PCO
PROGRAMA DE CERTIFICAÇÃO
OPERACIONAL CST

TÉCNICAS DE INSPEÇÃO E
PROCEDIMENTOS DE TESTES

Janeiro de 2005
SUMÁRIO

SUMÁRIO ............................................................................................................
3.5.5 Inspeção Sistemática ...............................................................................38
3.5.5.1 Siste...
4.6.1.1 Características Gerais.................................................................81
4.6.1.2 Teste de Funcion...
5.8 Terminais e Emendas........................................................................................99
5.9 Test...
8.1.6 Malha de Aterramento...........................................................................114
9

BATERIAS.........
11.2.1 Tanque .................................................................................................133
11.2.2 ...
14.3.2 Tomadas ..............................................................................................144
15

FREIO...
24.2 Isolamento Elétrico .......................................................................................174
24.3 A...
24.9.2.1 Estator e Rotor CA com Três Cabos de Saída .......................189
24.9.2.2 Estator de Motor de CA com Seis ou...
1

APRESENTAÇÃO

As atividades de inspeção compreendem uma fatia importante das ações
empreendidas por uma equipe de manut...
12

2

INTRODUÇÃO

Muitas pessoas que lidam com a manutenção têm a opinião que equipamentos
elétricos são diferentes das o...
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3

MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS

3.1 FONTES DE ALIMENTAÇÃO
Uma longa vida útil de um motor de indução trifásico depend...
14

A NBR 7094 estabelece as variações permissíveis de tensão e freqüência em relação
ao nominal, conforme figura 2.

Fig ...
15

A zona A da figura 2 estipula as variações de tensão e freqüência permitidas, dentro
das quais o motor deve ser capaz ...
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Fig 3

Caracterização da onda de um surto de tensão

A forma de onda tem uma frente escarpada e uma cauda longa, confo...
17

Fig 4

Esquemas de ligação de motores de indução para proteção contra surtos utilizando
capacitores e para-raios..

3....
18

Fig 5

Relé de sobrecarga

A curva de operação do relé térmico deverá ser compatível com a curva térmica da
máquina pr...
19

O relé térmico deve ser regulado para o valor da corrente nominal do motor
protegido, mesmo em máquinas com fator de s...
20

180ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “H”
Nos motores de maior porte, de média tensão, a proteção contra...
21

São muitos eficazes para motores sujeitos a regime intermitentes ou contínuos com
carga intermitente e em casos em que...
22

O desligamento da proteção por detectores de temperatura deve ser ajustada para o
limite da classe de isolação
Tabela ...
23

A proteção contra falta para terra (corrente de seqüência zero) é normalmente ligada
a um TC toroidal que abraça as tr...
24

3 transformadores de
corrente na linha

3 transformadores de
corrente no fechamento da
estrela

Relé diferencial em ca...
25

Fig 11 Proteção diferencial de motor de média tensão

3.3 PROTEÇÃO CONTRA FALTA E DESEQUILÍBRIO DE FASES
Correntes des...
26

3.4 INTERAÇÃO MOTOR E MÁQUINA ACIONADA
A transmissão consiste no conjunto responsável pela transferência da potência
m...
27

A polia deve ser montada o mais próximo possível do mancal do motor conforme Fig
12.

Fig 12 Exemplo de instalação de ...
28

Fig 13 Alinhamento de polias

A tensão na correia deverá ser suficiente para evitar o escorregamento durante o
funcion...
29

Fig 14 Instalação de correias

Mesmo quando todos os requisitos citados estão atendidos, pode acontecer falha
prematur...
30

Ponto de
aterramento

Fig 15 Aterramento da carcaça

3.5.1.2 Dispositivos de Bloqueio e Calços
Os dispositivos de bloq...
31

3.5.1.4 Conexão de Força do Motor
O inspetor deverá verificar se a conexão do motor foi realizada de acordo com a
tens...
32

Fig 16 Pontos de medida de vibração

Tabela 4

Limites de vibração de acordo com a faixa de potência do motor

POTÊNCI...
33

DI =

DMD
× 100%
MTF

onde:
DI = Desequilíbrio de corrente em percentagem.
DMD = Maior desvio de corrente de fase em r...
34

Fig 17 Alinhamento motor - máquina acionada

Fig 18 Carcaça do mancal e folga axial

3.5.4 Operação com o Motor Acopla...
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ruídos anormais. Em máquinas de grande porte, pode ser importante uma análise das
vibrações no espectro de freqüência....
36

Fig 19 Sensores de vibração e temperatura de mancal de motor de média tensão

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de ...
37

Fig 20 Indicador de temperatura do mancal de motor de média tensão

3.5.4.3 Indicadores e Proteção Térmica dos Enrolam...
38

Fig 21 Indicador e pressostatos do sistema de lubrificação dos mancais de motor de média
tensão

3.5.5 Inspeção Sistem...
39

•
•

Máquinas com escovas exigem da manutenção um esforço muito grande para
manter a comutação em boas condições e o m...
40

Patinas Anormais
P12 - aspecto: Patina raiada com pistas mais ou menos largas. A cor é
alternadamente clara ou escura....
41

Patina com manchas de origem elétrica
P42 - aspecto: Lâminas alternadamente claras e escuras.
Causas: Desuniformidade ...
42

Manchas no comutador
T10 - Manchas escuras reproduzindo à área de contato das escovas.
Causas: Prolongadas paradas des...
43

Fig 22 Defeitos nas lâminas

Uma operação adequada da comutação em máquinas de corrente contínua está
intimamente liga...
44

Fig 23 Níveis de faiscamento

Exercem influência na comutação também a pressão das escovas (molas), o nível de
assenta...
45

Uma operação ideal de uma máquina com escovas acontece quando:
1. A patina tem aspecto normal.
2. Não existe faiscamen...
46

A lixa recomendada deve ter uma granulação em torno de 150. Após o processo o pó
de carvão gerado deve ser totalmente ...
47

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
48

Fig 24 Dimensões de escovas elétricas

t = Dimensão da escova em sentido tangencial.
a = Dimensão da escova em sentido...
49

papel entre a escova e o comutador, ou anel coletor, para determinar o momento da leitura no
instante em que o papel é...
50

(raiamento) do comutador com comprometimento de sua vida útil, devido à necessidade de
usinagens freqüentes.
Uma das s...
51

Fig 27 Distância da bainha ao comutador ou anel coletor

3.6.2 Comutadores e Anéis Coletores

Técnicas de Inspeção e P...
52

Fig 28 Vista interna de um motor de corrente contínua com comutador em primeiro plano

A inspeção de comutadores e ané...
53

Fig 30 Ferramenta para desgaste de cantos

Fig 31 Valores limites do ângulo de chanfro dos cantos

A comutação é influ...
54

Ajuste Fino
Energizar o campo e a armadura com tensão nominal e corrente nominal nos dois
sentidos de rotação. A difer...
55

3.7 PRINCIPAIS CAUSAS DE FALHAS DE MÁQUINAS ROTATIVAS DE
CORRENTE ALTERNADA

Fig 32 Motor de média tensão de 13,2 kV

...
56

Estes fatores conduzem à condição de falha através de quatro causas principais:
• Rolamentos (mancais)
• Contaminação ...
57

•
Acompanhamento da evolução da contaminação do isolamento através das
medições sistemáticas de resistência de isolame...
58

Temperatura (Cº)
Fig 33 Redução da vida útil do isolante em função da temperatura

Em geral, a cada 10 graus de sobre-...
59

Se uma fase de um motor elétrico trifásico, em funcionamento, for interrompida, o
motor tentará manter-se em funcionam...
60

Fig 34 Danos causados ao enrolamento

3.7.4.2 Sobrecarga Mecânica
É uma condição anormal em que o conjugado resistente...
61

Fig 35 Queima por sobrecarga

3.7.4.3 Rotor Travado
É um caso particular de sobretemperatura que acontece quando da pa...
62

Fig 36 Queima por rotor travado

3.7.4.4 Temperatura Ambiente Acima de 40 OC
Motores operando com carga próxima à nomi...
63

Os intervalos entre partidas devem ser suficientemente longos para permitir a
dissipação do calor gerado durante a ace...
64

Em geral, as tensões nos terminais dos motores são inferiores às nominais. Na
maioria dos casos isto se deve à especif...
65

A vibração tem uma freqüência igual ao dobro da freqüência da rede, ou seja, 120
hertz.
Durante a partida dos motores,...
66

4

TRANSFORMADORES DE FORÇA

A vida útil de um transformador é a vida do isolamento sólido, normalmente papel
kraft, d...
67

Fig 37 Transformador de potência

4.1 ANÁLISE FÍSICO-QUÍMICA DO ÓLEO ISOLANTE
O óleo isolante é o meio refrigerante co...
68

Rigidez dielétrica – A água livre em suspensão no óleo e as partículas sólidas em
suspensão (fibras celulósicas, carvã...
69

Transformadores cujos óleos apresentam valores fora dos limites recomendados
devem ser tratados através da desidrataçã...
70

A oxidação do óleo tem como principal catalizador a água e é acelerado pelo calor.
•
•

O processo de oxidação do óleo...
71

Regular
Duvidoso
Ruim
Muito ruim
Desastroso
Tabela 12

0,05 – 0,10
0,11 – 0,15
0,16 – 0,40
0,41 – 0,65
0,65 – 1,5

27 ...
72

Ensaio

Norma

Valores limites

Teor de umidade

ASTM D-1533

Menor que 10 ppm

Rigidez dielétrica

ASTM D-877

Maior ...
73

Nos transformadores selados com colchão de gás, parte dos gases gerados fica
dissolvido no óleo e a outra parte irá pa...
Inspeção e reparo

