¿Qué es el aislamiento y por qué se degrada?

¿Qué es el aislamiento y por qué se degrada?

El aislamiento eléctrico se degrada a lo largo del tiempo debido a las diferentes solicitaciones a las cuales es sometido durante su vida útil normal. El aislamiento se diseñó para soportar estas solicitaciones durante una cantidad de años, considerada como la vida útil de ese aislamiento. Usualmente puede tratarse de décadas.

Las solicitaciones anormales pueden acelerar este proceso natural de envejecimiento y acortar severamente la vida útil del aislamiento. Debido a esto, es una buena práctica realizar pruebas regularmente para determinar si ocurre un envejecimiento acelerado y de ser posible, identificar si los efectos se pueden revertir o no.

El propósito de las pruebas de diagnóstico de aislamiento es:

• Detectar un envejecimiento acelerado.
• Identificar la causa de dicho envejecimiento.
• Identificar, de ser posible, las acciones más apropiadas para corregir la situación.

La forma más simple de realizar pruebas de diagnóstico es una “prueba puntual”. La mayoría de los profesionales de mantenimiento eléctrico han realizado pruebas puntuales, donde se aplica un voltaje al aislamiento y se mide una resistencia. En este caso el diagnóstico se limita a “el aislamiento está en buen estado” o a “el aislamiento está en mal estado”. ¿Pero qué hacemos luego de haber realizado este diagnóstico? Es un poco como ir con una tos fea al médico y que el médico simplemente le diga: “Usted tiene una tos fea”. A usted no le gustaría irse solo con esa información. Usted espera que el doctor lo examine, realice algunas pruebas, y le diga porqué tiene una tos fea y qué hacer para curarla.

Dentro de las pruebas de aislamiento, una única prueba puntual equivale a que el médico le diga que usted está sano o está enfermo. La información es mínima. Este es el tipo de prueba que típicamente se realiza en circuitos de bajo voltaje, donde el costo de una falla es bajo y los equipos se pueden reemplazar fácil y económicamente. Dado que el equipo bajo prueba es de bajo voltaje, estas pruebas se realizan típicamente a un voltaje de prueba de 500 o 1000 V, y son conocidas para cualquier persona que realiza mantenimiento eléctrico.

Sin embargo, si el médico registra los resultados de los exámenes y los compara con los de visitas anteriores, puede aparecer una tendencia que lo lleve a prescribir un medicamento. De una manera similar, si se registran las lecturas de resistencia de aislamiento y se las compara con lecturas obtenidas con anterioridad, quizás sea posible observar una tendencia y de ser necesario, prescribir acciones correctivas.

La realización de pruebas de diagnóstico de aislamiento a voltajes superiores a 1 kV puede resultarle menos familiar a muchas personas que realizan mantenimiento eléctrico. El propósito de este folleto, por lo tanto, es:

• Familiarizar al lector con la realización de pruebas de diagnóstico de resistencia de aislamiento.
• Proporcionar los lineamientos para evaluar los resultados de estas pruebas de diagnóstico de resistencia de aislamiento.
• Presentar los beneficios de pruebas de voltajes múltiples, a voltajes superiores.

Al final del folleto se incluyen una serie de apéndices para proporcionar al lector información adicional relacionada con las pruebas de diagnóstico de aislamiento.

¿QUÉ ES EL AISLAMIENTO?

Todo conductor eléctrico de una instalación, ya sea en un motor, generador, cable, interruptor, transformador o cualquier otra cosa, está cubierto con algún tipo de aislamiento eléctrico. Mientras que el conductor es en si mismo un buen conductor (en general de cobre o aluminio) de la corriente eléctrica que alimenta a los equipos eléctricos, el aislamiento deber resistir la corriente y mantenerla en su camino a lo largo del conductor. La comprensión de la Ley de Ohm, expresada en la siguiente ecuación, es la clave para entender las pruebas de aislamiento: 

E = I x R

donde,

E = voltaje en voltios

I = corriente en amperios

R = resistencia en ohmios

Para una resistencia dada, a mayor voltaje, mayor corriente. De manera inversa, cuanto menor es la resistencia del conductor, mayor es la corriente que circula con el mismo voltaje.

