AC-vs-DC-Pruebas-de-Aislamiento

Pruebas de aislamiento de CD versus
CA en máquinas eléctricas rotativas
Oscar Núñez Mata, MBA.
Ingeniero Electricista
Consultor en Máquinas Eléctricas
Profesor Escuela Ingeniería Electromecánica del TEC
onunezm@hotmail.com
T+ (506) 8919 1408
PO Box 1860-7050
Resumen
Varios estudios a nivel internacional, han demostrado que en motores
eléctricos el 40% de las fallas se producen en el sistema de aislamiento. En
generadores no se conocen datos, pero se pueden asumir muy similares.
Este sistema es fundamental para la correcta operación de la máquina, por lo
que se deben conocer y desarrollar pruebas que anticipen las fallas. Las
pérdidas económicas durante el tiempo de parada de una máquina son
muchas, y generalmente difíciles de estimar. Es así como los responsables
de la operación de las máquinas eléctricas deben estar actualizados con las
últimas técnicas disponibles para probar el sistema de aislamiento, y hacer la
mejor selección, de manera que se aumente la confiabilidad. Cerca del 80%
de las pruebas desarrolladas en máquinas eléctricas son para verificar su
sistema de aislamiento [ 1 ]. La mayoría de los servicios eléctricos son en
corriente alterna, sea 60Hz ó 50Hz, por esta razón, es que se supondría que
la mayoría de las pruebas al sistema de aislamiento son en corriente alterna,
pero no es así, las pruebas en corriente directa dominan sobre las otras.
El presente trabajo se concentra en máquinas de bajo voltaje, hasta 1000
Voltios, dejando de lado los equipos de mediana tensión (1001-34.500
Voltios), revisa las pruebas disponibles en Corriente Alterna y Directa.
________________________________________________________________
1.0 INTRODUCCIÓN
Las máquinas eléctricas rotativas tienen un valor incalculable para el desarrollo
alcanzado por el hombre, por sus múltiples aplicaciones y versatilidad. El generador
suministra la energía eléctrica necesaria para las diversas aplicaciones diarias; el motor
eléctrico entrega la fuerza motriz y hoy día mueven la industria. Si se operan
1
Fuente: Cadick Corp. “Technical Bolletin 12a: Principles of Insulation Testing”. Disponible en
www.cadickcorp.com .

adecuadamente, las máquinas rotativas pueden alcanzar 20 años o más de operación
antes de requerirse una reparación mayor, como puede ser el reemplazo de los
bobinados. Antes de entregar una máquina, el fabricante debe desarrollar pruebas que
verifiquen la fuerza dieléctrica del aislamiento, esto con el fin de asegurar que ésta no
bajará a niveles peligrosos. La fuerza dieléctrica es el campo eléctrico máximo que
puede resistir un material sin que se produzca rotura.
Sin embargo, cuando la máquina eléctrica se somete a sobrecarga térmica, exposición
a persistente contaminación, u otros factores externos pueden sufrir fallas prematuras,
al acelerarse la reducción de su fuerza dieléctrica. Desde hace mucho tiempo se
intentan desarrollar pruebas que identifiquen y anticipen las fallas, de manera que los
responsables del buen funcionamiento de las máquinas eléctricas corrijan la causa raíz
de la falla, y así pueda seguir operando dentro de los parámetros normales. El sistema
de aislamiento de la máquina no escapa a sufrir fallas, por lo que es posible
incrementar la confiabilidad de éste por medio de pruebas específicas, las cuales serán
evaluadas en este trabajo. El tiempo óptimo para el reemplazo del bobinado puede ser
planeado, sin embargo debe responder a la combinación de múltiples pruebas, a la
inspección visual, y al historial del motor. Las pruebas que se describirán son las Fuera
de Línea (Off-Line), las pruebas En Línea (On-Line) no serán evaluadas. Las pruebas
que se analizarán combinan técnicas en Corriente Directa (DC) y Corriente Alterna
(CA). Las pruebas fuera de línea son usadas para localizar y determinar la severidad o
riesgo de la falla, para mejores resultados se recomienda que la máquina se encuentre
aislada de la fuente de alimentación, que las fases se prueben por separado y algunas
requieren remover el rotor.
Existen varias ventajas de las pruebas fuera de líneas, entre ellas están:
• Fácil acceso para el personal de mantenimiento.
• Gran variedad para medir diferentes parámetros.
• Al estar el equipo apagado se hace en un ambiente controlado, libre de ruido.
Dentro de las desventajas se tienen las siguientes:
• No toman en cuenta el estrés mecánico, térmico ni de voltaje a que puede ser
sometido la máquina en operación.
• Pueden existir problemas de programación de las pruebas al requerirse la
máquina apagada.
El sistema de aislamiento de la máquina sufre un proceso natural de envejecimiento, el
cual puede acelerarse por elementos externos. El grafico siguiente muestra lo que
sucede normalmente con el paso del tiempo.
Figura 1 Comportamiento normal de la fuerza dieléctrica de un aislante
Fuente: Baker Instrument Company. “Seminario Mantenimiento de Maquinas Rotativas Off Line”. Octubre 2002, Fort
Collins, CO, pp 9

