Normalizacao em-testes-eletricos - vitek

18ª Seminário Brasileiro de Manutenção Preditiva e Inspeção de Equipamentos
Excelência Empresarial
São Paulo 20 e 21 de Junho de 2012
Eng. Pedro AS Alvares
Vitek Consultoria Ltda
Normalização em Testes Elétricos PdMA

XIX Encontro Vitek de Técnicas Preditivas
Belo Horizonte 08 e 09 de Maio de 2012
Eng. Pedro AS Alvares
Vitek Consultoria Ltda
Normalização em Testes Elétricos PdMA

INTRODUÇÃO

A execução da manutenção de estado em motores elétricos possui grande influência na continuidade operacional destes ativos, conservando sua disponibilidade, confiabilidade e planejamento de operação.

Os procedimentos devem estar alinhados às boas práticas de manutenção e acompanhamento preditivo baseados em parâmetros de avaliação recomendados por normas técnicas.

As aplicações PdMA através dos aparelhos da série Motor Circuit Evaluator, Emax, MCE e MCEmax, apresentam testes referenciados por normas internacionais de ampla aceitação.


EMAX para Teste Dinâmico – Motor em Serviço
MCE para Teste Estático – Motor Desligado
MCEMAX – Combinado (Dinâmico + Estático)
Módulos Especiais
No Hardware
Módulo 5kv – para motores de Alta Tensão
Análise de Corrente Elétrica por FFT
No software
Função Auto Análise: Normas IEEE e NEMA
Recomendações EASA
MCE, EMAX, MCEMAX
PdMA Corporation

Filosofia de Testes Zonas de Falha
Estator
Isolamento
Rotor
Entre Ferro
Qualidade da Alimentação
Circuito de Alimentação

IEEE – Institute of Electric & Electronic Engineering
NEMA – National Engineering Manufactures Association
EASA – Electrical Apparatus Service Association
Normalização e Função Auto Análise
Função Auto Análise do Software MCEGold permite que os resultados sejam automaticamente analisados por normas técnicas.

IEEE – Maior organização profissional do mundo dedicada ao avanço tecnológico e excelência para o benefício da sociedade. As norma IEEE são aprovadas pela ANSI nas áreas de amplificadores, antenas, circuitos, computadores, TV, conectores, cristais, dielétricos, diodos, geradores, veículos, para- raios, mísseis, motores, microfones, transformadores, transmissão e qualidade de energia, telemetria e muitos outros.

NEMA – É uma associação norteamerciana representante dos interesses dos fabricantes de produtos eletroindustriais utilizados na geração, transmissão, distribuição, controle e trabalho por energia elétrica. NEMA representa um fórum para padronização de equipamentos elétricos permitindo à sociedade garantia de eficiência, segurança e compatibilidade.

EASA – Associação para o Serviço de Aparelhos Elétricos é uma organização internacional cujo objetivo é indicar materiais, equipamentos e métodos atualizados para serviços, comercialização e reparos de motores, drives, controles e outros equipamentos eletromecânicos.

Testes Estáticos PdMA Testes Offline

Condição de Teste: Motor Desligado e Desenergizado
Testes
-Teste Padrão Offline
-Absorção e Polarização
-Tensão Escalonada
-Teste de Influência do Rotor - RIC

Testes Padrão Estático Parâmetros

Resistência ao Aterramento - RTG
Integridade do Isolamento
Segurança Operacional
Capacitância ao Aterramento – CTG
Capacidade de Armazenar Energia
Limpeza das bobinas, enrolamentos e cabos
Resistência Fase a Fase - Ohms
Conexões de alta resistencia no circuito
Indutância Fase a Fase – mili Henry
Qualidade do campo indutivo formado pelo Rotor, Estator e EF
Teste de Influência do Rotor – RIC
Mudança no campo magnético
Comportamento do Rotor, Estator e EF

Teste Padrão Inicial MCE Standard Test
Conexão simples nas ligações do motor

Testes Offline Teste Padrão Estático

Para que serve: revela os principais parâmetros de interesse eletromecânico do motor. Abrange completamente a Zona de Falha do Isolamento e apresenta a condição dos elementos do Campo Indutivo: Rotor, Estator e Entreferro.

Duração: Pelo procedimento normativo.

Tempo Total do Teste: 6 minutos aprox.