Ningún aislamiento es perfecto (no tiene resistencia infinita), de manera que algo de la corriente circula por el aislamiento o a través de él hacia la tierra.Tal corriente puede ser muy pequeña para la mayoría de los fines prácticos pero es la base del funcionamiento de los equipos de prueba de aislamiento. 

Entonces, ¿qué es un “buen” aislamiento? “Bueno” significa una resistencia relativamente alta al flujo de la corriente. Cuando se usa para describir un material aislante, “bueno” también consiste en “la capacidad de mantener una resistencia alta”. La medición de la resistencia puede decir qué tan “bueno” es el aislamiento.

¿Qué ocasiona la degradación del aislamiento?

Existen cinco causas básicas para la degradación del aislamiento. Ellas interactúan entre sí y ocasionan una espiral gradual de declinación de la calidad del aislamiento.

Solicitación eléctrica

El aislamiento se diseña para una aplicación particular. Los sobrevoltajes y subvoltajes generan solicitaciones anormales dentro del aislamiento, que pueden conducir a un agrietamiento o delaminación del mismo.

Solicitación eléctrica

l aislamiento se diseña para una aplicación particular. Los sobrevoltajes y subvoltajes generan solicitaciones anormales dentro del aislamiento, que pueden conducir a un agrietamiento o delaminación del mismo.

Solicitación mecánica

Los daños mecánicos, tales como golpear un cable cuando se cava una zanja, resultan bastante obvios, pero la solicitación mecánica también puede ocurrir por operar una máquina fuera de balance o por paradas y arranques frecuentes. La vibración resultante de la operación de una máquina puede provocar defectos dentro del aislamiento.

Ataque químico

Aunque es de esperarse que los vapores corrosivos dañen el aislamiento, la suciedad y el aceite también pueden reducir la efectividad del aislamiento.

Solicitación térmica

La operación de maquinaria en condiciones excesivamente calurosas o frías ocasionará sobreexpansión o sobrecontracción del aislamiento, que puede generar grietas y fallas. Sin embargo, también se produce una solicitación térmica cada vez que una máquina se arranca o para. A menos que la maquinaria esté diseñada para un uso intermitente, cada parada y cada arranque afectarán de manera adversa al proceso de envejecimiento del aislamiento.

Contaminación Ambiental

La contaminación ambiental abarca a varios agentes que van desde la humedad por procesos hasta la humedad de un día húmedo; también el ataque de roedores que perforan el aislamiento.

El aislamiento comienza a degradarse tan pronto como se pone en servicio. El aislamiento para una aplicación determinada se diseña para proporcionar un buen servicio durante muchos años, en condiciones normales de operación. Sin embargo, condiciones anormales pueden tener un efecto dañino que, si se deja sin atención, acelerarán la degradación y finalmente ocasionarán una falla en el aislamiento. Se considera que el aislamiento ha fallado si no evita de manera adecuada que la corriente eléctrica circule por trayectorias no deseables. Esto incluye al flujo de corriente a través de las superficies exterior o interior del aislamiento (corriente de fuga superficial), a través del cuerpo del aislamiento (corriente de conducción) o por otras varias razones.

Por ejemplo, en el aislamiento pueden aparecer agujeros pequeños y grietas, o la humedad y materiales extraños pueden penetrar las superficies. Estos contaminantes se ionizan fácilmente bajo el efecto de un voltaje aplicado y proporcionan una trayectoria de baja resistencia para la corriente de fuga superficial, que aumenta en comparación con superficies secas sin contaminar. Limpiando y secando el aislamiento, sin embargo, se rectificará fácilmente esta situación.

Otros enemigos del aislamiento pueden producir un deterioro que no se cura tan fácilmente. No obstante, una vez que ha comenzado la degradación del aislamiento, los diferentes iniciadores tienden a asistirse entre sí para aumentar la rapidez de la declinación.