Falha no tanque
Avaliar os serviços de
inspeção e reparo

Produção rápida de gás (incremento
médio < 10...
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  1. 1. PCO PROGRAMA DE CERTIFICAÇÃO OPERACIONAL CST TÉCNICAS DE INSPEÇÃO E PROCEDIMENTOS DE TESTES Janeiro de 2005
  2. 2. SUMÁRIO SUMÁRIO ...................................................................................................................II 1 APRESENTAÇÃO........................................................................................ XI 2 INTRODUÇÃO ..............................................................................................12 3 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS...................................................13 3.1 Fontes de Alimentação......................................................................................13 3.2 Proteção de Motores de Corrente Alternada.....................................................15 3.2.1 Proteção Contra Surtos de Tensão ..........................................................15 3.2.2 Proteção Contra Sobrecargas...................................................................17 3.2.3 Proteção Contra Curtos-Circuitos ...........................................................22 3.3 Proteção Contra Falta e Desequilíbrio de Fases ...............................................25 3.4 Interação Motor e Máquina Acionada ..............................................................26 3.5 Inspeção de Motores Elétricos ..........................................................................29 3.5.1 Instalação do Motor Elétrico. ..................................................................29 3.5.1.1 Aterramento................................................................................29 3.5.1.2 Dispositivos de Bloqueio e Calços.............................................30 3.5.1.3 Medição da Resistência de Isolamento ......................................30 3.5.1.4 Conexão de Força do Motor.......................................................31 3.5.1.5 Conexões dos Condutores dos Circuitos de Proteção e Controle31 3.5.1.6 Fixação do Motor à Base............................................................31 3.5.1.7 Proteções do Motor ....................................................................31 3.5.2 Operação com o Motor Desacoplado ......................................................31 3.5.3 Acoplamento Motor – Máquina Acionada..............................................33 3.5.4 Operação com o Motor Acoplado ...........................................................34 3.5.4.1 Indicadores e Proteção de Vibração...........................................35 3.5.4.2 Indicadores e Proteção Térmica dos Mancais............................35 3.5.4.3 Indicadores e Proteção Térmica dos Enrolamentos ...................37 3.5.4.4 Dispositivos Auxiliares ..............................................................37
  3. 3. 3.5.5 Inspeção Sistemática ...............................................................................38 3.5.5.1 Sistema de Alimentação .............................................................38 3.5.5.2 Motor..........................................................................................38 3.6 Inspeção em Máquinas com Escovas de Carvão ..............................................38 3.6.1 Porta Escovas e Escovas..........................................................................45 3.6.2 Comutadores e Anéis Coletores ..............................................................51 3.6.3 Interpolos e Linha Neutra........................................................................53 3.7 Principais Causas de Falhas de Máquinas Rotativas DE Corrente Alternada ..55 3.7.1 Introdução................................................................................................55 3.7.2 Rolamentos (Mancais).............................................................................56 3.7.3 Contaminação por Agentes Agressivos...................................................56 3.7.4 Degradação Térmica................................................................................57 3.7.4.1 Falta de Fase (Operação em Duas Fases)...................................58 3.7.4.2 Sobrecarga Mecânica .................................................................60 3.7.4.3 Rotor Travado ............................................................................61 3.7.4.4 Temperatura Ambiente Acima de 40 OC....................................62 3.7.4.5 Partidas Sucessivas.....................................................................62 3.7.4.6 Roçamento Rotor-Estator...........................................................63 3.7.4.7 Tensões Anormais ......................................................................63 3.7.5 Abrasão Mecânica ...................................................................................64 4 TRANSFORMADORES DE FORÇA..........................................................66 4.1 Análise Físico-química do Óleo Isolante..........................................................67 4.2 Cromatografia dos Gases Dissolvidos no Óleo Isolante...................................72 4.3 Relação de Transformação................................................................................76 4.4 Fator de Potência do Isolamento.......................................................................78 4.5 Resistência Ôhmica dos Enrolamentos.............................................................79 4.6 Acessórios Para Indicação e Proteção ..............................................................80 4.6.1 Relé Buchholz (Trafoscópio) ..................................................................80
  4. 4. 4.6.1.1 Características Gerais.................................................................81 4.6.1.2 Teste de Funcionabilidade do Relé Buchholz............................82 4.6.1.3 Teste de Inflamabilidade ............................................................83 4.6.1.4 Teste de Acetileno......................................................................83 4.6.1.5 Verificações na Operação do Relé Buchholz.............................83 4.6.2 Relé de Fluxo de Óleo e Gás ...................................................................84 4.6.3 Relé de Pressão Súbita ............................................................................84 4.6.3.1 Relé de Pressão de Gás ..............................................................85 4.6.3.2 Relé de Pressão de Óleo .............................................................86 4.6.4 Dispositivo de Alívio de Pressão ............................................................87 4.6.4.1 Tubo com Diafragma .................................................................88 4.6.4.2 Tubo com Mola Espiral..............................................................88 4.6.4.3 Alavanca Articulada...................................................................89 4.6.5 Termômetros Tipo Mostrador .................................................................90 4.6.5.1 Termômetro para Líquido Isolante.............................................90 4.6.5.2 Termômetro para Enrolamento (Imagem Térmica) ...................91 4.7 Plano de Inspeção de Transformadores de Força .............................................92 4.8 Coleta do Óleo para Análise .............................................................................93 4.8.1 Coleta para Ensaio Físico-Químico.........................................................93 4.8.2 Coleta para Cromatografia de Gases Dissolvidos ...................................94 5 CABOS ISOLADOS.......................................................................................95 5.1 Introdução .........................................................................................................95 5.2 Tipos de Isolação de Cabos de Potência ...........................................................96 5.3 O Fenômeno da Arborescência (TREEING) ....................................................96 5.4 Temperatura ......................................................................................................97 5.5 Descargas Parciais ............................................................................................97 5.6 Erros de Instalação ............................................................................................98 5.7 Erros na Especificação da Tensão de Isolamento do Cabo ..............................98
  5. 5. 5.8 Terminais e Emendas........................................................................................99 5.9 Testes de Cabos Elétricos no Campo................................................................99 5.10 Inspeção de Cabos Isolados ............................................................................99 5.11 Ensaio de Tensão Elétrica (NBR 6881).........................................................99 5.12 Ensaio de Tensão Elétrica Alternativo..........................................................102 6 CAPACITORES DE POTÊNCIA ..............................................................104 6.1 A inspeção de um capacitor ............................................................................105 6.1.1 Limpeza .................................................................................................105 6.1.2 Oxidação da Carcaça e Estruturas de Suporte.......................................105 6.1.3 Aterramento...........................................................................................105 6.1.4 Proteção Contra Curto-circuito .............................................................105 6.1.5 Deformação da Carcaça.........................................................................105 6.1.6 Isolamento .............................................................................................105 6.1.7 Teste da Integridade do Módulo Capacitor ...........................................106 7 PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTO ...................................................................................................107 7.1 Inspeção do Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA) ..107 7.1.1 Captores.................................................................................................107 7.1.2 Cabos de Descida ..................................................................................108 7.1.3 Eletrodutos de Proteção.........................................................................109 7.1.4 Conexões Elétricas ................................................................................109 8 SISTEMAS DE ATERRAMENTO E MALHA DE TERRA ..................111 8.1 Inspeção do Sistema de Aterramento..............................................................113 8.1.1 Estruturas Metálicas ..............................................................................113 8.1.2 Carcaça dos Equipamentos Elétricos ....................................................113 8.1.3 Cubículos e Painéis Elétricos ................................................................113 8.1.4 Transformadores e Geradores ...............................................................113 8.1.5 Resistência e Reatância de Aterramento ...............................................114
  6. 6. 8.1.6 Malha de Aterramento...........................................................................114 9 BATERIAS....................................................................................................116 9.1 Inspeção de Bancos de Baterias e Carregador ................................................118 9.1.1 Limpeza .................................................................................................118 9.1.2 Elementos ..............................................................................................118 9.1.3 Conexões ...............................................................................................119 9.1.4 Oxidação................................................................................................119 9.1.5 Pintura....................................................................................................119 9.1.6 Nível do Eletrólito .................................................................................119 9.1.7 Medição de Tensão................................................................................120 9.1.8 Densidade ..............................................................................................120 9.1.9 Análise do Eletrólito..............................................................................120 9.1.10 Descarga da Bateria.............................................................................121 9.1.11 Painel do Carregador ...........................................................................121 9.1.12 Retificadores........................................................................................122 9.1.13 Indicadores de Tensão e Corrente .......................................................123 10 EQUIPAMENTOS E INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM ATMOSFERAS EXPLOSIVAS. ............................................................................124 10.1 Introdução .....................................................................................................124 10.2 Tipos de Inspeção .........................................................................................124 10.3 Tipo de Proteção ...........................................................................................125 10.4 Formulário de Inspeção.................................................................................126 11 REOSTATOS E RESISTORES..................................................................131 11.1 Inspeção de Banco de Resistores Fixos ........................................................131 11.1.1 Inspeção Visual ...................................................................................131 11.1.2 Resistência de Isolamento ...................................................................131 11.1.3 Alteração nas Característica de Aceleração do Motor ........................132 11.2 Inspeção de Reostatos Líquidos....................................................................132
