18.ago esmeralda 14.15_263_edp

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18.ago esmeralda 14.15_263_edp

  1. 1. Metodologia para Detecção Precoce de Danos no Isolamento de Unidades Hidrogeradoras através da Análise do Espectro de Impedância <br />1<br />
  2. 2. Agenda<br /><ul><li> Introdução
  3. 3. Objetivo do Projeto
  4. 4. Motivação
  5. 5. Falhas em Hidrogeradores
  6. 6. Espectroscopia da Impedância
  7. 7. Padrões de falta
  8. 8. Conclusões.</li></li></ul><li>Introdução<br /><ul><li>O diagnóstico precoce de falhas no enrolamento apresenta a grande expectativa que venha a potencializar a avaliação do estado operativo dos hidrogeradores;
  9. 9. Algumas técnicas de monitoração da condição da máquina podem ser dispendiosas, entre estas técnicas podem-se citar: inspeção visual e instalação de transdutores de descargas parciais.
  10. 10. A parada programada para execução de serviços nos hidrogeradores passa pelo crivo do (ONS) e isto implica em programação para parada. </li></li></ul><li>Objetivo<br /><ul><li> Monitorar precocemente a condição do isolamento de unidades hidrogeradoras, permitindo melhor planejamento das ações a serem tomadas em função de se ter mais tempo antes da parada da máquina;
  11. 11. Desenvolver um sistema remoto composto de hardware e software para a análise da impedância em uma larga faixa de frequência obtida por meio indireto através da medição dos sinais de tensão e corrente associada à injeção de sinais de alta frequência.</li></li></ul><li>MOTIVAÇÃO<br />
  12. 12. Falhas em Hidrogeradores<br /><ul><li> A deterioração dos materiais isolantes sólidos utilizados em máquinas elétricas deve-se a vários fatores, tais como: umidade, ambientes agressivos, danos mecânicos e aquecimento excessivo, sendo este último mais freqüente
  13. 13. O aquecimento causa dois problemas fundamentais, diminuição do rendimento e envelhecimento ou deterioração – “aging”, do isolamento
  14. 14. O envelhecimento do isolamento é função do tempo e da temperatura. Contudo, mesmo em condições de controle excepcionais, seus efeitos acumulados não estão devidamente estabelecidos
  15. 15. Pode-se considerar que o funcionamento em temperaturas elevadas causa um envelhecimento mais acelerado do isolamento, comparando-se com as condições normais</li></li></ul><li>Isolamento Típico em Hidrogeradores<br />
  16. 16. Capacitâncias associadas ao isolante<br />Cer : capacitor entre o enrolamento estatórico e as chapas do rotor. (Dielétrico = entreferro+isolante de ranhura+isolamento dos fios)<br />Crc : capacitor entre as chapas do rotor e do estator. (Dielétrico = entreferro)<br />Cec : capacitor entre enrolamento estatórico e carcaça. (Dielétrico = isolamento de ranhura + o isolamento dos fios)<br />
  17. 17. Espectroscopia de Impedância<br /><ul><li>A espectroscopia de impedância é uma técnica de grande utilidade para quando se pretende caracterizar o comportamento elétrico de materiais sólidos ou líquidos;
  18. 18. Vários tipos de estímulos podem ser considerados, o mais comum é utilizar uma tensão alternada do tipo senoidal e medir as partes real e imaginária da impedância complexa em função da freqüência; </li></li></ul><li>Espectroscopia de Impedância<br />Segundo a teoria de sistemas lineares, o comportamento dinâmico de um sistema sujeito a uma perturbação é completamente descrito pela equação:<br />Aplicando a Transformada de Laplace,<br />Para um sistema elétrico sujeito a uma diferença de potencial variável V(t), que gera uma corrente alternada I(t), vem <br />. <br />