2.0 FALLAS EN MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS
La mayoría de fallas en máquinas eléctricas son:
• Predecibles: Por que existen técnicas que las pueden anticipar.
• Repetibles: Por que el patrón de falla normalmente se repite.
• Prevenibles: Por que con acciones concretas se pueden evitar.
• Y, usualmente, reparables ya que algunas son catastróficas, lo que implica el
cambio por una máquina nueva.
La primera clasificación de las fallas de origen eléctrico es la siguiente:
Fallas No controladas por el usuario:
-Defectos de fabricación
-Eventos atmosféricos severos.
Fallas Controladas por el usuario:
-Inadecuada aplicación.
-Influencia del ambiente.
-Condiciones del servicio eléctrico: Alto-bajo-des balance de voltaje, pérdida de
fase, corrientes armónicas.
-Deficientes prácticas de Mantenimiento.
Resumimos las causas de fallas eléctricas en:
• Sobrecargas térmicas.
• Severas anormalidades eléctricas.
• Contaminación del sistema de aislamiento.
Un estudio desarrollado por IEEE en 1985 encontró que en el estator se dan cerca del
40% de las fallas en motores eléctricos, no se tienen datos para generadores, pero por
la similitud con el motor, se pueden asumir datos similares. Esto quiere decir que los
responsables de la correcta operación de las máquinas, deben prestar especial atención
a este sistema, por medio de acciones que anticipen su falla.
Figura 2 Estudio de fallas en motores eléctricos en USA-1985
Otras
(12%)
Rotor
(10%)
Rodamientos
(41%)
Estator
(37%)
Fuente: IEEE, Transactions on Industry Applications, Vol. IA-21, No. 4, July-Aug 1985.

2.0 TEORÍA DE LAS PRUEBAS DE AISLAMIENTO EN CD Y CA
2.1 PRUEBAS EN CORRIENTE DIRECTA
Cuando se prueba un bobinado con corriente directa, la distribución se basa en
la Resistencia de Aislamiento, la cual es función de la geometría de la bobina en prueba
y la resistividad del recorrido de la corriente. Se aplica un voltaje directo entre la bobina
y tierra, usando un amperímetro de CD se mide la corriente total, y por Ley de Ohm
obtenemos la resistencia de aislamiento:
IR = V prueba
/ I
fuga
Donde:
IR: Resistencia de Aislamiento (Del inglés Insulation Resistance).
Si se aplica la fórmula general de resistencia, se encuentra que:
IR = ρL
/ A
Donde:
ρ: Resistividad de los materiales del camino, combina todos lo materiales
presentes.
L: Longitud del camino.
A: Área de la sección transversal del camino.
En vista que la resistividad de los materiales contaminantes presentes son bajas
(Aceite, agua, polvo, fibras naturales), la resistividad del camino de la corriente en un
bobinado contaminado es igualmente baja, lo que produce una IR baja, y por lo tanto
obtenemos una alta corriente de fuga. La resistividad de los materiales aislantes es muy
alta, y tiende a la baja con el aumento de la temperatura. Esta propiedad hace que las
pruebas en CD sean útiles para encontrar contaminación dentro del sistema de
aislamiento. La interpretación de los resultados es difícil y muchas producen confusión,
ya que primero se debe descartar que la causa raíz de una baja Resistencia de
Aislamiento se deba a alta contaminación, para luego pensar que es debido a un
avanzado deterioro térmico.
Dependerá mucho de los tipos de materiales aislantes utilizados en la máquina, por
ejemplo: La mica es un material que tiene virtualmente una resistividad muy alta (Tiende
a infinito). Analizar una máquina que incluya mica como uno de sus materiales
aislantes, presenta algunas dificultades cuando se usan técnicas en corriente directa.
PRUEBAS EN CD ENCUENTRAN: Contaminación, Humedad, Severo Deterioro.
A continuación se muestra el diagrama de la prueba.

Figura 3 Prueba en Corriente Directa
I fuga
V DC
-
+
IR=V prueba /I fuga
Fuente: El autor.
2.2 PRUEBAS EN CORRIENTE ALTERNA
Al aplicar voltaje de corriente alterna a una bobina en prueba, conectando este
entre los terminales de la bobina y la tierra, la capacitancia del bobinado domina en la
corriente de fuga. La capacitancia tiene la siguiente fórmula:
C = εA
/ d
Donde:
C: Capacitancia de la bobina.
ε: Permitividad dieléctrica del material aislante.
A: Área de la sección transversal.
d: Espesor del material.
El valor de la permitividad del sistema de aislamiento se afectará grandemente por la
presencia de vacíos (Huecos) y agua. Por esta razón, las pruebas en corriente alterna
son aplicadas a todos los tipos de materiales aislantes.
PRUEBAS EN CA ENCUENTRAN: Humedad y Presencia de Vacíos.
A continuación se muestra el diagrama de la prueba.
Figura 4 Prueba en Corriente Alterna
I total
V CA I c I r
Fuente: El autor.
La corriente total se divide en dos componentes: Una capacitiva y otra resistiva. Se ha
establecido que la relación entre ambas componentes será:

AISLAMIENTO EN BUEN ESTADO:
I c > 100 veces I r
I c adelanta a I r cerca de 90°
AISLAMIENTO MARGINAL:
I c > 50 veces I r
I c adelanta a I r menos de 80°
Finalmente, en vista de las diferentes capacidades de las pruebas en CD y CA, se
recomienda realizar ambo tipos para una más completa evaluación de la condición de
un sistema de aislamiento de una máquina eléctrica rotativa.
La figura siguiente ilustra esta situación:
Figura 5 Componentes de corriente en la prueba de CA
Fuente: Cadick Corp. “Technical Bolletin 12a: Principles of Insulation Testing”. Disponible en www.cadickcorp.com .
Las pruebas en corriente alterna tienen dos problemas significativos, que promueven
más a las de corriente directa, que no tienes los inconvenientes siguientes:
- Las pruebas muestran cierta ambigüedad, ya que un bobinado bueno o
marginal (En el límite aceptable) tienen altas capacitancias, esto es I c muy
altas, por lo que la interpretación de resultados puede ser complicada, es muy
difícil separar ambas componentes de la corriente total. En bobinados
extremadamente malos los resultados de las pruebas en CA son
contundentes.
- La cantidad de corriente que fluye en las pruebas de CA es muy superior a
pruebas en CD, requiriendo equipos más grandes, con volúmenes y pesos
significativos, en comparación con los de CD.
3.0 PRUEBAS DE AISLAMIENTO EN CORRIENTE DIRECTA
3.1 Resistencia de Aislamiento (Estándar 43 de IEEE)
La prueba de resistencia de aislamiento se realiza con voltaje directo. Esta se ve
influenciada por el sistema de aislamiento del bobinado en prueba. Su comportamiento
V
lo determina la Ley de Ohm [ 2 prueba
]: IR =
I
Por medio de esta prueba se determina los siguientes problemas:
total
2
Fuente: IEEE Power Engineering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing
insulation resistance of rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 19.

- Contaminación.
- Humedad.
- Severos daño en el aislamiento.
La corriente I total puede descomponerse en 4 componentes:
- Corriente de fuga (Leakeage current I L ): Es lineal y depende de la cantidad de
contaminación y/o humedad en la superficie del aislamiento. Su valor es alto en
motores muy contaminados.
- Corriente capacitiva (Capacitance current I C ): Es no lineal. Muestra un valor alto al
inicio de la prueba y decae a cero. Normalmente baja a cero en el primer minuto,
por eso la prueba de resistencia de aislamiento debe durar al menos un minuto.
Se conoce como la corriente de carga y es propiedad de la capacitancia
geométrica del bobinado.
- Corriente de conductancia (Conductance current I G ): Es lineal y depende del tipo
de material aislante. Para aislamiento epóxico es casi cero, para otros como
asfalto y poliéster es levemente mayor a cero.
- Corriente de absorción (Absorption current I A ): Es no lineal. Está relacionada con
la energía absorbida por los enlaces covalentes de las moléculas orgánicas
aislantes y al desplazamiento de las mismas por la presencia de un campo
eléctrico.
Figura 6 Circuito equivalente de una prueba de aislamiento en CD.
Fuente: IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing insulation resistance of
rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 5.
La figura siguiente ilustra el caso de un aislamiento específico con moderada corriente
de fuga.
Figura 7 Distribución de corrientes para un aislamiento de Asfalto-Mica.
Fuente:IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing insulation resistance of
rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 7.

Hay varios factores que afectan la resistencia de aislamiento. Por ejemplo, la magnitud
de la corriente de fuga I L es afectada por agentes contaminantes como aceite, carbón,
polvo y/o humedad que se aloja en la parte externa del bobinado. La corriente de fuga
puede alcanzar valores altos con la presencia de estos agentes. Estos elementos
generalmente son conductores que reducen la resistencia de aislamiento. Cuado el
bobinado está limpio y seco la niveles de la corriente de fuga son bajos. La figura
siguiente muestra el condensador que se forma durante la prueba de resistencia de
aislamiento. Con contaminantes la capacitancia del conjunto bobinado-contaminantescarcasa
aumenta, con posibilidad de alcanzarse la rotura dieléctrica con voltajes más
bajos. Todo lo contrario pasa si el bobinado está seco y limpio.
Figura 8 Componentes de una prueba de aislamiento
Fuente: Alman, D. “Fault zone analysis: Insulation”. Pdma Corp. Presented at the 2004 Motor Reliability Technical
Conference USA, pp 5.
El otro factor que afecta la prueba es la temperatura del bobinado, por lo que se
recomienda la medición de temperatura durante la prueba, y corregir el resultado para
hacer comparaciones en el tiempo, por medio de la siguiente fórmula:
IR c =K t * IR t
Donde:
IR c =Resistencia de aislamiento corregida a 40°C.
IR t =Resistencia de aislamiento medida a una temperatura T en °C.
K t =factor de corrección, igual a: K t =(0.5) (40-T)/10
El voltaje de prueba está definido por la norma IEEE 43-2000, y este depende del
voltaje de operación de la máquina.
Figura 9 Guía para escoger el voltaje de prueba para resistencia de aislamiento.
Voltaje de operación (V)
12000 5000-10000
Voltaje de prueba (VDC)
Fuente: IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing insulation resistance of
rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 7.