Referências:

Norma IEEE STD 2000 – 43

Norma NEMA MG 1 - 14.35

IEEE 43-1992 – Isolamento de Màquinas El. Rotativas

Melhores Práticas PdMA : Capacitância e Des. Indutivo


Para que serve: revela importantes parâmetros de interesse eletromecânico do motor. Abrange completamente a Zona de Falha do Isolamento e revela a qualidade e a condição dos elementos do Campo Indutivo: Rotor, Estator e Entreferro.

Duração: Pelo procedimento normativo um minuto para o RTG.

Tempo Total do Teste: 3 minutos aproximadamente,

Referências:

Norma IEEE STD 2000 – 43 “ Recommeded Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery”

Recomendações de Serviço EASA AR 100 – Rewind and Repair

NEMA MG1 - National Electrical Manufacturers Association - Motors and Generators

Resultados MCE Testes Padrão Estático
Parâmetros IEEE
Res. Aterramento Corrigida
IEEE STD 43 - 2000

TENSÕES DE TESTE IEEE Std 43-2000
Tensão Nominal nas Espiras (V)
Tensão Contínua Aplicada
(V)
<1000
500
1000 – 2500
500 – 1000
2501 – 5000
1000 – 2500
5001 – 12,000
2500 – 5000
>12,000
5000 – 10,000
IEEE 43-2000 Table 1
Aplicação de Tensão DC em Testes de Resistência de Isolamento

-
Medida em Mohms
-
Tensão DC / Tempo [segundos]
-
Referência IEEE STD 43-2000
-
Detemina se o motor se encontra apto e seguro para a operação
-
Segurança Operacional
-
Avalia Fuga de Corrente para a Terra
-
RTG varia com a temperatura e deve ser corrigido

Efeito da Temperatura no valor RTG

Temperatura é inversamente proporcional ao valor RTG. Aumento da Temperatura diminui valor RTG

10°C de aumento diminui a vida útil do isolamento em 50%

IEEE recomenda que uma correção da temperatura para 40°C deve ser aplicado
Resistance
(Mohms)
Temp
(°C)
100
50
50
40
30
20
10
Temperature Effect on
Insulation Resistance

Correção de Temperatura IEEE Standard 43-2000

Rc = Kt X Rt
onde:
Rc = resistencia de isolamento (em megaohms) corrigido a 40°C
Rt = resistencia de isolamento medida (em megaohms) a uma temperatura t
Kt = coeficiente de correção da temperatura a 40°C dado pela Norma

Resistência Corrigida - RTG

Resistência a Terra - Corrigida
-
Corrigida por Temperatura
-
Normalizado para
40 °C
-
Valor a ser Tendenciado

RTG : Limites Normativos IEEE Std 43 - 2000
IEEE 43-2000 Table 3
Resistencia do Isolamento
Especificação
IR1min = kV + 1
Bobinados construidos antes de 1970 e todos Enrolamentos de Campo DC, e outros não descritos abaixo
IR1min = 100
Maioria dos Motores AC fabricados após 1970, Bobinas Moldadas e Armadura DC
IR1min = 5
Maioria dos motores de enrolamento randomico e concentricos abaixo de 1 kv

Resistencia entre Fases
Desbalanceamento Resistivo
Electric Power Research Institute - EPRI
Recomendações
Electrical Apparatus Service Association

Resistência entre Fases

Medida em Ohms
Alta precisão
% Desequilibrio Resistivo
Indica
Conexões de Alta Resistencia
Curto entre Espiras
Curtos nas bobinas
Bobinas abertas
Componentes inadequados
Intervenção deficiente
i

EPRI
Desbalanceamento Resistivo
[ % ]
Condição
Recomendações EPRI
< 600 V
Monitorar motor mais frequentemente.
3 %
ATENÇÃO
Identificar e isolar causa. Procure circuitos e
> 600 V
conexões de alta resistência. Verifique o circuito
5 %
< 600 V
Verificar e corrigir conexões e circuito.
12 %
ALARME
Repare antes de voltar a serviço.
> 600 V
7 %
Segundo EPRI Desbalanceamento Resistivo > 3,5 % provoca
Acréscimo de 25 % na temperatura das bobinas

