Verificación aislamiento en vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos e híbridos están de moda y su mecánica introduce elementos nuevos y desconocidos en relación a un vehículo con motor de combustión. Si bien es cierto que la diagnosis de algunos de estos componentes resulta compleja, también existen pruebas muy simples y de gran importancia como puede ser la verificación del aislamiento de los componentes que trabajan con alta tensión.

El siguiente post os ayudará a realizar la prueba de aislamiento de componentes con respeto a la carrocería del vehículo correctamente.

Antes de empezar a diagnosticar, recordad que los vehículos eléctricos e híbridos trabajan con tensiones elevadas que oscilan entre 150 y 650v en corriente continua o alterna. Es sumamente importante respetar las medidas de seguridad establecidas para este tipo de operaciones.
Todos los componentes e instalación eléctrica se encuentran debidamente aislados en respeto a la carrocería. La calidad de estos aislamientos se ve alterada con el paso del tiempo debido, principalmente, a los siguientes factores:

- Fatiga: relacionada en parte por sobretensiones y caídas de tensión, ciclos de puesta en marcha y parada, golpes, defectos de equilibrado de los motores o generadores…
- Ataques químicos: contacto con aceites, vapores, polvo…
- Cambios de temperatura: la dilatación y contracción de los materiales afecta sus características aislantes. 

Diferentes maneras de expresar la Ley de Ohm

La medición de la resistencia se basa en la ley de Ohm: se aplica una tensión continua conocida y midiendo la intensidad de corriente (A) que circula en el circuito se determina su valor resistivo.

Cualquier material (conductor o no conductor de la electricidad) está formado por átomos. Los átomos se constituyen de un núcleo cargado positivamente alrededor del cual giran electrones (carga negativa). 

En modo resumen diremos que los materiales denominados conductores de la electricidad, permiten el paso de los electrones de un átomo a otro con mucha facilidad, denominándose este movimiento corriente eléctrica mientras que en los materiales denominados no conductores o aislantes, el paso de electrones de un átomo a otro es prácticamente nulo (pero nunca 0) lo que origina que ningún material sea 100% aislante. Así pues, la resistencia de aislamiento da un valor muy elevado pero no infinito y su valor se expresará en KΩ, MΩ, GΩ e incluso en TΩ.

La pequeña cantidad de corriente que circula alrededor de los materiales aislantes se denomina corriente de fuga y su valor varía en función del tiempo siendo más elevada en el momento de alimentar un circuito i con tendencia a disminuir con el paso del tiempo debido a fenómenos de “polarización” de las cargas eléctricas de los átomos.

No hay que preocuparse por los efectos de la corriente de fuga pues es tan pequeña que no supone ningún peligro para el funcionamiento de las máquinas eléctricas ni compromete a la salud humana.
Tal y como es conocido, existen factores influyentes en las pruebas de medición de resistencia, los más conocidos son la temperatura y la humedad. En el campo de la automoción no son excesivamente decisivos pero siempre se intentará realizar las pruebas a una temperatura de 20ºC y una humedad relativa comprendida entre el 30 y el 50%.

Los métodos más empleados para la verificación de aislamiento se resumen en 4 y siempre se realizan con el circuito a verificar sin tensión.


Medida puntual o a corto plazo

Se trata del método más sencillo y consiste en aplicar la tensión de ensayo en un plazo de tiempo muy breve (inferior a 60 segundos). El resultado es el mostrado en este instante y debe ser como mínimo de 1000 Ω/V aplicado en la tensión de ensayo, es decir, si aplicamos una tensión de 500v para el ensayo, la resistencia debe ser superior a 500.000Ω (500v x 1.000Ω).

El principal inconveniente de esta medición es que el resultado se ve altamente perturbado por la temperatura y humedad del ambiente.

Verificación de la resistencia de aislamiento de un grupo convertidor

Por lo general, el aislamiento se verifica entre la entrada y salida de la alimentación de alta tensión (sea en alterna o continua) y lo que conocemos como masa (12v). Consultar siempre las recomendaciones del fabricante!!! 

Índice de polarización (PI)

Durante esta prueba se efectúan dos lecturas mientras se está aplicando la tensión de ensayo, la primera al cabo de 1 minuto y la segunda cuándo han transcurrido 10. La ratio sin dimensión de la resistencia de aislamiento a 10 minutos sobre la de 1 minuto se denomina índice de polarización (PI).

Por lo general en el campo de vehículos eléctricos, un resultado superior a 4 indica un buen aislamiento mientras que un resultado inferior a 2 es motivo de sustitución.

La temperatura y humedad ambiente son poco significativas en el resultado de la medición.

Verificación del índice de polarización con un megaóhmetro

Relación de absorción dieléctrica (DAR)

Según el material con el que se fabrica el aislamiento la “polarización” de los átomos es más rápida y no se precisa tanto tiempo (10 minutos) para concluir la prueba.

La relación de absorción dieléctrica (DAR)  consiste en un ensayo muy similar al índice de polarización (PI) con la diferencia de que la primera medición se realiza a los 30 segundos y la segunda a los 60. El resultado debe estar comprendido entre 1.25 y 1.6.

Método de prueba de descarga dieléctrica (DD)

Tal y como se ha explicado, los átomos se “polarizan” en el momento de alimentar un circuito eléctrico. En consecuencia, cuándo se desconecta la alimentación, estos se “despolarizan” pudiendo generar fugas de corriente superiores a lo normal.

El principio de medición de esta prueba es el siguiente: se carga el componente a analizar durante un tiempo hasta alcanzar un estado estable y, a continuación, se descarga mediante una resistencia interna del equipo de medición.

El valor de la prueba se calcula mediante la siguiente fórmula:

El principal inconveniente de esta prueba es que el resultado final depende en gran parte de la temperatura, así pues, es conveniente realizar la prueba a la temperatura indicada por el fabricante (normalmente a temperatura ambiente).

El resultado obtenido en las pruebas citadas puede ser erróneo si la tensión de ensayo aplicada es débil en comparación a la tensión de trabajo. Por el contrario, si la tensión de ensayo aplicada es excesiva, puede ocasionar la ruptura del componente o instalación.

La siguiente tabla recomienda la tensión de ensayo a aplicar en función de la tensión de trabajo del circuito, sin embargo, siempre es preferible consultar este dato con el fabricante.

La importancia del Megaóhmetro

Hasta el momento, hemos comentado diferentes pruebas a realizar pero… nos falta lo principal, el aparato de medición. Está claro que con un simple multímetro no se pueden realizar este tipo de pruebas, principalmente porqué la tensión de ensayo que aplica es como mucho de 3voltios.

Así pues, el multímetro debe ser sustituido por un megahómetro. Se trata de un aparato de medición que incluye funciones similares a las de un multímetro (medición de voltaje y resistencia pero suprime en algunos casos la medición de intensidad) además de permitir la selección de una corriente de ensayo muy elevada a través de un selector.

Los megahómetros más avanzados ofrecen el resultado directo de las pruebas citadas (PI, DAR, DD…) mientras que los más económicos es función del técnico leer los datos en los tiempos marcados y realizar los cálculos según las fórmulas. Cabe destacar que en el campo de la automoción, el megaóhmetro no solo se limita a las pruebas en vehículos eléctricos sino que también tiene otras aplicaciones, por ejemplo, permite la verificación del aislamiento de los inyectores piezoeléctricos.

¿Conocíais este tipo de aparatos de comprobación?, ¿Los utilizáis a menudo? Animaros a publicar vuestra experiencia y hasta el próximo post!!!