Los valores mínimos de resistencia de aislamiento también los define IEEE.
Figura 10 Valores mínimos recomendados de resistencia de aislamiento
Fuente: IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing insulation resistance of
rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 17.
3.2 Alto potencial en CD- Hi Pot (Estándar 95 de IEEE)
Después que el bobinado ha pasado las pruebas de resistencia de aislamiento se
pueden realizar pruebas de alto potencial en corriente directa a tierra. El objetivo es
determinar sí el bobinado resiste el alto estrés causado por el voltaje de prueba. Se
espera que si el bobinado presenta algún defecto o debilitamiento se dispare durante la
prueba. Para bobinados en buen estado esta prueba no representa peligro de daño
permanente.
Los equipos de Hi Pot tienen una indicación de DISPARO, esto quiere decir que no
pasa las pruebas. Hay dos procedimientos según el tipo de motor en prueba [ 3 ]:
- Motor nuevo o rebobinado: Se aplica (1.7 veces Voltaje del motor) VDC.
- Motor en mantenimiento: Se aplica (1.25 a 1.35 veces Voltaje del motor) VDC.
El voltaje se puede aplicar en una rampa o en pasos. La curva típica que se obtiene
aparece en la figura siguiente.
Figura 11 Curva de una prueba de Hi Pot
Fuente: Warren, V. “Electrical tests to assess motor winding insulations systems”. EASA Convention Las Vegas,
Nevada, USA, June 27 2006, pp 8.
3 Fuente: EASA Technical Group. “A guide to AC motor repair and replacement”. St. Louis, MO, 1999,
pp 18.

Cuando se produce un súbito aumento de corriente, con un pequeño aumento de
voltaje, se dice que se da una condición de avalancha y el equipo da la indicación de
DISPARO. Si la prueba se realizó con el bobinado seco y limpio se puede concluir que
el bobinado presenta un problema, conclusión: El motor no puede volver a operación.
3.3 Descarga dieléctrica.
Esta prueba fue desarrollada por la compañía EDF de Francia luego de años de
investigación [ 4 ]. La prueba mide la corriente que fluye durante la descarga de la bobina
en prueba. La carga es almacenada durante la prueba de aislamiento. La carga
capacitiva es descargada hasta que el voltaje cae a cero. En esta prueba el efecto de la
corriente de fuga es despreciable. Sólo afecta la corriente inversa de absorción. La
figura siguiente ilustra el fenómeno.
Figura 12 Distribución de corriente en una prueba de descarga dieléctrica
Fuente: Megger Company. “Guide to diagnostic insulation
testing above 1kV”. Disponible en www.megger.com, consultada el 18 de septiembre de 2006, pp 21.
El bobinado en prueba se carga durante 10-30minutos al voltaje de prueba. En el
momento que el voltaje es removido el bobinado se descarga por medio del instrumento
utilizado para la prueba. Después de 60 segundos el flujo que permanece es medido.
Por medio de la siguiente fórmula se obtiene el factor de descarga dieléctrica:
Corriente@1min
DD =
Voltaje * Capaci tan cia
Los valores obtenidos son analizados e interpretados de la siguiente manera:
Figura 13 Prueba de descarga dieléctrica
DD
Condición del aislamiento
> 7 Malo
4-7 Pobre
2-4 Cuestionable

Cuando hay una capa defectuosa entre dos capas buenas, su resistencia de fuga
decrecerá mientras que la capacitancia probablemente permanece igual. Una prueba
normal de aislamiento se determinará por las capas buenas, y probablemente no revele
esta condición. Pero durante la descarga dieléctrica, la constante de tiempo de la capa
defectuosa desemparejará con las otras para producir un valor DD más alto. Un valor
DD bajo indica que la corriente de reabsorción decae rápidamente, y la constante de
tiempo es similar. Un valor alto indica que la reabsorción exhibe tiempos de relajación
largos, que pueden apuntar hacia un problema.
3.4 Medición de resistencia óhmica (Estándar 92 de IEEE).
La aplicación de la prueba de resistencia del bobinado debe tomar en cuenta los
valores esperados para escoger el instrumento, esto es:
1. Bobinados con resistencias < 1Ω: Se debe usar la técnica de 4 puntas (Puente
Wheastone).
2. Bobinados con resistencias > 1Ω: Se pueden usar multímetro convencional o
la técnica de 4 puntas.
El problema de medir bobinados con valores menores a 1Ω es que la resistencia de
contacto introduce un error significativo que puede conducir a interpretaciones
equivocadas. Bobinados con valores mayores a 1Ω el error por resistencia de contacto
es despreciable.
Figura 14 Resistencia de contacto en medición de resistencia
Fuente: Baker Instrument Company. “Seminario Mantenimiento de Maquinas Rotativas Off Line”. Octubre 2002, Fort
Collins, CO, pp 1.
Los datos obtenidos deben ser interpretados. Cuando se hacen mediciones periódicas
se deberán hacer a la misma temperatura. Los datos de prueba pueden ser analizados
de la siguiente forma:
1. Valor de resistencia alta en una fase: Puede indicar bobinas abiertas o
pobres conexiones.
2. Valor de resistencia baja en una fase: Puede indicar bobinas con corto
entre vueltas.
3. Cambios en las tendencias deben ser investigados hasta encontrar las
causas.

