en conjunto. La primera es un mínimo absoluto que aumenta con la clase de voltaje del equipo; las tablas aplicables se encuentran en ANSI/NETA ATS-2025 para las pruebas de aceptación y en ANSI/NETA MTS-2023 para las de mantenimiento, y varían según el tipo de equipo. La segunda es la corrección de la lectura a una temperatura de referencia antes de cualquier comparación, porque un aislamiento caliente marca menos que uno frío. La tercera es la comparación entre partes semejantes, como las tres fases de un devanado, donde un valor atípico señala un problema localizado. La cuarta es la tendencia frente a resultados anteriores del mismo equipo, donde una disminución sostenida importa aunque las lecturas sigan por encima de un mínimo publicado. La quinta son los cocientes de lecturas cronometradas, la relación de absorción dieléctrica y el índice de polarización, que tienen su propia guía publicada y se juzgan por la forma del ascenso. También entran en juego los datos del fabricante y la placa de características. Lo más sensato es juzgar las lecturas en conjunto, con las condiciones de la prueba a la vista. 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 tienen propósitos distintos. La de aceptación establece que el equipo nuevo o reparado está en buen estado y crea la base para comparaciones futuras, por lo que se hace con cuidado y en las mejores condiciones posibles. La de mantenimiento revisa el estado de un equipo ya en servicio, donde la pregunta útil es cuánto ha cambiado la lectura desde la última vez, así que lo más importante es repetir las condiciones y el método. La clase de equipo modifica los detalles. En las máquinas rotativas pesan más los cocientes de lecturas cronometradas y la temperatura del devanado, y suele probarse con los demás devanados a tierra y con una serie más larga de lecturas cronometradas. En los cables influyen la longitud y el estado de las terminaciones, y las pantallas y los conductores vecinos se manejan según el tipo de cable. En los transformadores, las combinaciones que se prueban, devanados contra tierra y devanados entre sí, y la construcción en aceite o en seco condicionan la interpretación. En el equipo de bajo voltaje y los interruptores son comunes las lecturas a través de polos abiertos y de polo a bastidor, y el voltaje de prueba sigue el voltaje nominal del equipo de bajo voltaje, con las unidades de disparo de estado sólido, los medidores y la protección contra sobretensiones desconectados o aislados antes de la prueba. En todos los casos el procedimiento sigue la norma aplicable a esa clase de equipo.