  19. 19. Polarização e Relaxação<br />Considerando um material dielétrico sob a ação de um campo elétrico externo, constante e uniforme. As equações de Maxwell neste meio (no SI) tem a forma:<br />O campo magnético efetivo dentro do dielétrico é dado por <br /> é o campo efetivo no interior do meio, chamado de deslocamento elétrico, definido como <br />onde ε0 é a permissividade dielétrica do vácuo e a polarização do meio dielétrico. A polarização é definida como o momento dipolar por unidade de volume, de forma geral,<br />
  20. 20. Polarização e Relaxação<br />Para meios dielétricos submetidos a campos elétricos variáveis no tempo, os mecanismos de polarização discutidos permanecem válidos. Neste caso, a constante dielétrica se torna uma grandeza complexa dada por <br />Geralmente, a perda dielétrica é determinada através de um parâmetro conhecido como tangente de perda, sendo δ conhecido com ângulo de perda.<br />
  21. 21. MODELO PARA ANÁLISE DO ISOLAMENTO PELO ESPECTRO DE IMPEDÂNCIA<br />O modelo é associado com o de motores de indução trifásico, dado a simplicidade de teste e sua similaridade, no esquema de isolação, envolvendo enrolamento do estator e carcaça, entre espiras do estator e entre espiras e rotor.<br />Modelo básico de uma <br />das fases do enrolamento do estator <br />
  22. 22. OS PADRÕES DE FALHA DO ISOLAMENTO PELO ESPECTRO DE IMPEDÂNCIA<br />A freqüência de ressonância (fres) se desloca para (fcut), quando o enrolamento sofreu alguma modificação <br />
  23. 23. MODELO PARA ANÁLISE DO ISOLAMENTO PELO ESPECTRO DE IMPEDÂNCIA<br />Outra situação é, por exemplo, o aumento de umidade no enrolamento do estator. <br />
  24. 24. MODELO PARA ANÁLISE DO ISOLAMENTO PELO ESPECTRO DE IMPEDÂNCIA<br />Outro fenômeno que modifica o dielétrico dos isolantes e assim sua capacidade de isolação é a ocorrência de infiltração (percolation) no enrolamento.<br />
  25. 25. MODELO PARA ANÁLISE DO ISOLAMENTO PELO ESPECTRO DE IMPEDÂNCIA<br />As situações em que os isolantes são constituídos de cerâmica e ocorre acúmulo de impurezas, essas após serem aquecidas se ionizam e oferecem um caminho alternativo para a corrente.<br />
  26. 26. PRIMEIROS TESTES DE VERIFICAÇÃO DO MODELO <br />
  27. 27. fres~98kHz<br />PRIMEIROS TESTES DE VERIFICAÇÃO DO MODELO <br />A resposta para o motor off-line em condição normal, ou seja, com os isolantes íntegros, à temperatura ambiente e livre de contaminantes ou infiltrações<br />
  28. 28. fres~94kHz<br />fres~98kHz<br />PRIMEIROS TESTES DE VERIFICAÇÃO DO MODELO <br />Outra simulação que justifica o modelo abordado é a ligação de um dos taps do indutor para massa. <br />
  29. 29. Conclusões<br /><ul><li>As avarias no isolamento dos enrolamentos do estator possuem diversas causas, como esforços térmicos, elétricos, ambientais e mecânicos que atuam nos materiais e componentes dos hidrogeradores, favorecendo o processo de degradação pela redução da resistência com o tempo;
  30. 30. A espectroscopia de impedância consiste em submeter a amostra a ser analisada a um campo elétrico alternado com freqüência variável e pequena amplitude. A amostra, por sua vez, responde com uma corrente alternada. Registra-se, então, um espectro de impedância em função da freqüência e desta informação infere-se os padrões de falha.</li></li></ul><li>Conclusões<br /><ul><li>A espectroscopia de impedância usa da variação da freqüência de ressonância que o sistema apresenta em função da perda da rigidez dielétrica causada por diferentes fatores;
  31. 31. O modelo para análise da deterioração do isolamento através do espectro de impedância se modifica para cada tipo de perturbação a que está sujeito o enrolamento do estator, como corte de espiras, infiltração, aquecimento e umidade;</li></li></ul><li>FIM<br />

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