Cuando se hacen comparaciones entre las fases se sugiere que las diferencias deben
estar dentro de los siguientes rangos, según el tipo de bobinado [ 5 ]:
1. < 1% Para bobinado preformado.
2. < 3% Para bobinado aleatorio.
3.5 Prueba del Índice de Polarización (Estándar 43 de IEEE).
La Prueba del Índice de Polarización (PI del inglés Polarization Index) es una
razón entre la resistencia de aislamiento a 10 minutos y a 1 minuto [ 6 ]:
Re sistenciaAislamiento@10min
PI =
Re sistenciaAislamiento@1min
La interpretación de la prueba aparece en la norma IEEE 43-2000:
Figura 15 Valores mínimos recomendados para la prueba de PI
Aislamiento del PI
bobinado
Clase A 1.5
Clase B 2.0
Clase F 2.0
Clase H 2.0
Fuente: IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing insulation resistance of
rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 16.
El PI mide el tiempo requerido por las moléculas del aislamiento para polarizarse y
resistir el flujo de corriente. Las moléculas en reposo están orientadas aleatoriamente
según la parte superior de la figura 16. Cuando del material aislante es colocado en un
campo eléctrico las moléculas se alinean. El tiempo requerido para el alineamiento
ayudar a dar un diagnóstico de la condición del aislamiento.
5 Fuente: Warren, V. “Electrical tests to assess motor winding insulations systems”. EASA
Convention Las Vegas, Nevada, USA, June 27 2006, pp 8.
6
Fuente: IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing
insulation resistance of rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 7.

Figura 16 Moléculas de un material aislante
Fuente: Young, C. “Use polarization index test to determine condition/health of motor insulation”. EASA Currents
magazine, Vol. 34, No 9, September 2000, pp 3.
Se puede graficar los valores de la prueba, ver la figura siguiente. En ella se muestra el
efecto de la humedad y contaminación. En caso de aislamientos contaminados y
húmedos la corriente de fuga dominará, obteniéndose un PI bajo. Para aislamientos
secos y limpios la corriente que dominará será la de absorción por lo que la prueba
efectivamente medirá la condición del bobinado.
Figura 17 Curva típica de una prueba de PI
Fuente: IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice of testing insulation resistance of
rotating machinery”. IEEE Press, New York, 2000, pp 8.
Ya que la prueba de PI establece un voltaje de prueba en corriente directa entre la
bobina y la carcasa, ésta se ve influenciada por el tipo de bobinado: Aleatorio o
preformado. El PI es útil para bobinado preformado, más que para bobinado aleatorio
[ 7 ].
7
Fuente: Young, C. “Use polarization index test to determine condition/health of motor
insulation”. EASA Currents magazine, Vol. 34, No 9, September 2000, pp 3.

Cuando se obtienen valores mayores a 5000MΩ en el primer minuto de la prueba se
considera que la misma deja de ser útil ya que la variación de resistencia de aislamiento
entre 1 y 10 minutos es muy poca.
4.0 PRUEBAS DE AISLAMIENTO EN CORRIENTE ALTERNA
4.1 Prueba de impulso Surge Test (Estándar 522 de IEEE, se practica desde
1926).
Cuando el motor se arranca se generan impulsos de alta frecuencia que puede
afectar el aislamiento en los finales de bobina, el bobinado es sometido a un alto estrés
eléctrico que en sistemas debilitados, contaminados o envejecidos pueden no ser
soportado. Si el aislamiento falla en este momento el motor se quemará en pocos
segundos o minutos. Es así como el aislamiento entre vueltas es crítico para el motor.
Otras pruebas de bajo voltaje como de inductancia o impedancia inductiva pueden
detectar aislamiento en corto, pero no aislamientos debilitados [ 8 ].
La única prueba capaz de encontrar deterioro en el aislamiento entre vueltas es la
prueba de impulso. Consiste en aplicar un tren de impulsos de alto voltaje a la bobina
de prueba para determinar si el aislamiento entre vueltas soporta la condición de estrés.
La prueba es válida para bobinado aleatorio o preformado. Luego de aplicar la prueba a
cada fase del bobinado trifásico, las 3 ondas obtenidas se grafican juntas y se analiza
de la siguiente forma:
1. Si las ondas están en fase el bobinado no presenta cortos.
2. Si se da un corrimiento hacia la izquierda de alguna fase existen
cortos en esa fase.
Muchas fábricas aplican esta prueba durante el proceso de fabricación de máquinas
eléctricas como parte del control de calidad previo a la impregnación del bobinado. La
prueba de impulso duplica los impulsos de arranque del motor, por lo tanto es una
condición severa y no debe ser aplicada periódicamente. Otras condiciones donde el
bobinado puede ser sometido a altos niveles de impulso son: Alimentación del motor
con un variador de velocidad tipo PWM (Modulación por ancho de pulso); transitorios
producidos por el sistema de alimentación eléctrica del motor.
Estos equipos se conocen también como probadores por comparación de impulsos ya
que la prueba se realiza a las 3 fases del motor y luego se comparan entre sí. El
principio de la prueba es el siguiente [ 9 ]:
1. El período de la onda obtenida en la es: τ = √LC, donde L es la inductancia y C
la capacitancia de la bobina en prueba.
2. Se puede aproximar: L α N 2 , donde N es el número de vueltas de la bobina de
prueba.
3. Entonces: τ α N.
Cuando hay corto entre vueltas el número de vuelta N se reduce y el período de acorta,
indicando que el bobinado tiene un defecto. La figura siguiente muestra el principio de
8 Fuente: Idem 7, pp 10.
9
Fuente: Baker Instrument Company. “Seminario Mantenimiento de Maquinas Rotativas Off Line”.
Octubre 2002, Fort Collins, CO, pp 17.