EASA
Segundo EASA Desbalanceamento de Tensão de 1 % resulta em Desbalanceamento de Corrente de 6 – 7 %
O Desbalanceamento de Tensão encontra-se diretamente relacionado ao Desbalanceamento Resistivo entre Fases.
Vimb= 2/3 (Rmax – Rmin) . FLA X 100
VL - 2/3 (Rmax – Rmin) . FLA

Desequilíbrio Resistivo Resultados PdMA
Acompanhamento da Tendencia do valor da resistencia entre fases
previne conexões de alta resistencia no circuito

Testes Padrão Estático Indutância e Campo Indutivo

Indutancia entre Fases
Medida en mili Henry- mH
Valor Altamente Sensitivo
relacionado ao rendimento do
motor.
Valor da Indutância Média para Tendencia
Valor da Desequilíbrio Indutivo para
Diagnóstico

Indutância e Campo Indutivo
Capacidade do enrolamento do estator induzir um campo eletromagnético indutivo no estator e, por conseguinte, gerar torque no eixo do rotor.
- Indutância Fase a Fase [mH]
- Desbalanceamento Indutivo [%]
-
Indutância Média [mH]
-
Formação do Campo Indutivo - RIC
- Depende do numero de espiras, seção, comprimento e permeabilidade magnética do ferro
L = (0.4 π N2 μA) X 10-8
l


Resultados PdMA Indutância
Campo Indutivo e Indutância
-
Medida em mili Henry - mH
-
Indutância Fase a Fase [pF]
-
Indutância Média [pF]
-
Desbalanceamento Indutivo [%]
-
Acompanhamento de Tendências

Testes Offline Indutância e Campo Indutivo

Indutancia entre Fases

Indica
-
Qualidade do Campo Indutivo
-
Corrente de Fuga
-
Problemas no Rotor, Estator e Entreferro
-
Intervenção Comprometida

Indutância e Campo Indutivo
-
Procedimentos de Teste:
-
IEEE 1415 – 2006 Guide for Induction Machinery Maintenance Testing and Failure Analysis - IEEE 1415 não recomenda valores absolutos de Alarme - A realização do Teste de RIC é sugerida para caracterização do Campo Indutivo
PdMA: O acompanhamento da Média Indutiva e do Desbalanceamento
Indutivo para diagnóstico.

Teste Offline do Campo Indutivo
Teste de Influência do Motor
RIC
IEEE 1415 - 2006

IEEE 1415 - 2006
Campo Indutivo Teste de Influência do Rotor (RIC)
Descrição do Campo Indutivo através da leitura da Indutância versus Ângulo de Posição do Rotor mH x (°)

Realizado manualmente através do giro do eixo

18 Leituras realizadas por uma das faces do polo

Revela a presença de anômalias no Rotor, Estator, e Entre Ferro

Resultados PdMA Teste de RIC
Rotor Saudável
Barras Quebradas
Estator Defeituoso
Entreferro Desigual
IEEE 1415 - 2006

Efeitos da Contaminação

Fatores que alteram o valor do isolamento

Corrente de Fuga Superficial é formada por óleo, carbono ou poeira na parte externa do enrolamento.

Poeira e sais nas superfícies isolantes, que são não condutoras, passam a conduzir quando exposta a óleo causando correntes de fuga.

Contaminação por estes ou outros elementos alteram o valor capacitivo do circuito.

Capacitância a Terra - CTG
- Avalia a limpeza no bobinado e no Circuito
-
Avalia a capacidade do motor em reter energia
PdMA: - Valor para ser tendenciado - Crescimento de CTG indica presença de contaminantes
-
Polarização poderá alterar Polarização

Capacitância a Terra – CTG Resultados PdMA

No motor avalia a contaminação nos enrolamentos e limpeza no circuito.

Indica a Capacidade de motor em reter energia.

Efeitos da Contaminação Umidade

A Resistência do Isolamento do motor irá reduzir com a presença de umidade ou óleo

Este efeito irá se agravar se houver contaminantes sólidos presentes.

Este efeito compromete a Polarização do Motor e altera sua capacidade de absorver as correntes de partida.

Testes Offline Indice de Polarização e Absorção Dielétrica
-Mede a habilidade do isolamento para polarizar-se.
-Busca degradação, ressequidade, humidade, ou contaminação do Isolamento do motor.

