Índice de Polarización o Prueba PI

Prueba de Índice de Polarización (Prueba de Valor PI) junto con Prueba de Resistencia de Aislamiento (Prueba de Valor IR) se realiza en máquinas eléctricas de alta tensión para determinar la condición de servicio del aislamiento. La prueba IP se realiza especialmente para determinar la sequedad y limpieza del aislamiento.
En la prueba de resistencia de aislamiento, se aplica un alto voltaje DC al aislante. Este voltaje aplicado se divide por la corriente que pasa a través del aislante eléctrico para obtener el valor resistivo del aislante. Según la ley de Ohm,

Sin usar una fuente separada de voltaje directo, voltímetro y amperímetro para medir el correspondiente voltaje y corriente, podemos usar un potenciómetro indicador directo, también conocido localmente como megger.

El megger proporciona el voltaje DC necesario a través del aislante y también muestra el valor resistivo del aislamiento directamente en el rango de M – Ω y G – Ω. Generalmente usamos un megger de 500 V, 2.5 KV y 5 KV dependiendo de la resistencia dieléctrica del aislamiento. Por ejemplo, usamos un megger de 500V para medir hasta aislamientos clasificados hasta 1.1 KV. Para transformadores de alta tensión, otro equipo y máquinas de alta tensión, usamos un megger de 2.5 o 5 KV dependiendo del nivel de aislamiento.
Como todos los aislantes eléctricos son dieléctricos en su naturaleza, siempre tienen una propiedad capacitiva. Debido a esto, durante la aplicación del voltaje a través del aislante eléctrico, inicialmente habrá una corriente de carga. Pero después de unos instantes, cuando el aislante esté completamente cargado, la corriente de carga capacitiva se vuelve cero. Por eso, se recomienda medir la resistencia de aislamiento al menos después de 1 minuto (a veces 15 segundos) desde el instante de aplicación del voltaje a través del aislante.

Solo medir la resistencia de aislamiento con un megger no siempre da resultados confiables. Como el valor resistivo de un aislante eléctrico también puede variar con la temperatura.
Esta dificultad se resuelve parcialmente introduciendo la prueba de índice de polarización o, en resumen, prueba de valor PI. Discutiremos la filosofía detrás de la prueba PI, a continuación.
Cuando aplicamos un voltaje a través de un aislante, habrá una corriente correspondiente a través de él. Aunque esta corriente es pequeña y está en el rango de miliamperios o, a veces, microamperios, tiene principalmente cuatro componentes.

1. Componente capacitivo.

2. Componente conductivo.

3. Componente de fuga superficial.

4. Componente de polarización.

Discutamos uno por uno.

Componente Capacitivo

Cuando aplicamos un voltaje DC a través de un aislante, debido a su naturaleza dieléctrica, habrá una corriente de carga inicial alta a través de él. Esta corriente decae exponencialmente y se vuelve cero después de algún tiempo. Esta corriente existe durante los primeros 10 segundos de la prueba. Pero toma aproximadamente 60 segundos para decaer completamente.

Componente Conductivo

Esta corriente es puramente conductiva en su naturaleza y fluye a través del aislante como si el aislante fuera puramente resistivo. Esta corriente es un flujo directo de electrones. Todo aislante tiene este componente de corriente eléctrica. Dado que, en la práctica, todo material en este universo persiste con cierta naturaleza conductiva. Esta corriente conductiva permanece constante a lo largo de la prueba.

Componente de Fuga Superficial

Debido al polvo, humedad y otros contaminantes en la superficie del aislante sólido, hay un pequeño componente de corriente que fluye a través de la superficie externa del aislante.

Componente de Polarización

Todo aislante es hidroscópico en su naturaleza. Algunas moléculas contaminantes, principalmente como la humedad en el aislante, son muy polares. Cuando se aplica un campo eléctrico a través del aislante, las moléculas polares se alinean a lo largo de la dirección del campo eléctrico. La energía requerida para esta alineación de moléculas polares proviene de la fuente de voltaje en forma de corriente eléctrica. Esta corriente se llama corriente de polarización. Continúa hasta que todas las moléculas polares se alineen a lo largo de la dirección del campo eléctrico.
Toma alrededor de 10 minutos alinear las moléculas polares a lo largo del campo eléctrico, y es por eso que, si tomamos el resultado del megger por 10 minutos, no habría efecto de la polarización en el resultado del megger.
Por lo tanto, cuando tomamos el valor del megger de un aislante por 1 minuto, el resultado refleja el valor IR que está libre del efecto del componente capacitivo de la corriente. Nuevamente, cuando tomamos el valor del megger del aislante por 10 minutos, el resultado del megger muestra el valor IR, libre de los efectos de ambos componentes, capacitivo y de polarización, de la corriente.

El índice de polarización es la relación entre el valor del megger tomado por 10 minutos y el valor del megger tomado por 1 minuto.
La importancia de la prueba de índice de polarización.
Sea I la corriente total inicial durante la prueba de índice de polarización o prueba PI.
IC es la corriente capacitiva.
IR es la corriente resistiva o conductiva.
IS es la corriente de fuga superficial.
IP es la corriente de polarización del aislante.

El valor de la prueba de resistencia de aislamiento o prueba de valor IR, es decir, el valor de la lectura del megger justo después de 1 minuto de la prueba, es-

El valor del megger de la prueba de 10 minutos, es

Por lo tanto, el resultado de la prueba de índice de polarización, es

A partir de la ecuación anterior, es claro que, si el valor de (IR + IS) >> IP, el PI del aislante se acerca a 1. Y un gran IR o IS o ambos indican la falta de salud del aislamiento.
El valor de PI se vuelve alto si (IR + IS) es muy pequeño en comparación con IP. Esta ecuación indica que un alto índice de polarización de un aislante implica la salud del aislante. Para un buen aislante, la corriente de fuga resistiva IR es muy pequeña.
Siempre es deseable tener un índice de polarización de un aislante eléctrico mayor de 2. Es peligroso tener un índice de polarización menor de 1.5.

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