operación del equipo donde un condensador es cargado y descargado en la bobina de
prueba por medio de una llave. La onda que muestra la pantalla del instrumento
aparece en la figura 18, el eje X es tiempo en microsegundos, y el Y es voltaje de la
bobina.
La figura 18 muestra cómo se distribuye un impulso de 900VDC en un bobinado de
prueba compuesto por 9 bobinas, cada una con cierta cantidad de vueltas. Sí el
bobinado no tiene cortos entre vueltas se espera que cada bobina mida 100VDC. Pero
en un bobinado dañado la distribución es no uniforme debido a los cortos.
Figura 18 Prueba de impulso a bobinados
Fuente: Baker Instrument Company. “Seminario Mantenimiento de Maquinas Rotativas Off Line”. Octubre 2002, Fort
Collins, CO, pp 15
Los instrumentos para hacer pruebas de impulso presentan los resultados en una
pantalla como lo muestra la 19. La primera figura es un bobinado bueno donde las 3
ondas de cada fase tienen el mismo patrón de comportamiento. La segunda es un
ejemplo de un bobinado dañado con un corto entre vueltas, lo que produce un período
distinto en una de estas. Los voltajes de prueba son los mismos que para la prueba de
Hi Pot.

Figura 19 Prueba de comparación de impulsos para bobinados
BOBINADO BUENO
BOBINADO DAÑADO
Corto entre vueltas
Fuente: Baker Instrument Company. “Testing theories and recommendations”. Disponible en www.bakerinst.com,
consultada el 6 de septiembre de 2006.
4.2 Alto potencial en CA- Hi Pot (Estándar 112 de IEEE).
Como en la prueba de alto potencial en CD, después de que un bobinado pasa
las pruebas de resistencia de aislamiento, se pueden hacer pruebas de alto potencial en
CA. El bobinado se somete a un alto estrés por medio de un sobre voltaje. El objetivo es
que si la máquina en prueba tiene puntos débiles en su sistema de aislamiento, éste
colapse durante el desarrollo de la prueba. Se aplica a máquinas durante el proceso de
fabricación o reparación, y durante tareas de mantenimiento.
La prueba es: Pasa y No Pasa. Es una prueba destructiva, bajo el criterio que si la
máquina no soporta la misma, no está en capacidad de ponerse en operación. El estrés
que provoca es similar al inducido durante la operación normal, y los voltajes de prueba
recomendados son [ 10 ]:
- Motor nuevo o rebobinado: Se aplica (2*V L-L + 1kV) VAC.
- Motor en mantenimiento: Se aplica (1.5 * V L-L ) VAC.
En vista que se produce un súbito aumento de corriente con un pequeño aumento de
voltaje, se dice que se da una condición de avalancha y el equipo da la indicación de
DISPARO.
4.3 Prueba de Capacitancia (Estándar 286 de IEEE).
La presencia de vacíos dentro del sistema de aislamiento se puede definir por
medio de la prueba de capacitancia, ya que estos vacíos se llenan de aire, cambiando
la constante dieléctrica del sistema de aislamiento. Estos vacíos se pueden presentar
10 Fuente: Warren, V. “Electrical tests to assess motor winding insulations systems”. EASA
Convention Las Vegas, Nevada, USA, June 27 2006, pp 9.