  7. 7. 11.2.1 Tanque .................................................................................................133 11.2.2 Eletrólito ..............................................................................................133 11.2.3 Eletrodos..............................................................................................133 11.2.4 Alteração nas Características de Aceleração do Motor.......................133 11.2.5 Mecanismo de Curto-circuitamento e Levantamento das Escovas.....133 11.2.6 Contator de Curto-circuito do Reostato ..............................................134 12 GALERIAS, ROTAS DE CABOS, ELETRODUTOS E ACESSÓRIOS135 12.1 Inspeção em Galerias, Rotas de Cabos, Eletrodutos e Acessórios ...............135 12.1.1 Circuito de Iluminação ........................................................................135 12.1.2 Sistema de Drenagem de Água ...........................................................135 12.1.3 Limpeza da Galeria .............................................................................135 12.1.4 Bandejamento e Cabos Elétricos.........................................................136 12.1.5 Eletrodutos...........................................................................................137 12.1.6 Proteção Passiva ..................................................................................137 13 SISTEMA DE ALARME E INCÊNDIO ...................................................139 13.1 Sensores ........................................................................................................139 13.2 Painel Local...................................................................................................139 13.3 Painel Central................................................................................................140 13.4 Teste Simulado de Incêndio..........................................................................140 14 SISTEMA DE ILUMINAÇÃO E TOMADAS DE FORÇA ....................141 14.1 Segurança e Meio Ambiente.........................................................................141 14.2 A inspeção nos Circuitos de Iluminação.......................................................142 14.2.1 Painéis de Distribuição e Controle ......................................................142 14.2.2 Eletrodutos e Linhas Elétricas Inclusive Condutores..........................142 14.2.3 Luminárias e Acessórios .....................................................................142 14.2.4 Torres de Iluminação – Escada de Acesso e Plataforma.....................143 14.3 Inspeção em Tomadas de Força....................................................................143 14.3.1 Painéis de Distribuição........................................................................144
  8. 8. 14.3.2 Tomadas ..............................................................................................144 15 FREIOS ELETRO-HIDRÁULICOS .........................................................145 16 FREIOS ELETROMAGNÉTICOS............................................................146 17 DETECTORES DE METAL E SEPARADORES MAGNÉTICOS. ......147 17.1 Técnicas de Inspeção ....................................................................................147 18 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E COMANDO DE CAMPO ............148 19 INVERSORES DE FREQÜÊNCIA ...........................................................149 19.1 Princípio Operacional ...................................................................................149 19.2 Potência do Inversor e do Motor Acionado ..................................................152 19.3 Reatância de Rede.........................................................................................154 19.4 Reatância de Carga .......................................................................................154 19.5 Instalação Elétrica .........................................................................................155 19.6 Grau de Proteção e Ventilação......................................................................155 19.7 Interferência Eletromagnética.......................................................................155 19.8 Inspeção ........................................................................................................156 19.8.1 Roteiro Para Inspeção..........................................................................157 20 DISJUNTORES ............................................................................................158 20.1 Geral..............................................................................................................158 20.2 Inspeção de Disjuntores ................................................................................159 20.3 Principais Causas de Falhas ..........................................................................159 21 CONTATORES ............................................................................................163 22 CHAVES SECCIONADORAS DE MÉDIA TENSÃO ............................165 23 CUBÍCULOS E PAINÉIS ELÉTRICOS...................................................166 23.1 Arco voltaico.................................................................................................170 23.2 Inspeção Detalhada .......................................................................................172 24 AVALIAÇÃO DO ISOLAMENTO ELÉTRICO UTILIZANDO TENSÕES DE CORRENTE CONTÍNUA............................................................174 24.1 Introdução .....................................................................................................174
  9. 9. 24.2 Isolamento Elétrico .......................................................................................174 24.3 Aplicando Tensão Contínua no Isolamento..................................................175 24.3.1 Corrente de Carga Capacitiva .............................................................175 24.3.2 Corrente de Absorção Dielétrica .........................................................175 24.3.3 Corrente de Condução (Corrente de Fuga) .........................................176 24.4 Fatores que Afetam a Resistência de Isolamento .........................................176 24.4.1 Efeito das Condições da Superfície.....................................................176 24.4.2 Efeito da Umidade...............................................................................176 24.4.3 Efeito da Temperatura .........................................................................176 24.4.4 Efeito do Valor do Potencial de Teste.................................................177 24.4.5 Efeito da Duração do Teste .................................................................178 24.4.6 Efeito da Carga Residual.....................................................................178 24.5 Tensão Nominal e Máxima Tensão de Teste................................................178 24.6 Testes de Avaliação do Isolamento ..............................................................179 24.6.1 Resistência de Isolamento a 1 Minuto.................................................180 24.6.2 Método Resistência - Tempo. Índice de Polarização (IP)...................180 24.6.3 Teste de Multitensão ...........................................................................182 24.6.4 Teste com Tensões Acima do Valor Nominal do Equipamento .........183 24.7 Práticas Básicas para Operação do Megôhmetro..........................................186 24.7.1 Calibração............................................................................................186 24.7.2 Indicação do Zero................................................................................186 24.7.3 Indicação de Final de Escala ...............................................................187 24.7.4 Terminais do Instrumento ...................................................................187 24.7.5 Pontas de Prova ...................................................................................187 24.8 Práticas para Teste de Isolamento com Tensão de Corrente Contínua.........187 24.9 Testes de Isolamento em Máquinas Elétricas Rotativas...............................189 24.9.1 Geral ....................................................................................................189 24.9.2 Posições de Ligações para Teste .........................................................189
  10. 10. 24.9.2.1 Estator e Rotor CA com Três Cabos de Saída .......................189 24.9.2.2 Estator de Motor de CA com Seis ou Mais Terminais. .........190 24.9.2.3 Máquinas de Corrente Contínua.............................................194 24.9.2.4 Geradores de Corrente Alternada...........................................196 24.9.3 Avaliação dos Valores Medidos..........................................................197 24.10 Testes de Resistência de Isolamento em Transformadores ........................197 24.10.1 Geral ..................................................................................................197 24.10.2 Posições de Teste – Transformadores de 2 Enrolamentos ................198 24.10.3 Avaliação dos Valores Medidos........................................................201 24.11 Teste de Resistência de Isolamento em Cabos Elétricos ............................203 24.11.1 Geral ..................................................................................................203 24.11.2 Posição de Teste ................................................................................203 24.11.2.1 Cabo Unipolar com Blindagem Metálica.............................203 24.11.2.2 Cabo Multipolar com Blindagem Metálica Envolvendo Cada Condutor...............................................................................................204 24.11.2.3 Cabo Multipolar sem Blindagem. ........................................204 24.11.2.4 Cabo Unipolar (de um Circuito Tripolar) sem Blindagem ..205 24.11.3 Avaliação dos Valores Medidos........................................................205 24.12 Testes de Resistência de Isolamento em Disjuntores e Contatores ............208 24.12.1 Geral ..................................................................................................208 24.12.2 Posições de Teste...............................................................................208 24.12.3 Avaliação dos Resultados dos Testes................................................210 25 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................211
  11. 11. 1 APRESENTAÇÃO As atividades de inspeção compreendem uma fatia importante das ações empreendidas por uma equipe de manutenção. Pode-se dizer, sem medo de errar, que uma inspeção bem implementada é um fator de sucesso da manutenção. As ações de manutenção podem ser divididas em ações com o equipamento em operação e aquelas que só podem ser executadas com o equipamento parado. É óbvio que devemos privilegiar as atividades de inspeção que podem ser executadas com o equipamento operando. A manutenção existe para que os equipamentos operem o maior tempo possível, com a máxima confiabilidade. O plano e as ações de inspeção devem ser norteados para o acompanhamento do estado do equipamento e instalação, acionando o órgão de planejamento e programação, sempre que as ações de manutenção preventiva (intervenções) se tornem necessárias para restaurar as condições operacionais. Para que um inspetor possa executar sua função com sucesso, é necessário uma sólida formação profissional, aliado a um profundo conhecimento do processo de degradação das diversas partes dos equipamentos e das técnicas de inspeção e procedimentos de testes. Esta apostila reúne a experiência adquirida ao longo de vários anos de manutenção industrial e uma vasta literatura técnica existente, porém dispersa.