Índice de Polarização – IP Absorção Dielétrica - AD

Valores quantitavos e adimensionais retirados da leitura da Resistencia do Aterramento – RTG

IP = RTG 10 min / RTG 60 segs

IA = RTG 1 min / RTG 30 segs
Valores expressam a capacidade do motor em polarizar e a presença de contaminantes
Norma IEEE Std 43 – 2000 recomenda valores para IP

Índice de Polarização – IP Índice de Absorção Dielétrica - IA
Classe Térmica
IP Minimo
Classe A
1.5
Classe B, F e H
2.0

Recomendação Normativa IEEE Std 43 - 2000
Se RTG > 5.000 Mohms no primeiro minuto o IP pode não ser significativo

Índice de Polarização – IP Índice de Absorção Dielétrica - IA
Estado do Isolamento
Indice de Polarização
Índice de Absorção
Ruim
< 1
-
Questionável
1 < IP < 2
1 < IA < 1,25
Aceitável
1,25 < IA < 1,4
Bom
2 < IP <4
1 ,4 < IA < 1,6
Muito Bom
4 < IP
1,6 < IA
Recomendações Práticas EASA
Motores antigos com IP > 5 pode indicar
isolamento envelhecido ou ressecado
IA para motores de enrolamento randomico e IP para moldados

Testes Offline Indice de Polarização e Absorção Dielétrica Perfil de Polarização – IP
•
PdMA

Medida da Resistência a Terra
em períodos de tempo fixo e
apresentado por um gráfico RTG [MOhm]
versus Tempo [Min].

Revela a qualidade do isolamento
e seu possível conteúdo contaminante.
Contaminantes alteram IP

Recomendação EASA
Em grandes Motores AC com muito tempo de utilização, IP > 5 pode resultar de isolamento ressecado ou envelhecido..
Electrical Apparatus Service Association

Perfil de Polarização
Presença de Contaminantes ou de Umidade altera a qualidade
da resposta do motor, favorecendo a queda da resistência

Teste de Indice de Polarização
Valor final menor que 400 Mohm
Gráfico errático indicativo de humidade
e/ou contaminação

Testes Offline Teste de Tensão Escalonada Step Voltage Test

Prova da Rigidez Dielétrica do motor submetido a passos de tensão uniforme em períodos de tempo regulares.

Revela a Corrente de Fuga e a capacidade de trabalho do motor quando submetido a picos de tensão,

Teste de Tensão Escalonada Step Voltage Test

Utilizado como Prova de Aceitação de Motores Elétricos

Revela problemas no isolamento como:

Trincas e fissuras

Vazios

Contaminação

Resina não curada

Umidade

Delaminação
O teste é normalizado por IEEE P95 – Recommended Practice for
Insulation Testing of AC Electric Machinery with High Direct Voltage

Aplicação de tenção DC em passos de 125V desde 250V até 1.000V
Resultados mostram a
Corrente de Fuga e o
comportamento
Dielétrico do Motor
IEEE P95

Prova de Tensão Escalonada

Se aplica tensão ao isolamento de modo muito SEGURO

Teste Não Destrutivo

O Stress que recebe o isolamento é muitíssimo menor que um teste Hipot
IEEE P95

Prova de Tensão Escalonada
Resultado não Satisfatório

Resultado não Satisfatório

TESTES COM MCEmax
TESTES DINÂMICOS
Online

Resultados MCEMAX Testes Dinâmicos

Partida e Retomada

Comportamento da corrente e tensão na partida, retomada e serviço

Influência do Estator e do Rotor
Condição do Rotor
Análise de barras rotóricas
Ecentricidade
Demodulação em FFT
Presença de Sinais Mecânicos
Relação Tensão X Corrente
Distorção Harmônica Total
Qualidade da Alimentação

Resultados MCEMAX Testes Dinâmicos

Qualidade do Sinal

Fator de Crista

Distorção Harmônico Individual - NEMA

Qualidade da Alimentação e Reclassificação
Relações Tensão X Corrente
Demodulação em FFT
Presença de Sinais Mecânicos
Distorção Harmônica Total e Individual
Qualidade da Alimentação

Testes Online Teste da Alimentação

Para que serve: revela os principais parâmetros dinâmicos do motor em serviço e com carga. Através dos valores medidos de Tensão e Corrente, e dos dados de projeto cadastrado, revela a real eficiência, potência e, por processamento, a assinatura da corrente elétrica. Abrange as áreas da Qualidade da Alimentação e o estado de funciomento do Rotor, Estator e Entreferro.