por un mal proceso de barnizado o por el desplazamiento del barniz durante la vida la
máquina. En bobinados nuevos esta prueba es poco útil, sin embargo en máquinas
antiguas la prueba puede ser útil para la detección de alta contaminación y deterioro
avanzado (Conocido como de laminación el sistema de aislamiento). El siguiente criterio
es útil para el análisis:
• De laminación: Capacitancia cae (Cambios de 1%).
• Contaminación: Capacitancia aumenta (Cambios de 5%).
Las pruebas se recomiendan realizar por fase. Cuando el equipo aplica el voltaje de
prueba entre fase y tierra, si hay vacíos se produce la descarga, siendo detectada por el
instrumento. La prueba mide la capacitancia C lv a 0.2*V L-L y también mide la
capacitancia V hv a 0.58*V L-L . La diferencia de capacitancia se mide y se calcula el C:
ΔC= (C hv -C lv )/C lv
Un C alto, es indicativo de presencia de vacíos. Para un buen sistema de aislamiento se
tiene los siguientes valores recomendados:
ΔC< 1% para modernas máquinas (Después de 1970).
ΔC< 3% a 4% para máquinas antiguas.
Esta prueba tiene una mayor utilidad cuando se llevan registros en el tiempo, donde un
incremento en ΔC puede indicar un incremento de vacíos en el sistema de aislamiento,
fruto de un proceso de de laminación acelerado.
4.4 Factor de Disipación Tan δ (Estándar 286 y 432 de IEEE).
Igual que la prueba de capacitancia, la prueba del Factor de Disipación busca
cualquier cambio en el sistema de aislamiento. Esta prueba se hace en pasos, de cero
hasta alcanzar el voltaje normal de fase de la máquina, entre la fase en prueba y tierra.
La intención es observar incrementos en las pérdidas en potencia real debidas a la
presencia de vacíos en un sistema con de laminación (Δ tan δ). En vista de que el
voltaje se incrementa paulatinamente, la presencia de vacíos incrementa la actividad de
descargas por medio de éstos, aumentando las pérdidas en mW. El valor absoluto del
factor de disipación se calcula de la siguiente forma:
DF= tan δ=mW/mVar=I R /I C
Donde I R es la componente resistiva de la corriente total de la prueba e I C la
componente capacitiva, influenciada por la presencia de vacíos.
Cuando se hacen comparaciones en el tiempo se obtiene la Δ tan δ o Δ DF. Se
recomienda los siguientes criterios de análisis:
• De laminación: Δ tan δ incrementa.
• Contaminación-Humedad: tan δ aumenta.
• Sistemas de aislamiento modernos: tan δ es cercano a 0.5%.
• Sistemas de aislamiento antiguos: tan δ es 3% a 5%.
El cuidado que se debe tener con esta prueba es que algunas veces se obtienen
valores ambiguos, se necesita desarrollar mediciones en el tiempo. La siguiente figura
muestra la gráfica de potencias que intervienen y los ángulos.

Figura 20 Componentes de potencia de la prueba en CA
Fuente: Warren, V. “Electrical tests to assess motor winding insulations systems”. EASA Convention Las Vegas,
4.5 Factor de Potencia Cos θ (Estándar 286 y 432 de IEEE).
Similar al Factor de Disipación, la prueba del Factor de Potencia busca cualquier
cambio en el sistema de aislamiento. Es típico que la prueba se realiza y los resultados
se comparan con otra máquina. Este procedimiento es valioso para corroborar la
calidad del proceso de impregnación y curado de los bobinado nuevos. Igual que la
anterior, la limitación de la prueba es que algunos resultados son ambiguos.
El valor se obtiene por medio de la siguiente relación, y según la figura 20:
PF= Cos θ =mW/mVA=I L /I Total
Los criterios que se usan son:
• De laminación: Δ Cos θ incrementa.
• Contaminación-Humedad: Cos θ aumenta.
• Sistemas de aislamiento modernos a base de polietileno: Cos θ cercano a
0.01%.
• Sistemas de aislamiento modernos a base de otros materiales: Cos θ 0.5%.
• Sistemas de aislamiento antiguos: Cos θ entre 3% y 5%.
La prueba de cambio del factor de potencia Δ Cos θ, conocida en inglés con Tip-up, se
hace en dos voltajes, uno al 25% del voltaje de fase de la máquina, el otro al 100%. La
diferencia en el factor de potencia puede interpretarse para encontrar problemas. Los
valores típicos son de 0.5% para un bobinado en buen estado, en máquinas modernas.
5.0 RESUMEN DE LAS PRUEBAS EN CD Y CA.
En el siguiente cuadro se resumen las diferentes pruebas estudiadas, sus
características más destacadas y alcances.

Figura 21 Resumen de las pruebas estudiadas
Prueba Qué detecta? Efectividad Frecuencia Típica Precauciones
Estándar
Referencia
Hi Pot en CA
Aislamiento débil
Pasa/No pasa. No para
tendencias
En fábrica o taller.
Durante un
mantenimiento mayor
Prueba Destructiva
IEEE 112 y NEMA
MG-1
Impulso
Aislamiento vuelta a
vuelta
Buen proceso de
bobinado
En fábrica o taller Prueba Destructiva IEEE 522
CA
Capacitancia
De laminación o
inapropiado
barnizado
Buen proceso de
bobinado. Es posible
para tendencias
En fábrica o taller. 1-2
veces al año
IEEE 286
CD
Factor de Disipación y
Δ tan δ
Factor de Potencia y
Δ Cos θ
Hi Pot en CD
Resistencia
Aislamiento
Índice de Polarización
Resistencia de
bobinado
Descarga dieléctrica
Fuente: Recopilación Propia
De laminación o
inapropiado
barnizado
De laminación o
inapropiado
barnizado
Aislamiento débil
Contaminación,
humedad, severos
daños
Humedad o
contaminación.
Posible deterioro del
aislamiento
Pobres conexiones
Posible deterioro del
aislamiento
Buen proceso de
bobinado. Es posible
para tendencias
Buen proceso de
bobinado. Es posible
para tendencias
Pasa/No pasa. Útil para
tendencias
Útil para decidir si
máquina entra en
operación. Para
tendencias
Efectivo para
tendencias
Efectivo para
tendencias
Efectivo para
tendencias
En fábrica o taller. 1-2
veces al año
En fábrica o taller. 1-2
veces al año
Según sea necesario Prueba Destructiva
IEEE 286
IEEE 286
IEEE 95 y NEMA
MG-1
1-2 veces al año IEEE 43
1-2 veces al año IEEE 43
1-2 veces al año IEEE 92
1-2 veces al año
6.0 CONCLUSIONES
El responsable de la correcta operación de las máquinas eléctricas rotativas
tiene a su disposición una serie de pruebas para evaluar la condición del sistema de
aislamiento, cada una tiene un alcance y efectividad propia, que se deben conocer para
hacer la mejor selección.
Las pruebas en Corriente Directa y Alterna pueden complementarse para
desarrollar un análisis completo del sistema de aislamiento, y que esto sea una
herramienta útil para la toma de decisiones.
La realización de las pruebas no garantiza que la máquina eléctrica se está
evaluando correctamente, el responsable debe desarrollar criterio, apoyado con la
normativa existente, para hacer un buen uso de los resultados.