  12. 12. 12 2 INTRODUÇÃO Muitas pessoas que lidam com a manutenção têm a opinião que equipamentos elétricos são diferentes das outras máquinas e operarão em quaisquer condições. O oposto é verdadeiro. Equipamentos elétricos podem ser deteriorados mais rapidamente devido às condições operacionais que qualquer outro equipamento. Água, poeira, calor, frio, umidade, atmosfera corrosiva, resíduos químicos, vibrações e inúmeras outras condições podem afetar a confiabilidade operacional e a vida útil de equipamentos elétricos. Estas condições desfavoráveis, combinadas com negligência e descuido na manutenção do equipamento resultam em falha prematura desnecessária e, em muitos casos, na sua completa destruição. Custos de reparos podem ser evitados implantando-se as recomendações de manutenção fornecidas pelo fabricante. De maneira geral, devemos praticar algumas ações muito simples, mas de fundamental importância para todo equipamento elétrico: Mantenha-o limpo Sujeira é a principal causa de falhas elétricas. Sujeira é a acumulação diária de partículas atmosféricas, fiapos, partículas metálicas ou químicas, vapores e neblinas de óleo. Estes depósitos, se acumulados, contaminarão o equipamento elétrico, provocando sua falha. Roçando com alta energia pode causar abrasão e a destruição do isolamento. Depositado em enrolamentos e isoladores e combinado com umidade ou óleo pode causar a redução da tensão disruptiva, provocando descargas com conseqüente falha. Acumulado sobre carcaças reduz a transferência de calor, forçando a operação em temperaturas superiores à de projeto, reduzindo a sua vida útil. Mantenha-o seco Equipamentos elétricos operam melhor em uma atmosfera seca por muitas razões. Uma é que a umidade pode causar a oxidação do cobre, alumínio, ferro e ligas metálicas, afetando a resistência de conexões e contatos elétricos. Alta umidade pode causar sua condensação no interior do equipamento, causando curto circuito e falha prematura. Umidade e sujeira potencializam a degradação do material isolante. Mantenha as conexões torqueadas Os parafusos das conexões elétricas tendem a afrouxar em função da dilatação e da vibração. Conexões frouxas são fontes de calor provocando danos nos materiais isolantes próximos. Mantenha todas as conexões torqueadas conforme instruções do fabricante. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  13. 13. 13 3 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS 3.1 FONTES DE ALIMENTAÇÃO Uma longa vida útil de um motor de indução trifásico depende fundamentalmente das boas condições da fonte de alimentação, ou seja, da qualidade da energia fornecida, aí incluído o sistema de proteção. A tensão e freqüência nos terminais do motor devem ser muito próximas à nominal. O fluxo magnético do entreferro é dado por: Φ= KE f Onde: Φ= fluxo de magnetização (Wb) E= tensão no terminal do motor (V) f= freqüência da tensão estatórica (Hz) K= constante, função da geometria do pacote magnético e da construção do enrolamento. Os efeitos das variações da tensão e freqüência serão mais danosos ao motor, quanto mais próximo estiver operando da potência nominal. Fig 1 Centro de controle de motores (CCM) Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  14. 14. 14 A NBR 7094 estabelece as variações permissíveis de tensão e freqüência em relação ao nominal, conforme figura 2. Fig 2 Gráfico de variação de tensão e freqüência conforme norma NBR 7094 Geralmente a freqüência é firme, muito próxima de 60Hz, ocorrendo variação na tensão da concessionária e quedas de tensões nos elementos internos da industria, transformadores e cabos, principalmente. As oscilações da tensão da concessionária podem ser minimizadas através de transformadores equipados com comutador de tapes sob carga (Load Tape Changer). O transformador alimentador do Centro de Controle de Motores deve ser especificado com tensão secundária 5% (cinco por cento) acima da tensão nominal dos motores, por exemplo 460V para motores de 440V e 480V para motores de 460V. Os condutores de alimentação dos motores são calculados para que a tensão no terminal dos motores, nas condições de partida e de regime, mantenha-se próximo da nominal (lembre-se que os conjugados de partida e nominal são proporcionais ao quadrado da tensão. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  15. 15. 15 A zona A da figura 2 estipula as variações de tensão e freqüência permitidas, dentro das quais o motor deve ser capaz de desempenhar sua função principal continuamente, podendo não atender completamente suas características de desempenho em condições nominais, apresentando alguns desvios. Nesta zona a tensão pode variar em mais ou menos 5% e a freqüência em mais ou menos 2%. Na zona B o motor ainda deve ser capaz de desempenhar sua função principal, apresentando desvios superiores àquelas da zona A. Os valores máximos de desvio da tensão e freqüência são de 50%. Os efeitos das variações da tensão e freqüência se anulam quando tem o mesmo sentido. Por exemplo, um motor com tensão e freqüência nominal de 440V e 60Hz opera muito bem em um sistema com tensão de 380V (-14%) e freqüência de 50Hz (-17%). Quando as variações são de sinal contrário, os efeitos sobre as características do motor são cumulativos, reduzindo seu desempenho. Tensões e correntes desequilibradas provocam aquecimento no interior do motor que podem levar à degradação térmica e a conseqüente falha do material isolante. Correntes harmônicas aumentam as perdas do motor, elevando a temperatura média nos enrolamentos, reduzindo a vida útil do material isolante por degradação térmica. 3.2 PROTEÇÃO DE MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA. 3.2.1 Proteção Contra Surtos de Tensão O nível de isolamento de máquinas rotativas é muito menor do que de outros tipos de equipamentos elétricos, como por exemplo, os transformadores, sendo portanto mais suscetíveis a danos por surtos de tensão. As fontes comuns de surtos de tensão em motores são as operações de manobras e as descargas atmosféricas. O chaveamento de pequenas cargas indutivas e bancos de capacitores através de disjuntores a vácuo, são fontes de surtos. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  16. 16. 16 Fig 3 Caracterização da onda de um surto de tensão A forma de onda tem uma frente escarpada e uma cauda longa, conforme 0. A proteção do isolamento de máquinas rotativas compreende a limitação da tensão de impulso e a redução da inclinação da frente de onda da tensão, denominado “achatamento de onda”. O circuito de proteção compreende a instalação de pára-raios e capacitores adequadamente calculados, instalados entre os terminais da máquina e a malha de aterramento, conforme Fig 4. Surtos de tensão podem levar o isolamento ao stress, ocasionando a falha do isolamento nas primeiras espiras do enrolamento. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  17. 17. 17 Fig 4 Esquemas de ligação de motores de indução para proteção contra surtos utilizando capacitores e para-raios.. 3.2.2 Proteção Contra Sobrecargas. O funcionamento do motor acima de sua potência nominal acarreta uma corrente acima da nominal circulando nos enrolamentos e um aumento na temperatura da máquina, podendo superar a temperatura máxima admitida pelo material isolante. A operação nesta condição levará a degradação térmica do material isolante e queima da máquina. Os motores de baixa tensão são normalmente protegidos por um relé térmico, percorrido pelas correntes das três fases, provocando o aquecimento de lâminas bimetálicas, que em condições de sobrecarga, desligará o contator, desenergizando o motor. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  18. 18. 18 Fig 5 Relé de sobrecarga A curva de operação do relé térmico deverá ser compatível com a curva térmica da máquina protegida, conforme mostrado na Fig 6. Fig 6 Curvas de um relé térmico de sobrecarga, um relé de sobrecorrente a tempo inverso e de integridade térmica de um motor Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  19. 19. 19 O relé térmico deve ser regulado para o valor da corrente nominal do motor protegido, mesmo em máquinas com fator de serviço. Nos casos em que o motor tem sobra térmica (Fator de Serviço – FS>1) e está acontecendo a operação do relé térmico, é possível regular o térmico para um valor até I N × FS . Neste caso recomenda-se verificar a temperatura no interior do enrolamento após a nova regulagem do relé térmico. Procedimento para verificação da temperatura do enrolamento. 1. Regule o relé térmico para até I N × FS (corrente nominal vezes o fator de serviço do motor) 2. Com o motor à temperatura ambiente, meça a resistência ôhmica dos enrolamentos R1. Meça a temperatura ambiente t1. 3. Opere o motor com a carga na condição que estava provocando a operação do relé térmico por um tempo suficiente para que seja alcançado o equilíbrio térmico. 4. Desligue o motor e meça rapidamente a resistência ôhmica dos enrolamentos R2, e a temperatura do ar de refrigeração ta, 5. Calcule a elevação de temperatura do enrolamento através da formula abaixo: t2 − ta = R2 − R1 (235 + t1 ) + t1 − ta R1 6. Calcule a temperatura do ponto mais quente considerando a temperatura ambiente de 40ºC. T=(t2-ta)+40ºC+K onde: K=5ºC para máquinas com ΔT de 60ºC e 75ºC K=10ºC para máquinas com ΔT de 80ºC K=15ºC para máquinas com ΔT de 100ºC e 125ºC ΔT=elevação de temperatura de projeto da máquina A temperatura do ponto mais quente não deve ser superior a: 100ºC- para máquinas com materiais de classe térmica “A” 120ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “E” 130ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “B” 155ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “F” Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  20. 20. 20 180ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “H” Nos motores de maior porte, de média tensão, a proteção contra sobrecargas é confiada a relés de sobrecorrente associados a detectores de temperatura instalados no interior do enrolamento do motor. A curva de proteção do relé deve ser compatível com a curva térmica do motor de forma que o relé opere antes que o material isolante seja comprometido. Os detectores de temperatura mais utilizados em motores de grande porte são os “RTD” - Resistence Temperature Dependent ou “resistência calibrada”, tendo como característica uma relação linear com a temperatura, propiciando uma indicação da temperatura no interior dos enrolamentos. Os RTDs mais comuns são os de platina e cobre que têm, respectivamente, suas resistências a 0ºC de 100Ω e 10Ω. Tabela 1 Conversão de resistência x temperatura para RTD PT100 Os RTDs são instalados nas ranhuras dos motores, em contato com as bobinas, dispostos nas três fases, propiciando alarme e desligamento. Devido à inércia térmica, os detectores de temperatura não podem, na grande maioria das situações, atuar de forma suficientemente rápida para defeitos que ocasionam elevações abruptas de corrente. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  21. 21. 21 São muitos eficazes para motores sujeitos a regime intermitentes ou contínuos com carga intermitente e em casos em que ocorrem sobretemperaturas sem a correspondente sobrecorrente, como na obstrução no sistema de refrigeração ou perda de ventilação. Os resistores são normalmente fornecidos com três terminais, permitindo, quando ligados em ponte, eliminar o efeito da resistência dos condutores entre o resistor e o relé supervisor. Outros dispositivos podem operar como detectores de temperatura, tais como os bimetálicos e os termistores. Os termostatos são dispositivos bimetálicos que comutam um contato quando a temperatura se aproxima de um valor estabelecido (fixo). Instalados nas cabeças de bobinas do lado oposto ao ventilador (individual, ou por fase), são ligados em série com a bobina do contator, desligando o circuito quando da abertura do contato. Os termistores (Fig 7b) são dispositivos semicondutores instalados dentro das cabeças das bobinas, do lado oposto à ventilação, podendo ser instalados em uma única fase, mas preferencialmente nas três. O termistor exige um relé que irá sentir a variação abrupta do valor da resistência, próxima à temperatura de operação, comutando um contato que irá provocar o desligamento do motor. O termistor mais comumente usado na proteção de motores é o PTC que tem um coeficiente de temperatura positivo (resistência aumenta com o aumento da temperatura). (a) Fig 7 (b) Características típicas de um RTD de platina (a) e de um termistor tipo PTC (b) Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  22. 22. 22 O desligamento da proteção por detectores de temperatura deve ser ajustada para o limite da classe de isolação Tabela 2 Limites de temperatura para cada classe de isolação Desligamento A E B F H 105ºC Classe de Isolação 120ºC 130ºC 155ºC 180ºC O alarme deve ser ajustado para o valor da temperatura média do enrolamento em condições nominais (ΔT+40ºC). 3.2.3 Proteção Contra Curtos-Circuitos As correntes elevadas de curto-circuito podem ocasionar danos permanentes ao motor (fusão de cobre e colocação das lâminas do pacote magnético em curto-circuito e até a fusão das lâminas de aço) e aos outros elementos do circuito tais como cabos, dispositivos de comando, CCM, etc, devendo ser interrompidas muito rapidamente. Os motores de baixa tensão são protegidos através de disjuntores com unidades magnéticas ajustáveis ou fusíveis do tipo Diazed e NH. Nos motores de média tensão a proteção contra curtos-circuitos é confiada a um relé com atuação instantânea ajustados para um valor acima da corrente de rotor bloqueado, conjugado com uma função temporizada. Fig 8 Relé tipo MV Microprocessado - Westinghouse Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  23. 23. 23 A proteção contra falta para terra (corrente de seqüência zero) é normalmente ligada a um TC toroidal que abraça as três fases, conforme Fig 9 Fig 9 Esquema de proteção de falta fase terra Em máquinas de grande porte é comum a utilização de proteção diferencial dos enrolamentos. Um esquema de ligação possível é mostrado na Fig 10. As vantagens desta proteção são a alta confiabilidade, alta velocidade e pelo fato de operar somente para faltas internas ao motor. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  24. 24. 24 3 transformadores de corrente na linha 3 transformadores de corrente no fechamento da estrela Relé diferencial em cada fase (somente mostrado em uma fase) Fig 10 Circuito típico de um sistema de proteção diferencial Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  25. 25. 25 Fig 11 Proteção diferencial de motor de média tensão 3.3 PROTEÇÃO CONTRA FALTA E DESEQUILÍBRIO DE FASES Correntes desequilibradas provocam aquecimentos nos enrolamentos, capazes de levar o sistema isolante à falha por degradação térmica. Para a proteção de motores de média tensão são utilizadas unidades que filtram as correntes de seqüência negativa, desligando o motor. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  26. 26. 