Condição: Carga > 70% FLA

Duração: 4 segundos de captura do sinal

60 segundos de demodulação

Referências:

Norma NEMA MG 1 - 14.35

IEEE Std 519-1992 – Harmonic Control

Qualidade da Alimentação

Qualidade da Alimentação = Qualidade da Tensão

Qualidade da Tensão afeta a performance do Motor

Desbalanceamento de Tensão Fase a Fase

NEMA MG-1 Recommendations

1% Desbal. Tensão = 6-7% Desbal. Corrente

Tensão de Alimentação vs. Tensão de Placa

Baixa vs. Alta

Harmonicas

IEEE Voltage Distortion Limits

NEMA MG-1 Recommendations

Teste de Alimentação PdMA Resultados
Fund RMSTot RMSC.FTHDkWkVarkVAPfVoltage 1-2376.49472.931.5728.14Phase 193.32162.95187.780.82Voltage 2-3355.05436.951.6627.68Phase 266.57162.82175.910.58Voltage 1-3343.07442.511.6430.85Phase 351.96112.43123.850.76Average358.20450.80Total211.85438.20487.540.72% Imbalance5.114.91HVF0.04Power Sequence211.85202.58293.120.72%NEMA Derating74.70%NEMADerating98.42EfficiencyVoltage 1212.89319.991.6851.40Voltage 2222.05320.671.5548.01Efficiency95.72Voltage 3185.03309.061.7065.15HP Output271.98Average206.66316.58kW Output202.78% Imbalance10.462.37Torque Output1595.54CurrentSequenceCurrent 1537.50586.831.9918.24PositiveNegativeZeroCurrent 2513.28548.551.9315.41Volt Phase-Phase357.9319.700.00Current 3367.46400.741.7420.28Volt Phase-Neutral206.6511.3711.04Average472.75512.04Current467.90100.990.20% Imbalance22.2721.74% FLA78.6685.20SelfAngleMutualAngleImpedanceZero0.4443.300.45282.62Positive0.07265.250.1047.74RealMagnitudeAngleNegative0.0111.820.04126.72Phase 10.320.4035.36Phase 20.250.4354.26Phase ConfigurationLine to Neutral 120 DegreePhase 30.380.5040.16Phase RotationClockwise% Imbalance21.08
Presença de Cargas Não Lineares: FVD

Teste de Alimentação PdMA Página de Resultados - Results
Tensão Fase a Fase
Corrente Fase a Fase
Tensão Média
Desbalanceamento Tensão
Tensão Fase Neutro
Impedância Fase a Fase
Média
Desbalanceamento
% Corrente Plena Carga
Desbalanceamento

TESTE PADRÃO DINÂMICO Página de Resultados - Results
Fator de Crista
Conteúdo Harmônico Total - IEEE
Potência
Fatores de Potência
Eficiência e Torque

Limites de Tensão THD

IEEE Std 519-1992
Nota: Sistema Geral, Harmônica Individual : Limite < 3%
Aplicações
Especiais
Sistemas
Gerais
Sistemas
Dedicados
Tensão
THD
3%
5%
10%
Profundidade de Fenda
10%
20%
50%

Harmonic Voltage Factor (HVF) NEMA MG-1

Reclassificação de Potência de Motores relacionado ao Desbalanceamento de Tensão

Harmônicas de Sequencias Negativas produz rotação do fluxo magnético oposto à operação do motor.

Reclassificação não se aplica a Inversores de Frequencia.

Interpretações Analíticas Assinatura da Corrente Elétrica CSA

Estudo analítico das componentes de frequencia contidas no sinal da Corrente Elétrica, com a finalidade de identificar possíveis anomalias no seu interior.
-120-100-80-60-40-2004647484950515253545556575859606162636465666768697071727374Amplitude (dB) Frequency (Hz) Low Res Spectrum (dB) -- 2A PULV SEAL AIR FAN 07/15/2002 02:04:57 PMI 1I 2I 3x

Teste Online – CSA Estado do Rotor Assinatura da Corrente Elétrica - CSA Barras Quebradas

Teste Online – CSA Estado do Rotor X

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