7.0 ANEXOS
Algunas fotografías de equipos de pruebas para desarrollar las pruebas
estudiadas.
Equipo prueba Hi Pot en AC
Equipo para prueba de Capacitancia
y tan δ
Equipo de prueba de impulso Medidor de aislamiento,
índice de
polarización

8.0 BIBLIOGRAFÍA
1. AEMC Company. “Understanding insulation resistance testing”.
Disponible en www.aemc.com, consultada el 3 de septiembre de 2006.
2. Alman, D. “Fault zone analysis: Insulation”. Pdma Corp. Presented at the
2004 Motor Reliability Technical Conference USA.
3. Baker Instrument Company. “Testing theories and recommendations”.
Disponible en www.bakerinst.com, consultada el 6 de septiembre de 2006.
4. Baker Instrument Company. “Seminario Mantenimiento de Maquinas
Rotativas Off Line”. October 2002, Fourt Collins, CO.
5. Boulter, E. y Stone, G. “Historical Development of rotor and stator
winding insulation materials and systems”. IEEE Electrical Insulation
magazine, Vol. 20, No. 3, may/June 2004.
6. Emery, F. “Basis of power factor measurements on HV Stator bars &
stator windings”. IEEE Electrical Insulation magazine, Vol. 20, No. 3,
may/june 2004.
7. EASA Technical Group. “EASA Technical Manual”. St Louis, MO, 1996.
8. EASA Technical Group. “A guide to AC motor repair and replacement”.
St. Louis, MO, 1999.
9. IEEE Power Enginnering Society. “Std 43-2000: Recommended practice
of testing insulation resistance of rotating machinery”. IEEE Press, New
York, 2000.
10. IEEE Power Enginnering Society. “Std 522: Guide for testing Turn-to-Turn
Insulation on Form-Wound stator coils for alternating current rotating
electric machines”. IEEE Press, New York, 1992.
11. IEEE Power Enginnering Society. “Std 95-1977: Recommended practice
for insulation testing of large AC rotating machinery with high direct
voltage”. IEEE Press, New York, 1977.
12. Lawrie, R. “Biblioteca practica de motores elétricos”. Grupo Editorial
Oceano, Barcelona, 1987.

13. Megger Company. “Guide to diagnostic insulation testing above 1kV”.
Disponible en www.megger.com, consultada el 18 de septiembre de 2006.
14. NEMA. “Std MG-1: Motors & Generators”. NEMA Press, Washington D.C.,
1987.
15. Sears, F., Zemansky, M. y Young, H. “Física Universitaria”. 6ta edición,
Fondo Educativo Interamericano, México D.F., 1986.
16. Stone, G., Boulter E., Culbert I., Dhiran, H. “Electrical insulation for
rotating machinery- Design, Evaluation, aging, testing and repair”. Wiley
IEEE Press, New York, 2004.
17. Stone, G. “Recent important changes in IEEE Motor and Generator
winding insulation diagnostic testing standards”. IEEE Transactions on
Industry Applications, Vol. 41, No 1, January/February 2005.
18. Thomas, T. ¨On line and Off line testing of electric motors¨. Disponible en
www.bakerinst.com, consultada el 11 de octubre de 2006.
Biografía:
19. Warren, V. “Electrical tests to assess motor winding insulations
systems”. EASA Convention Las Vegas, Nevada, USA, June 27 2006.
20. Young, C. “Use polarization index test to determine condition/health of
motor insulation”. EASA Currents magazine, Vol. 34, No 9, September
2000.
Oscar Núñez Mata, Ingeniero Electricista, graduado de la Universidad de Costa Rica
1993. Maestría en Administración de Empresas de la UNED, Costa Rica, 2006.
Miembro del grupo de consultores de la Cámara de Industrias de Costa Rica, encargado
de impartir cursos de formación sobre máquinas eléctricas, desde 2004. Instructor de
Fundatec (Fundación Tecnológica), y profesor-investigador del TEC, Escuela de
Ingeniería Electromecánica, encargado de impartir cursos sobre máquinas eléctricas,
desde 2006. En la UCR, profesor de cursos de Máquinas Eléctricas, Escuela de
Ingeniería Eléctrica. Actualmente consultor privado, especialista en reparación, asesoría
y capacitación en el campo de los motores y generadores eléctricos.