26 3.4 INTERAÇÃO MOTOR E MÁQUINA ACIONADA A transmissão consiste no conjunto responsável pela transferência da potência mecânica à carga acionada. Quando vista pelo motor, a transmissão é uma fonte de esforços externos, devendo-se garantir a compatibilidade entre o motor e a transmissão. As transmissões diretas devem ser preferidas pelo fato de exercerem menores esforços sobre a ponta do eixo do motor. Os motores padronizados pelos fabricantes nem sempre são adequados às aplicações com transmissões não-diretas, aí incluídas polias e correias, rodas dentadas, engrenagens, etc, isso quando montadas diretamente sobre o eixo do motor. A força transferida ao eixo será tanto maior quanto menor for a polia motora montado no eixo do motor. As tabelas a seguir indicam o diâmetro primitivo mínimo de polias motoras em correspondência à carcaça e a metade do comprimento da polia (fonte WEG). Tabela 3 Diâmetro primitivo mínimo de polias Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  27. 27. 27 A polia deve ser montada o mais próximo possível do mancal do motor conforme Fig 12. Fig 12 Exemplo de instalação de polias As polias motoras e movidas devem estar perfeitamente alinhadas, reduzindo os esforços radiais desnecessários nos mancais. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  28. 28. 28 Fig 13 Alinhamento de polias A tensão na correia deverá ser suficiente para evitar o escorregamento durante o funcionamento. Tensões excessivas aumentam o esforço na ponta do eixo e mancal, causando fadiga, com reflexo na redução da vida útil do rolamento e eventual cisalhamento do eixo. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  29. 29. 29 Fig 14 Instalação de correias Mesmo quando todos os requisitos citados estão atendidos, pode acontecer falha prematura de rolamentos. Neste caso o fabricante deve ser consultado com respeito à compatibilidade do motor para acionamento por correia. 3.5 INSPEÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS 3.5.1 Instalação do Motor Elétrico. Na atividade de instalação de um motor, o inspetor deve verificar os seguintes pontos: 3.5.1.1 Aterramento A carcaça do motor deve estar firmemente conectada ao potencial de terra através do quarto condutor ou diretamente à malha de terra, conforme Fig 15. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  30. 30. 30 Ponto de aterramento Fig 15 Aterramento da carcaça 3.5.1.2 Dispositivos de Bloqueio e Calços Os dispositivos de bloqueio e calços instalados para transporte, devem ser removidos permitindo a livre movimentação do rotor. 3.5.1.3 Medição da Resistência de Isolamento Para que um motor seja energizado é necessário que a resistência do isolamento para a massa e entre fases tenha um valor mínimo que permita sua energização. O valor mínimo é definido pela equação: Rm = KV + 1 Onde, Rm = resistência 1 minuto a 40ºC em megohms, na posição RST x massa KV = classe de tensão do motor em kV Para maiores informações consulte o capítulo 24 – “Avaliação de Isolamento Elétrico Utilizando Tensões de Corrente Contínua”. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  31. 31. 31 3.5.1.4 Conexão de Força do Motor O inspetor deverá verificar se a conexão do motor foi realizada de acordo com a tensão da rede. Deverá ser verificado se a isolação dos cabos de conexão do motor está feita com um volume de fita isolante capaz de garantir tanto a resistência elétrica quanto a mecânica exigida pelos esforços contra paredes da caixa de ligações. 3.5.1.5 Conexões dos Condutores dos Circuitos de Proteção e Controle Certificar-se da correta ligação dos resistores de aquecimento, dispositivos indicadores e de proteção (termostatos, termistores, termo-resistências , sensores de vibração, etc) e controle (solenóides, etc). 3.5.1.6 Fixação do Motor à Base O motor deverá estar firmemente fixado à base, com todos os parafusos torqueados. 3.5.1.7 Proteções do Motor Certificar se os dispositivos de proteção (relés térmicos, fusíveis, disjuntores, relés de sobrecorrente, diferencial e outros) estão ajustados corretamente para efetiva proteção do motor. 3.5.2 Operação com o Motor Desacoplado Na operação com o motor desacoplado são verificados o sentido de giro do motor e ruídos que possam caracterizar algum problema de mancal e a correta operação do resistor de aquecimento (space heater). A medição de vibração com o motor desacoplado tem como objetivo detectar principalmente desbalanceamento, danos em rolamentos, desalinhamento entre furos das tampas, empeno de eixo e problemas magnéticos. A medição normalmente é realizada com um medidor de velocidade de vibração em seis pontos da carcaça, posições axial, vertical e horizontal, mancal lado acoplado (LA) e oposto ao lado acoplado (LOA), conforme Fig 16. O maior valor medido deve ser comparado com a Tabela 4, obtida com base na Norma ISO 10816 – 1, editada em 1995 Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  32. 32. 32 Fig 16 Pontos de medida de vibração Tabela 4 Limites de vibração de acordo com a faixa de potência do motor POTÊNCIA DO MOTOR LIMITE DE VIBRAÇÃO (mm/s) VALOR RMS Menor que 20 cv 1,8 mm/s 20 cv até 100 cv 2,8 mm/ s 100 cv até 500 cv 4,5 mm/s Caso algum valor medido supere o valor de tabela, recomenda-se uma análise de vibração para definição da causa do problema. Durante a operação com o motor desacoplado é importante fazer a medição da corrente nas três fases. Caso as correntes estejam desequilibradas, calcular o desequilíbrio: Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  33. 33. 33 DI = DMD × 100% MTF onde: DI = Desequilíbrio de corrente em percentagem. DMD = Maior desvio de corrente de fase em relação à media das três fases. MTF = Média das três fases. O limite do desequilíbrio de corrente recomendado pela WEG é: 10 % - para motores de 4, 6 e 8 pólos. 20 % - para motores de 2 pólos. O desequilíbrio pode ter como causa o próprio desequilíbrio da tensão de alimentação ou da impedância dos enrolamentos do motor. Desequilíbrio de corrente ocasiona um sobreaquecimento nos enrolamentos e redução da vida útil do isolamento por degradação térmica. 3.5.3 Acoplamento Motor – Máquina Acionada O processo de acoplamento exige um criterioso procedimento de alinhamento executado com relógio comparador ou equipamento a laser. O motor deve estar firmemente fixado à base. O acoplamento deve ser flexível o bastante para compensar o desalinhamento residual. As partes do acoplamento devem ser montadas de tal forma que deixe uma folga mínima de 3 mm e que permita o deslocamento (passeio) magnético do eixo, permitindo que o motor trabalhe no centro magnético. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  34. 34. 34 Fig 17 Alinhamento motor - máquina acionada Fig 18 Carcaça do mancal e folga axial 3.5.4 Operação com o Motor Acoplado O motor acoplado deve ser girado preferencialmente com carga máxima, quando serão novamente verificados os níveis de vibração, as correntes nas três fases e a existência de Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  35. 35. 35 ruídos anormais. Em máquinas de grande porte, pode ser importante uma análise das vibrações no espectro de freqüência. mm/s). Para máquinas acopladas valem os seguintes limites de vibração global (Veff em Tabela 5 Valores de vibração para motores com carga AINDA NÃO ACEITÁVEL ACEITÁVEL GRUPO DE MÁQUINAS BOM ACEITÁVEL GRUPO K Máquinas pequenas. Motores até 15 kW fixadas rigidamente com a fundação. 0 a 0,7 mm/s 0,7 a 1,8 mm/s 1,8 a 4,5 mm/s > 4,5 mm/s GRUPO M Máquinas médias. Motores com potência entre 15 e 75 kW fixadas rigidamente com a fundação. 0 a 1,1 mm/s 1,1 a 2,8 mm/s 2,8 a 7,1 mm/s > 7,1 mm/s GRUPO G Máquinas maiores. Motores com potência acima de 75 kW sobre fundações rígidas. 0 a 1,8 mm/s 1,8 a 4,5 mm/s 4,5 a 11,0 mm/s > 11,0 mm/s GRUPO T Máquinas montadas sobre fundações de freqüência manual baixa (apoiadas elasticamente). 0 a 2,8 mm/s 2,8 a 7,0 mm/s 7,0 a 18,0 mm/s > 18,0 mm/s Nas máquinas de grande porte devem ser verificadas todas as proteções, instrumentos indicadores e dispositivos de controle. 3.5.4.1 Indicadores e Proteção de Vibração Observar se os valores de vibração com carga estão dentro dos limites de controle, e se estão compatíveis com os níveis operacionais normais da máquina. 3.5.4.2 Indicadores e Proteção Térmica dos Mancais A temperatura dos mancais, com o motor operando com carga e após atingir o equilíbrio térmico não deve ser superior a 80 ° C. Temperatura superior deve ser investigada. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  36. 36. 36 Fig 19 Sensores de vibração e temperatura de mancal de motor de média tensão Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  37. 37. 37 Fig 20 Indicador de temperatura do mancal de motor de média tensão 3.5.4.3 Indicadores e Proteção Térmica dos Enrolamentos Após o motor atingir o equilíbrio térmico, operando com carga, a temperatura dos enrolamentos não deve ser superior à temperatura de alarme, igual a ΔT+40ºC. Indicação de temperatura superior deve ser investigada. 3.5.4.4 Dispositivos Auxiliares Observar a correta operação dos dispositivos de lubrificação forçada dos mancais, refrigeração à água do motor e outro circuitos periféricos. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  38. 38. 38 Fig 21 Indicador e pressostatos do sistema de lubrificação dos mancais de motor de média tensão 3.5.5 Inspeção Sistemática 3.5.5.1 Sistema de Alimentação • • • • • Verificar se o valor da tensão está compatível com a nominal (±10%). Verificar se as tensões estão equilibradas nas três fases. As correntes nas três fases estão equilibradas e são inferiores à corrente nominal? O painel de alimentação e componentes (inclusive proteção) estão plenamente operativos? A linha elétrica e cabo de alimentação estão em perfeitas condições? 3.5.5.2 Motor • • • • • • • • • O motor está rigidamente fixado à base? O aterramento da carcaça está efetivo? Os cabos no interior da caixa de ligações estão bem isolados, sem sinais de aquecimento e com o isolamento preservado? O interior da caixa de ligações está isento de contaminantes ? A carcaça está limpa, sem acúmulo de materiais que comprometam a troca de calor? O sistema de ventilação (ventilador, dutos, etc) está funcionando adequadamente? Os sensores e indicadores de vibração e temperatura estão instalados corretamente, limpos e os condutores e prensa cabos em boas condições? A vibração total do motor está dentro dos valores aceitáveis por normas e os valores estão de acordo com as medições anteriores? Os valores das medições de isolamento estão de acordo com as medições anteriores? Os valores garantem uma operação segura? Os valores das medições de resistência ôhmica indicam enrolamentos equilibrados? 3.6 INSPEÇÃO EM MÁQUINAS COM ESCOVAS DE CARVÃO Motores de CA de rotor bobinado, motores de corrente contínua e geradores elétricos utilizam escovas de carvão para transferir energia entre partes móveis e fixas. As máquinas que utilizam escovas exigem da manutenção um cuidado especial por dois motivos básicos: Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  39. 39. 39 • • Máquinas com escovas exigem da manutenção um esforço muito grande para manter a comutação em boas condições e o motor com uma grande confiabilidade. O pó de escova é um contaminante que, associado com a umidade e óleo, principalmente, reduz muito significativamente a resistência de isolamento dos enrolamentos. Para que haja uma boa comutação, ou seja, para que o trabalho das escovas sobre o comutador ou anel coletor seja perfeito, é necessário que haja um depósito de grafite sobre sua superfície, denominado filme ou patina. A formação de um bom filme exige que a escova seja adequada às características operacionais da máquina. Além disto são necessárias condições específicas de umidade, temperatura e rugosidade do comutador ou anel coletor. A patina é uma camada semicondutora, imprescindível a uma boa comutação que, reduzindo o atrito, reduz o desgaste e geração de pó de escova. Patinas normais tem uma coloração uniforme e uma espessura ideal de 0,3 mm. Patinas de aparência normal P2, P4 e P6 - são exemplos de patinas com aparência normal, indicando bom funcionamento. A patina apresenta-se lisa, ligeiramente brilhante, coloração uniforme desde o bronzeamento, o marron claro (P2), até o marron escuro, podendo ainda conter tonalidade cinza (P6) azuladas, avermelhadas ou outras. IMPORTANTE É A REGULARIDADE, NÃO A TONALIDADE. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  40. 40. 40 Patinas Anormais P12 - aspecto: Patina raiada com pistas mais ou menos largas. A cor é alternadamente clara ou escura. Não há desgaste no comutador. Causas: Alta umidade, vapores de óleo ou de gases agressivos ambientais, baixa densidade de correntes nas escovas. P14 - aspecto: Patina rasgada, de modo geral como P12, com pistas mais estreitas e ataque ao comutador. Causas: Como P12, porém, a danificação perdura há tempo. P16 - aspecto: Patina gordurosa com manchas aperiódicas, forma e cor desuniforme. Causas: Comutador deformado ou muito sujo. Patina com manchas de origem mecânica P22 - aspecto: Manchas isoladas ou com espaçamento regular, apresentandose em uma ou várias zonas do comutador. Causas: Ovalização do comutador, vibração da máquina, oriundas do desbalanceamento do rotor ou de mancais defeituosos. P24 - aspecto: Manchas escuras com bordas definidas, vide também T12 e T14. Causas: Lâmina ou grupo de lâminas defeituosos que provocam o erguimento das escovas e a conseqüente perda de contato. P26 e P28 - aspecto: Lâminas manchadas nas beiradas ou no centro. Causas: Freqüentes dificuldades de comutação ou também comutador mal retificado. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  41. 41. 41 Patina com manchas de origem elétrica P42 - aspecto: Lâminas alternadamente claras e escuras. Causas: Desuniformidade na distribuição de corrente em dois bobinamentos paralelos de laço duplo ou, também, diferença de indutância em caso de duas bobinas por ranhura. P46 - aspecto: Manchas foscas em intervalo duplo - polares. Causas: Geralmente soldagens defeituosas das conexões auxiliares ou nas asas das lâminas. B2, B6 e B8 - aspecto: Queimaduras no centro ou nas bordas lâminas. Causas: Faíscamento proveniente de dificuldades de comutação. B10 - aspecto: Patina perfurada, formação de pontos claros como densidade e distribuição variados. Causas: Perfuração da patina com conseqüência de excessiva resistência elétrica da mesma. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  42. 42. 42 Manchas no comutador T10 - Manchas escuras reproduzindo à área de contato das escovas. Causas: Prolongadas paradas desenergizadas ou curtas paradas sobre carga. T12 - aspecto: Queimaduras nas bordas de saída e na entrada da lâmina subseqüente. Causas: Indica a existência de lâminas salientes (vide L2). T14 - aspecto: Manchas escuras. Causas: Indica a existência de lâminas em nível mais baixo (L4), ou de zonas planas no comutador. T16 - aspecto: Marcas escuras claramente delimitadas conjuntamente com queimaduras nas bordas das lâminas. Causas: Isolação entre lâminas, mica saliente (vide L6). T18 - aspecto: Manchas escuras. Causas: arestas das lâminas mal ou não chanfradas (vide L8). Desgaste do comutador R2 - Desgaste Normal: Aspecto de um comutador mostrando o desgaste do metal, pista por pista, com montagem correta, conseqüente de um desgaste normal após um longo período de funcionamento. R4 - Desgaste Anormal: Aspecto de um comutador, mostrando desgaste anormal do metal conseqüente da montagem incorreta das escovas (nº de escovas positivas diferentes do número de escovas negativas sobre a pista), ou qualidade inadequada ou ainda poluições diversas. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  43. 43. 43 Fig 22 Defeitos nas lâminas Uma operação adequada da comutação em máquinas de corrente contínua está intimamente ligada às condições dos interpolos e ao funcionamento da comutação com a linha neutra ajustada. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  44. 44. 44 Fig 23 Níveis de faiscamento Exercem influência na comutação também a pressão das escovas (molas), o nível de assentamento (superfície específica da escova em contato com o comutador) das escovas, a carga aplicada ao eixo (porcentagem do conjugado nominal da máquina) e condições ambientais (vapores químicos). Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  45. 45. 45 Uma operação ideal de uma máquina com escovas acontece quando: 1. A patina tem aspecto normal. 2. Não existe faiscamento ou existe faiscamento pouco perceptível em situações de sobrecarga. 3. As escovas têm vida longa e a taxa de formação de pó é mínima. 4. Não existe desgaste perceptível no comutador ou anéis coletores. 3.6.1 Porta Escovas e Escovas Nem sempre as escovas originais fornecidas pelos fabricantes são as mais indicadas para uma operação confiável. Os primeiros dias e semanas de operação de uma máquina com anéis devem ser acompanhados pelo inspetor. Se qualquer uma das quatro condições listadas não estiverem atendidas é necessário atuar rapidamente no desenvolvimento de uma outra qualidade de escova. Esta ação é realizada em conjunto com um técnico da empresa fabricante de escovas de carvão, que de posse de informações de velocidade periférica, densidade de corrente na escova, regime de trabalho e condições ambientais, definirá uma qualidade de escova. A troca de escovas deve ser precedida da remoção da patina formada pela escova anterior, antes que a nova seja instalada. Após instalada, o desempenho da nova escova deve ser acompanhado intensamente até a certeza de que a comutação tem um desempenho que propicie uma operação confiável e duradoura da máquina. Após a instalação de um jogo de escovas é sempre necessário que a superfície das escovas em contato com o comutador ou anéis coletores tenham a mesma curvatura, garantindo, pelo menos, 80% de área de contato. Um dos métodos mais utilizados para o assentamento de escovas consiste na instalação de uma fita de lixa sobre o comutador ou anel coletor, com o dorso abrasivo voltado para o lado externo em contato com as escovas, montadas no interior do portaescovas. O rotor com lixa é posto a girar manualmente, atritando a superfície das escovas contra o abrasivo, até que se atinja o mínimo de 80% de área de contato em cada uma das escovas. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  46. 46. 46 A lixa recomendada deve ter uma granulação em torno de 150. Após o processo o pó de carvão gerado deve ser totalmente aspirado e a limpeza complementada com pano seco. As escovas devem trabalhar livremente no interior da bainha do conjunto portaescovas. Para isto é necessário que as medidas interiores das superfícies das bainhas e as medidas das faces das escovas estejam dentro das tolerâncias permitidas. Tabela 6 VALORES NOMINAIS Tolerâncias para “t” e “a” em micrômetros e para “r” em milímetros para escovas de grafite natural e metal-grafite PORTA-ESCOVA (1) Máx. Mín. + 54 ESCOVA a Dif. Máx. Mín. Dif. Máx. Mín. + 14 40 - 120 - 60 60 174 74 ± 0,3 + 68 + 20 48 -150 - 70 80 218 90 ± 0,3 + 83 + 25 58 - 170 - 80 90 253 105 ± 0,3 + 102 + 32 70 - 260 - 150 110 362 182 ± 0,5 + 124 + 40 84 - 290 - 160 130 414 200 ± 0,5 + 150 + 50 100 - 330 - 170 160 480 220 ± 0,8 50 + 150 + 50 100 - 340 - 180 160 490 230 ± 0,8 64 + 180 + 60 120 - 380 - 190 190 560 250 ± 0,8 80 + 180 + 60 120 - 390 - 200 190 570 260 ± 0,8 1,6 2 2,5 3,2 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20 25 32 40 a FOLGA t mm t ESCOVA ELÉTRICA (2) 100 125 r ± 1,0 (1) – As tolerâncias para os porta-escovas são conforme a tolerância E10 da ISO. A verificação dimensional dos porta-escovas é efetuada com o calibrador “passa”, “não passa”. (2) – As tolerâncias para as escovas são conforme a tolerância b11 da ISO para dimensões > 12,5 mm e c11 da ISO para dimensões < 12,5 mm. * Tabela extraída da norma ABNT. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  47. 47. 47 Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  48. 48. 48 Fig 24 Dimensões de escovas elétricas t = Dimensão da escova em sentido tangencial. a = Dimensão da escova em sentido axial. r = Dimensão da escova em sentido radial. Escovas e bainhas com dimensões fora das tolerâncias permitidas devem ser eliminadas. As escovas devem trabalhar com pressões dentro das tolerâncias recomendadas. Todas as escovas devem ter pressões aproximadamente iguais. Tabela 7 Recomendações de pressão nas escovas para cada tipo de máquina TIPOS DE MÁQUINAS PRESSÃO NA ESCOVA Máquinas estacionárias livres de vibração e ruído 150 a 200 g/cm2 Anéis deslizantes 170 a 250 g/cm2 Motores de tração 250 a 570 g/cm2 Máquinas com alta vibração até 350 g/cm2 Motores fracionários até 450 g/cm2 A medição da pressão das escovas é realizada com um dinamômetro que mede a força aplicada na escova para se contrapor à força exercida pela mola. Introduz-se uma tira de Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  49. 49. 49 papel entre a escova e o comutador, ou anel coletor, para determinar o momento da leitura no instante em que o papel é arrastado, com leve tração exercida pela mão. Fazer a leitura da balança quando a tira de papel puder ser puxada de entre a escova e o coletor Fig 25 Medição de pressão na escova Todas as escovas instaladas em um comutador ou anéis coletores devem ter a mesma qualidade (granulometria). O comprimento das escovas é um item de inspeção e controle da qualidade da comutação e da confiabilidade operacional da máquina. Medir o comprimento das escovas, registrar as medições, trocar as escovas quando o comprimento atingir valores mínimos garantidos para a operação e controlar o desgaste das escovas em mm/mês, é importante para garantir uma vida longa com confiabilidade para a máquina. Um aumento do desgaste das escovas sem uma correspondente alteração operacional que o justifique, deve ser motivo de averiguações e de ações para que a qualidade da comutação seja reconstituída. É muito comum a operação de motores elétricos com carga reduzida e conseqüente baixa densidade de corrente nas escovas. Na maioria das vezes uma máquina nestas condições não consegue produzir uma boa patina e a má comutação conduz a um filetamento Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  50. 50. 50 (raiamento) do comutador com comprometimento de sua vida útil, devido à necessidade de usinagens freqüentes. Uma das soluções, normalmente adotada, para aumentar a densidade de corrente para melhorar a comutação, é a redução do número de escovas. Toda pista deverá ser percorrida por escovas positivas e negativas, sempre em igual número. Pista é a faixa que uma escova determina sobre o comutador quando este está em movimento, tendo a largura igual à largura da escova. Fig 26 Disposições corretas e incorretas de escovas ao longo do comutador Os porta-escovas devem ficar dispostos paralelamente às lâminas do comutador. A distância entre a face inferior do porta-escova e o comutador deve estar compreendida entre 1,5 e 2,0 mm. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  51. 51. 51 Fig 27 Distância da bainha ao comutador ou anel coletor 3.6.2 Comutadores e Anéis Coletores Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  52. 52. 52 Fig 28 Vista interna de um motor de corrente contínua com comutador em primeiro plano A inspeção de comutadores e anéis coletores deve compreender: A excentricidade total não deve superar os 20μm e a diferença entre lâminas adjacentes deve ser inferior a 2μm. A alta excentricidade ocasiona uma dificuldade da mola em manter a escova em contato com o comutador, conduzindo ao centelhamento e à baixa qualidade da comutação. A solução passa pela usinagem do comutador ou anel coletor. O controle da altura da mica e seu rebaixamento é um item importante de inspeção. Quando a mica está alta ou após usinagem, deve-se proceder o rebaixamento da mica com uma ferramenta cortante a uma profundidade de cerca de 1mm a 1,5 mm. Fig 29 Rebaixamento da mica do comutador As lâminas de cobre do comutador não podem operar com quinas vivas (ângulo de 90º). As quinas devem ser chanfradas com ângulos variáveis entre 60º e 90º, Fig 31. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  53. 53. 53 Fig 30 Ferramenta para desgaste de cantos Fig 31 Valores limites do ângulo de chanfro dos cantos A comutação é influenciada pela vibração da máquina. Altos valores de vibração provocam o trepidamento das escovas, prejudicando a qualidade da comutação. 3.6.3 Interpolos e Linha Neutra A má qualidade na comutação pode estar associada aos defeitos no circuito dos interpolos e a operação fora da linha neutra. Defeitos nos interpolos podem estar associados a curto-circuito nas bobinas ou erro de ligação. A verificação do ajuste da linha neutra pode ser realizada da seguinte maneira (recomendações WEG). Ajuste grosso • Afrouxar os parafusos que fixam o anel do porta-escovas • Energizar a armadura (50 a 80% da corrente nominal por no máximo 30s), com o campo desligado. Se a zona neutra estiver desajustada, o rotor irá girar. Gira-se o anel dos porta escovas em sentido contrário ao sentido de giro do rotor. • A zona neutra estará ajustada, quando o rotor ficar parado. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  54. 54. 54 Ajuste Fino Energizar o campo e a armadura com tensão nominal e corrente nominal nos dois sentidos de rotação. A diferença de rotação não poderá ser maior que 1%. IMPORTANTE: Se ao girar o anel do porta-escovas para a direita o rotor girar ao contrário, os cabos dos pólos de comutação que são ligados aos porta-escovas estão invertidos. Ligar corretamente os cabos e proceder ajuste grosso da zona neutra novamente. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  55. 55. 55 3.7 PRINCIPAIS CAUSAS DE FALHAS DE MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRENTE ALTERNADA Fig 32 Motor de média tensão de 13,2 kV 3.7.1 Introdução As falhas em máquinas elétricas rotativas têm como conseqüência, danos aos enrolamentos. Os principais fatores de falha são os seguintes: • Especificação incorreta da máquina para as condições reais de operação. • Falhas de fabricação e de reparação das máquinas, tais como na fabricação de materiais, processos e falhas de mão de obra. • Inexistência, erros de calibração e de especificação dos dispositivos de proteção. • Falhas ou exageros de operação. • Manutenção inadequada ou inexistente Os fatores acima estão, em maior ou menor intensidade, presentes na quase totalidade das instalações com máquinas elétricas. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  56. 56. 56 Estes fatores conduzem à condição de falha através de quatro causas principais: • Rolamentos (mancais) • Contaminação por agentes agressivos • Degradação térmica do material isolante • Abrasão mecânica 3.7.2 Rolamentos (Mancais) Desgaste acentuado nos mancais das máquinas elétricas rotativas pode ocasionar a fricção entre rotor e estator e sobreaquecimento devido ao atrito. As partes atritadas se apresentarão com aspecto polido ou, em casos extremos azulados, devido ao aquecimento. A isolação se apresentará danificada pelo calor na área de roçamento, freqüentemente com curto entre espiras e para a massa. Com freqüência, este tipo de defeito provoca, além da queima do enrolamento, danos ao eixo, tampas e pacote magnético, levando muitas vezes ao sucateamento da máquina. 3.7.3 Contaminação por Agentes Agressivos Nenhuma máquina, por mais estanque que seja, está livre de contaminantes em seu interior. Óleo, poeira, umidade, vapores químicos, etc, penetram no interior da máquina através de lubrificações mal conduzidas, fendas na carcaça, ou simplesmente através do ar ambiente, no processo de contração e dilatação do ar, em função das variações de temperatura e pressão no interior da máquina. Em geral a atmosfera industrial está carregada destes contaminantes, em especial na faixa litorânea, onde a umidade relativa do ar é muito elevada. Estes contaminantes penetram no sistema isolante, agredindo física e quimicamente o material, formando caminhos de menor resistência de isolamento, elevando as correntes de fuga e as perdas dielétricas, até a falha do isolamento e da máquina. Várias medidas podem ser adotadas para impedir ou retardar este processo de degradação do isolamento: • Utilização de máquinas totalmente fechadas. • Especificação detalhada dos contaminantes presentes, de forma que o fabricante ou reparador possa desenvolver uma impregnação que resista a estes contaminantes. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  57. 57. 57 • Acompanhamento da evolução da contaminação do isolamento através das medições sistemáticas de resistência de isolamento. O índice de polarização (IP) é de valor inestimável e rejuvenescimento dos enrolamentos quando a contaminação atingir níveis que possam comprometer o isolamento do motor. 3.7.4 Degradação Térmica Os materiais isolantes são agrupados em classes térmicas estabelecidas em norma, que são basicamente, as seguintes: CLASSE A – 105OC CLASSE E - 120 OC CLASSE B - 130 OC CLASSE F - 155 OC CLASSE H - 180 OC CLASSE C - 220 OC A quase totalidade das máquinas modernas utiliza materiais isolantes das classes “B”, “F” e “H”. Um material isolante, classificado dentro de uma classe térmica, é capaz de suportar a temperatura limite da classe, por um tempo definido, sem que as suas propriedades isolantes fiquem prejudicadas. Quando este isolante é submetido a temperaturas superiores a de sua classe térmica, os efeitos da deterioração de suas propriedades dielétricas e mecânicas far-se-ão sentir num período de tempo menor. Os efeitos da temperatura sobre os isolantes são função do tempo de exposição ao calor. A figura abaixo mostra o tempo de vida de um isolante em função da temperatura. Vida Útil (horas) Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  58. 58. 58 Temperatura (Cº) Fig 33 Redução da vida útil do isolante em função da temperatura Em geral, a cada 10 graus de sobre-temperatura a vida útil do isolante fica reduzida à metade. Durante o funcionamento, as máquinas elétricas liberam calor que é transferido para o meio ambiente através da carcaça. Os motores são projetados para, em condições normais, terem uma elevação de temperatura, no ponto mais quente, de um certo valor acima da temperatura ambiente (40 OC pela ABNT), conhecido como variação de temperatura da máquina. Escolhe-se então a classe térmica do material, igual ou superior à temperatura do ponto mais quente da máquina. Em condições normais de operação os materiais isolantes vão ficar submetidos a uma temperatura inferior à de sua classe térmica, de forma que a deterioração térmica se dará em período de tempo muito longo, da ordem de anos e até décadas. Entretanto, algumas condições anormais de operação dão origem a um aumento das perdas da máquina ou à redução da dissipação do calor gerado, aumentando a temperatura no enrolamento e a redução de sua vida útil. A manutenção elétrica deve conhecer estas condições, identificá-las através de ações preventivas, corrigindo-as antes que levem as máquinas a falhas de isolamento. 3.7.4.1 Falta de Fase (Operação em Duas Fases) Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  59. 59. 59 Se uma fase de um motor elétrico trifásico, em funcionamento, for interrompida, o motor tentará manter-se em funcionamento, mesmo com torque reduzido, em função da alimentação monofásica. Se o conjugado máximo do motor for superior ao conjugado resistente da carga, o motor continuará funcionando, caso contrário, irá parar. Se o motor estiver parado e for energizado com duas fases, não rodará, por falta de conjugado de partida. Em todas estas condições, o motor estará submetido a condições de sobretemperatura em função das altas correntes circulando nos enrolamentos, salvo casos especiais em que o conjugado da carga é tão baixo que as correntes absorvidas pelo motor permanecem inferiores às correntes nominais. Os motores deverão estar protegidos por relés térmicos com características de proteção contra falta de fase ou dispositivos sensores de temperatura no enrolamento do motor (termistores ou protetores térmicos), ou ainda relés de seqüência negativa. A identificação de um isolamento queimado por sobretemperatura em função de falta de fase é muito fácil: • Motores ligados em estrela: dois grupos queimados, seguidos de um em bom estado e assim sucessivamente. • Motores ligados em triângulo: um grupo queimado, seguido de dois outros em bom estado e assim sucessivamente. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  60. 60. 60 Fig 34 Danos causados ao enrolamento 3.7.4.2 Sobrecarga Mecânica É uma condição anormal em que o conjugado resistente da carga é maior que o conjugado nominal do motor, continuamente, ou em ciclos, de forma que as temperaturas do enrolamento excedem aquelas estabelecidas em projeto. Para evitar que essas sobrecargas levem à redução da vida útil e à queima prematura do motor, os relés térmicos (ou os protetores no enrolamento) devem estar bem ajustados e aferidos. Toda operação dos dispositivos de proteção deve ser acompanhada através de medições de correntes absorvidas pelo motor e comparadas com a corrente nominal. Corrente de operação acima da nominal pode ser uma evidência de sobrecarga mecânica. A operação de motores com tensões inferiores à nominal pode ocasionar sobrecorrentes capazes de provocar sobretemperaturas no motor. A queima por sobretemperatura é característica e o enrolamento se apresenta com os condutores uniformemente enegrecidos e a isolação quebradiça, podendo ter evoluído para curto entre espiras, fase-terra ou fase-fase em função da falha de isolamento, Fig 35. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  61. 61. 61 Fig 35 Queima por sobrecarga 3.7.4.3 Rotor Travado É um caso particular de sobretemperatura que acontece quando da partida de um motor, por um tempo prolongado, em razão do travamento da máquina acionada, do próprio motor ou ainda em condições de falta de fase ou tensões reduzidas, etc. A partida de um motor de indução, rotor de gaiola, é muito delicada em função da alta corrente – as perdas são proporcionais ao quadrado da corrente (I2R) – e da precariedade da ventilação, em função das baixas velocidades. Os tempos máximos permissíveis de rotor travado não passam de 20 segundos para os motores mais modernos. Em caso de rotor travado, o relé térmico e os protetores de temperatura no enrolamento devem desligar o motor antes que o isolamento venha a falhar. Os dispositivos de proteção devem estar aferidos e ajustados para operar antes da degradação e falha do isolamento. O aspecto visual de um enrolamento de um motor queimado por rotor travado é similar ao da queima por sobrecarga, Fig 36. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  62. 62. 62 Fig 36 Queima por rotor travado 3.7.4.4 Temperatura Ambiente Acima de 40 OC Motores operando com carga próxima à nominal, em locais com temperatura ambiente superiores a 40 OC, podem estar com o isolamento submetido a sobretemperatura. Entretanto, nestes casos, o relé térmico não será capaz de proteger adequadamente o motor. O aspecto do enrolamento queimado assemelha-se ao dos casos anteriores. Os motores não especificados para esta condição devem ter o seu sistema isolante trocado para uma classe de maior temperatura. Os motores novos devem ser adquiridos com informações de que a temperatura ambiente excede os 40 OC. 3.7.4.5 Partidas Sucessivas Partidas sucessivas podem levar os enrolamentos a temperaturas muito altas, comprometendo a vida dos materiais isolantes. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  63. 63. 63 Os intervalos entre partidas devem ser suficientemente longos para permitir a dissipação do calor gerado durante a aceleração do motor. A norma NBR 7094 determina um regime de partida mínimo que os motores devem suportar: • A frio, duas partidas sucessivas, com retorno ao repouso entre as partidas. • A quente, uma partida após ter funcionado nas condições nominais. • Uma partida suplementar será permitida somente se a temperatura do motor, antes da mesma, não exceder à temperatura de equilíbrio térmico sob carga nominal. O número máximo de partidas permissível para um motor, por unidade de tempo, é difícil de ser calculado, em função do número de variáveis envolvidas: conjugado líquido de aceleração, potência requerida do motor e momento de inércia do motor e da carga. Na especificação de motores para acionamento de cargas que requeiram um número elevado de partidas, reversões, com ou sem frenagem, etc, deve ser indicado a seqüência de funcionamento do motor e as potências exigidas pela carga ao longo do ciclo de trabalho. 3.7.4.6 Roçamento Rotor-Estator Desgastes acentuados nos rolamentos podem ocasionar a fricção entre rotor e estator e sobreaquecimento, devido ao atrito. As partes atritadas se apresentarão com aspecto polido ou, em casos extremos, azulados, devido ao aquecimento. A isolação se apresentará danificada pelo calor na área de fricção, freqüentemente com curto entre espiras e para a massa. A audição sistemática do ruído dos rolamentos com estetoscópio ou a medição de vibrações nos mancais das máquinas podem reduzir a zero a ocorrência deste tipo de falha. 3.7.4.7 Tensões Anormais Os motores de indução devem funcionar satisfatoriamente bem, dentro das condições de potência nominal, se as tensões elétricas em seus terminais não diferirem da tensão nominal, em mais ou menos 10%, com freqüência nominal. Um motor operando próximo a potência nominal, com tensões fora do limite de 10%, pode estar com o seu isolamento submetido à sobretemperatura. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  64. 64. 64 Em geral, as tensões nos terminais dos motores são inferiores às nominais. Na maioria dos casos isto se deve à especificação de transformadores com tensão secundária igual à nominal dos motores. As quedas de tensões no próprio transformador e nos cabos condutores reduzem a tensão a valores substancialmente inferiores às tensões de placa dos motores. As tensões desbalanceadas provocam a circulação de correntes desiguais nos enrolamentos. O efeito da tensão desbalanceada em motores trifásicos de indução é equivalente ao aparecimento de uma tensão de seqüência negativa com sentido de rotação oposto ao da tensão balanceada. Esta tensão de seqüência negativa produz um fluxo rotativo contrário à rotação do motor, acarretando altas temperaturas nos enrolamentos. O percentual de desbalanceamento da tensão é calculado pela fórmula: %= Desvio máx. da tensão da rede Tensão média A percentagem de desbalanceamento não deve ser superior a 1% durante períodos prolongados, ou 1,5% durante curtos períodos. Um desbalanceamento de tensão de 2% ocasionará uma elevação de temperatura na fase de maior corrente em torno de 8%. Em geral, a elevação de temperatura média do enrolamento, percentualmente, é um pouco menor que duas vezes o quadrado do desbalanceamento percentual. A manutenção deve mapear, através de medições e registros, as tensões em todos os barramentos dos Centros de Controle de Motores e nos terminais dos motores mais próximos e distantes destes CCM’s, corrigindo os desbalanceamentos e os níveis de tensões muito diferentes do nominal. 3.7.5 Abrasão Mecânica A abrasão mecânica ou vibração do enrolamento é causada pela movimentação relativa entre espiras de uma bobina, entre bobinas, entre bobinas e núcleo, bobinas e estecas e bobinas e amarrações. As forças envolvidas são de natureza eletrodinâmica e proporcionais ao quadrado da corrente. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  65. 65. 65 A vibração tem uma freqüência igual ao dobro da freqüência da rede, ou seja, 120 hertz. Durante a partida dos motores, quando a intensidade da corrente é algumas vezes superior à corrente nominal, a intensidade das forças pode superar em 60 vezes a força em condições de regime. Nos motores que operam com partidas freqüentes, deve-se tomar cuidados especiais com a rigidez do enrolamento. Quando um motor em que os condutores estão soltos, entra em funcionamento, as bobinas e os condutores, individualmente, vibram no interior e nas cabeças de bobinas, desenvolvendo-se uma abrasão, por fricção mecânica, do material isolante. À medida que ocorre a movimentação e a abrasão, as folgas aumentam, permitindo um maior grau de liberdade dos condutores, aumentando a amplitude de vibração. A abrasão provoca a fadiga do material isolante dos condutores, do isolamento das ranhuras e das cabeças de bobinas, nas regiões das amarrações. Este tipo de falha ocorre tanto em motores de fio redondo, como nos de fio retangular. Para evitar falhas deste tipo, deve-se tomar muito cuidado com a amarração das bobinas, enchimento das ranhuras e estecagem, escolha do verniz a ser empregado e do processo de cura do impregnante. As falhas produzidas por abrasão podem conduzir a curto circuitos entre espiras, fase-fase e fase à massa. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  66. 66. 66 4 TRANSFORMADORES DE FORÇA A vida útil de um transformador é a vida do isolamento sólido, normalmente papel kraft, de natureza celulósica. Os três grandes inimigos do sistema de isolação de um transformador são a temperatura, a água e o oxigênio. O tanque de um transformador imerso em óleo mineral isolante é um lugar onde reações químicas são iniciadas tão logo o transformador é cheio com óleo. O processo de oxidação do óleo tem início quando o oxigênio entra em combinação com os hidrocarbonetos instáveis, na presença dos catalizadores existentes no transformador (cobre, ferro, água, etc). O oxigênio existe livre no ar presente no interior do transformador e dissolvido no óleo isolante. A degradação da celulose é fonte de oxigênio e as reações no interior do transformador tem como subproduto a água. O óleo possui inibidores naturais, compostos orgânicos de enxofre, termicamente estáveis. Além disto são acrescentados inibidores sintéticos, tais como o diterciáriobutilparacresol (DBCT). O calor é o principal acelerador das reações de oxidação, sendo um fator determinante no tempo de vida útil e nos cuidados de manutenção que se fazem necessários. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  67. 67. 67 Fig 37 Transformador de potência 4.1 ANÁLISE FÍSICO-QUÍMICA DO ÓLEO ISOLANTE O óleo isolante é o meio refrigerante com características isolantes do transformador e imerge todo o enrolamento sólido, núcleo magnético e outras partes internas do transformador. Os produtos das reações químicas e da deterioração do óleo isolante e do isolamento sólido estão total ou parcialmente diluídos no fluido isolante. A análise físico-química do óleo isolante é um conjunto de testes recomendados para o acompanhamento das condições dos materiais isolantes do transformador: Os testes mais comumente utilizados para a avaliação do estado operacional de um transformador são os seguintes: Rigidez dielétrica – ABNT/IBPM-530, ASTM(D877)80 e ASTM(D1816)79 Umidade – ASTM(D1535)79 Fator de potência – ASTM(D924)81 Número de neutralização – ABNT/IBP MB-101, ASTM(D974) e ASTM(D1534)78 Tensão interfacial – ABNT/IBP MB320 e ASTM(D-971)77 As análises físico-química, normalmente são realizadas com um intervalo variável de 1 a 2 anos. A observação criteriosa dos valores dos testes físico-químicos indica a contaminação do óleo e do isolamento sólido com a umidade e a deterioração do óleo mineral isolante. A água pode existir no óleo sob a forma dissolvida, não dissolvida (em suspensão) ou livre (depositada). A quantidade de água em solução no óleo é função da temperatura e do grau de refinação do óleo. Quando o conteúdo de umidade no interior do transformador é reduzido, as pequenas quantidades de umidade ficam impregnando o papel isolante e dissolvidas no óleo mineral isolante. Quando o conteúdo de umidade aumenta, o excedente é absorvido pelo papel isolante e se dissolve no óleo isolante até atingir o limite de solubilidade no óleo (função de temperatura). A umidade excedente passará para a forma livre, sendo retido pelo papel isolante. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  68. 68. 68 Rigidez dielétrica – A água livre em suspensão no óleo e as partículas sólidas em suspensão (fibras celulósicas, carvão, poeira, etc) diminuem acentuadamente sua rigidez dielétrica. A água dissolvida no óleo afeta muito pouco sua rigidez dielétrica. O método D877 da ASTM, eletrodos de disco de 1 polegada, afastadas de 0,1 polegada é menos sensível que o método ASTM D-1816 que usa eletrodos esféricos. A rigidez dielétrica determina a capacidade de uma amostra de óleo resistir à tensão elétrica sob condições especificadas expressa em kV. Conteúdo de umidade – A quantidade de umidade contida no óleo isolante é um fator importante para se inferir a quantidade de água presente no interior do transformador. A determinação do conteúdo de umidade no óleo isolante é realizada através da titulação de uma amostra do líquido com o reagente Karl Fisher. O método ASTM D-1533 é utilizado para a determinação do conteúdo de umidade, expresso em ppm (partes por milhão). A água contida no interior do transformador pode ser proveniente de: • Resíduo da secagem do papel isolante e do óleo nos processos de fabricação e manutenção. • Admissão de ar úmido através da sílica-gel do desidratador de ar. • Perda de estanqueidade através das borrachas de vedação e micro-fissuras na carcaça. • Subproduto da deterioração do isolamento sólido e das reações de oxidação do óleo isolante. Portanto, parte da água existente no transformador é gerada no interior do próprio tanque. Os valores limites sugeridos para resultados de testes de óleo envelhecido em serviço, por classe de tensão para os ensaios de rigidez dielétrica, conteúdo de umidade e perdas dielétricas são expressos na Tabela 8: Tabela 8 Limites de rigidez dielétrica 69kV e Entre 69kV 345 kV e Método ASTM menor e 288kV acima de testes Rigidez dielétrica 60Hz kV mínimo 26 26 26 D-877 Rigidez dielétrica kV mínimo separação de eletrodos 10,16mm(0,40”) Teor de água ppm máximo 23 26 26 D-1816 35 25 20 D-1533 Perdas dielétricas 60Hz, 25oC máximo 0,65 0,39 0,31 D-924 Classe de tensão Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  69. 69. 69 Transformadores cujos óleos apresentam valores fora dos limites recomendados devem ser tratados através da desidratação do óleo isolante e, caso necessário, da secagem da parte ativa. A desidratação do óleo isolante é processada através de unidade termovácuo. Quando o papel isolante contiver umidade em quantidade apreciável, deverá ser procedida a secagem da parte ativa. A decisão da secagem da parte ativa pode ser realizada através da determinação da umidade relativa sobre o isolamento (URSI). Outros parâmetros indicativos da necessidade de secagem da parte ativa: -Teor de umidade de 50 ppm no óleo recolhido no topo do transformador. - Rigidez dielétrica (ASTM D-877) de 22kV ou menor. Após o tratamento de secagem do óleo isolante e/ou isolamento sólido e após uma semana, para a uniformização das condições, deve ser recolhida amostra de óleo para análise e os valores devem atender a Tabela 9: Tabela 9 Condições limites para óleo isolante tratado Ensaio Norma Valores limites Teor de umidade ASTM D-1533 Menor que 10 ppm Rigidez dielétrica ASTM D-877 Maior que 45kV Perdas dielétricas ASTM D-924 Menor que 0,1% Perdas dielétricas – Um óleo novo, em boas condições, deve ter um fator de potência igual a 0,05% ou menor a 20oC. Em operação o fator de potência aumenta, podendo chegar a 0,5% à temperatura de 20oC, sem ser uma indicação de que uma investigação ou tratamento seja necessário. O fator de potência é expresso em “%” e o teste ASTM D-924 é adequado para testes de rotina. O óleo mineral isolante é constituído de uma mistura de hidrocarbonetos em sua maioria, e de não hidrocarbonetos em pequenas proporções. O processo de oxidação do óleo tem início quando o oxigênio entra em combinação com os hidrocarbonetos instáveis, na presença dos catalizadores existentes no transformador (cobre, ferro, etc). Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  70. 70. 70 A oxidação do óleo tem como principal catalizador a água e é acelerado pelo calor. • • O processo de oxidação do óleo se desenvolve em dois ciclos: Formação de produtos solúveis da deterioração do óleo, principalmente ácidos; Transformação dos produtos solúveis em produtos insolúveis, que compõem o sedimento. O sedimento se deposita sobre a isolação sólida, núcleo e paredes do tanque e obstrui as passagens de óleo. A dissipação de calor é prejudicada, aumentando a temperatura de operação do transformador, acelerando as reações de oxidação. Tensão interfacial – A tensão interfacial mede a força necessária para que um anel plano, de fio de platina, possa vencer a tensão existente entre a superfície da amostra de óleo e água. Uma diminuição da tensão superficial é o primeiro indicador do início da deterioração do óleo. O método de ensaio para a determinação da tensão interfacial é o ASTM/D-971 e a unidade utilizada é dina/cm Número de neutralização – ou acidez de um óleo, mede a quantidade de produto básico, hidróxido de potássio (KOH), necessário para neutralizar uma amostra de óleo, expresso em mgKOH/g. Tabela 10 Valores limites para os resultados dos testes de acidez e tensão interfacial Entre 69kV e Acima de Método ASTM de 288kV 345kV testes 24 26 30 D-971 0,20 0,20 0,10 D-974 Classe de tensão 69kV e menor Tensão interfacial mínimo(dina/cm) Acidez máximo(mgKOH/g) Tabela 11 Classificação do óleo Bom Acidez (mgKOH/g) 0,03 – 0,10 Classificação do óleo isolante Tensão interfacial Tensão interfacial / (dina/cm) Acidez 30 – 45 300 – 1500 Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes Cor Amarelo pálido
  71. 71. 71 Regular Duvidoso Ruim Muito ruim Desastroso Tabela 12 0,05 – 0,10 0,11 – 0,15 0,16 – 0,40 0,41 – 0,65 0,65 – 1,5 27 – 30 24 – 27 18 – 24 14 – 18 9 – 13,9 270 – 600 160 – 245 45 – 150 22 – 44 6 - 21 Amarelo Amarelo brilhante Âmbar Marrom Marrom escuro Dados históricos obtidos pela ASTM durante onze anos de testes em 500 transformadores e que estabelecem a correlação entre o número de neutralização, a tensão interfacial e a formação de sedimento em transformadores com óleo mineral isolante. Número de neutralização e formação de sedimento Número de neutralização Percentagem de 500 De 0,00 a 0,10 0 Número de unidades nas quais houve formação de sedimentos 0 De 0,11 a 0,20 38 190 De 0,21 a 0,60 72 360 De 0,60 para cima 100 500 (mgKOH/g) Tensão interfacial e formação de sedimento Abaixo de 14 100 500 De 14 a 16 85 425 De 16 a 18 69 345 De 18 a 20 35 175 De 20 a 22 33 165 De 22 a 24 30 150 Acima de 24 0 0 O óleo deteriorado deve ser regenerado ou trocado por óleo novo. Na regeneração, o óleo é tratado quimicamente, passando depois em unidade termovácuo. Nesses casos o núcleo e o tanque do transformador devem ser lavados para remoção dos produtos ácidos. O óleo regenerado deve apresentar pelo menos, as seguintes características, após repouso e estabilização. Tabela 13 Limites para óleo regenerado Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  72. 72. 72 Ensaio Norma Valores limites Teor de umidade ASTM D-1533 Menor que 10 ppm Rigidez dielétrica ASTM D-877 Maior que 45 kV Acidez ASTM D-974 Menor que 0,05mgKOH/g Tensão interfacial ASTM D-971 Maior que 40 dina/cm Perdas dielétricas ASTM D-924 Menor que 0,05% 4.2 CROMATOGRAFIA DOS GASES DISSOLVIDOS NO ÓLEO ISOLANTE O óleo contém gases dissolvidos, entre eles, monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2), metano (CH4), etano (C2H6), etileno (C2H4) e acetileno (C2H2), que são combustíveis. Os não combustíveis são o oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e dióxido de carbono (CO2). Os gases oxigênio e nitrogênio provêm do ar em contato com o óleo. A deterioração normal da isolação sólida forma principalmente o dióxido e o monóxido de carbono. O sobreaquecimento do óleo isolante origina os gases metano, etano, etileno e CO2. À temperaturas mais elevadas, forma principalmente hidrogênio e acetileno. A cromatografia dos gases dissolvidos no óleo é a técnica destinada a detectar falhas incipientes no transformador, através da determinação da concentração dos gases na amostra. As normas NBR 7070 – Guia para amostragem de gases e óleo em transformadores e análise dos gases livres e dissolvidos e NBR 7274 – Interpretação da análise dos gases de transformadores em serviço, são referência sobre o assunto. A análise das concentrações de gases são referenciadas aos valores limites de cada gás, relações características das concentrações e à taxa de geração do gás. A avaliação da taxa de formação dos gases no transformador é um valioso meio para acompanhar a evolução de uma falha. A taxa de geração de um gás é a quantidade de gás em volume gerado ao longo do dia. Nos transformadores selados, sem colchão de gás, os gases gerados ficam dissolvidos no óleo. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  73. 73. 73 Nos transformadores selados com colchão de gás, parte dos gases gerados fica dissolvido no óleo e a outra parte irá para o colchão de gás. Nos transformadores com conservador de óleo, parte dos gases gerados se perde para a atmosfera. A maior dificuldade para a determinação da taxa de geração é a avaliação da taxa de perdas. Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes
  74. 74. Inspeção e reparo Falha no tanque Avaliar os serviços de inspeção e reparo Produção rápida de gás (incremento médio < 10% ao mês) sério Efetuar amostragens freqüentes, avaliar o tempo para saturar o óleo. Efetuar amostragens localizadas para identificação do local da falha. Falha no comutador Inspeção e reparo Produção rápida de gás (incremento médio > 10% ao mês) crítico Ação imediata (inclusive outros métodos físicos para investigar a localização da falha) Um ou mais gases acima dos valores normais: 1) Comparar com amostra anterior 2) Amostragem de confirmação 74 Limitação de carga Considerar Inspeção e reparo Produção rápida de gás (incremento médio < 10% ao mês) insatisfatório Efetuar amostragens freqüentes, avaliar o tempo para saturar o óleo. Efetuar amostragens localizadas para identificação do local da falha. Desgaseificar regularmente Produção rápida de gás (incremento médio > 10% ao mês) sério Efetuar amostragens freqüentes, avaliar o tempo para saturar o óleo. Efetuar amostragens localizadas para identificação do local da falha. Avisar os serviços de inspeção e reparo são Todos os gases inferiores aos valores normais Todas as relações normais. Caso A Armazenar os dados Diagrama de blocos – NBR 7274/1982 Um ou mais gases acima dos valores normais 1) Comparar com amostra anterior 2) Amostragem de confirmação Falha térmica indicando os casos F,G,H,I. Comparar com os valores normais Falha elétrica indicando os casos B,C,D,E. Comparar com valores normais Todos os gases inferiores aos valores normais Concentração de gás inferior ao limite. Concentração do gás ultrapassa os limites. Comparar com o ponto de referência e calcular as relações Amostragem de rotina Análise dos gases. Comparação com limites de sensibilidade

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