descargas parciais - apostila curso v5

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Apostila do Curso

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Verso: 5 Junho 2012

Monitoramento PDA POLUX v5 2

ndice Pgina 1 Introduo ................................................................................................................... 5 2 Monitoramento On-Line .............................................................................................. 6

2.1 Tipos de Manuteno ........................................................................................................ 6 2.2 Vantagens do Monitoramento On-Line .............................................................................. 8 2.3 O que so Descargas Parciais? ......................................................................................... 9

3 Enrolamentos Estatricos ......................................................................................... 11 3.1 Tipos de Enrolamentos Estatricos ................................................................................. 11 3.2 Tipos de Isolaes ........................................................................................................... 12 3.2.1 Isolao dos Condutores Individuais (Strand) .................................................................. 12 3.2.2 Isolao das Espiras (Turn) ............................................................................................. 13 3.2.3 Isolao Externa (Groundwall) ......................................................................................... 13 3.3 Processos de Fabricao das Bobinas ............................................................................ 14 3.3.1 Impregnao Vcuo Individual (VPI) ............................................................................. 14 3.3.2 Impregnao Global Vcuo (Global VPI) ...................................................................... 14 3.3.3 Fitas com Resinas (B-stage ou Resin-rich) ...................................................................... 15 3.3.4 Enrolamentos Selados ..................................................................................................... 16 3.4 Coberturas de Superfcie ................................................................................................. 16 3.4.1 Cobertura Semicondutora ................................................................................................ 16 3.4.2 Interface de Alvio de Tenso (ou Luva Anti-Corona) ....................................................... 16

4 Causas das Falhas nos Enrolamentos Estatricos .................................................. 18 4.1 Impregnao Inadequada Fabricao ......................................................................... 18 4.2 Descargas na Ranhura Fabricao ............................................................................. 19 4.2.1 Falhas na Cobertura Semicondutora ............................................................................... 19 4.2.2 Enrolamento Solto ........................................................................................................... 20 4.3 Centelhamento por Vibrao Fabricao .................................................................... 20 4.4 Deteriorao da Interface de Alvio de Tenso Fabricao ......................................... 21 4.5 Espaamento Inadequado Instalao ......................................................................... 22 4.6 Vibrao das Cabeas das Bobinas Instalao ........................................................... 22 4.7 Conexes Eltricas Pobres Instalao ........................................................................ 23 4.8 Transporte e Montagem Instalao ............................................................................. 24 4.9 Surtos ou Partidas Excessivas Operao .................................................................... 24 4.10 Deteriorao Trmica Operao ................................................................................. 24 4.11 Ciclos de Carga Operao .......................................................................................... 25 4.12 Contaminao dos Enrolamentos Operao ............................................................... 26 4.13 Resumo das Causas das Falhas nos Enrolamentos Estatricos ..................................... 27

5 Teoria Bsica sobre Descargas Parciais .................................................................. 28 5.1 PD como um Sintoma ...................................................................................................... 28 5.2 Corona ou Descargas Parciais ........................................................................................ 28 5.3 Formao de Vazios na Isolao ..................................................................................... 28 5.4 Fsica das PD .................................................................................................................. 29 5.5 Propagao dos Pulsos PD ............................................................................................. 30 5.5.1 Transmisso .................................................................................................................... 30 5.5.2 Acoplamento Capacitivo .................................................................................................. 30 5.5.3 Radiao ......................................................................................................................... 31 5.6 Polaridade dos Pulsos PD ............................................................................................... 31 5.6.1 Vazios dentro da Isolao ................................................................................................ 31 5.6.2 Vazios prximos aos Condutores de Cobre ..................................................................... 32 5.6.3 Vazios prximos ao Ncleo ............................................................................................. 32 5.6.4 Descargas entre Fases .................................................................................................... 32

6 A Medio das Descargas Parciais .......................................................................... 33 6.1 Sensor Acopladores Capacitivos 80 pF ........................................................................ 33 6.1.1 Acoplador Capacitivo ....................................................................................................... 33 6.1.2 Caixa Terminal ................................................................................................................ 34 6.1.3 Kit de Montagem dos Acopladores .................................................................................. 34


6.1.4 Cabos Coaxiais ............................................................................................................... 35 6.2 Sensor Acopladores de Ranhura .................................................................................. 35 6.3 Sensor Cabos 80 pF ..................................................................................................... 35 6.4 Sensor Transformador de Corrente de Rdio Freqncia ............................................. 36 6.5 Separao de Rudos ...................................................................................................... 36 6.5.1 Freqncia ...................................................................................................................... 37 6.5.2 Diferena de Impedncia ................................................................................................. 37 6.5.3 Tempo de Vo PDA ou Diferencial .................................................................................. 37 6.5.4 Tempo de Vo PDA Direcional ........................................................................................ 39 6.5.5 Tempo de Vo Direcional ou BUS Double-Ended ............................................................ 39 6.5.6 Tempo de Vo Direcional ou BUS Single-Ended ............................................................. 40 6.6 Equipamentos de Medio PD ........................................................................................ 40 6.6.1 Equipamentos Portteis de Medio Peridica ................................................................ 40 6.6.2 Equipamentos TRACII e GUARDII de Medio Contnua ................................................ 41 6.6.3 Aplicaes dos Equipamentos de Medio PD ................................................................ 41

7 Os Dados PD ............................................................................................................ 43 7.1 Grfico de Altura do Pulso (2-D) ...................................................................................... 43 7.2 Variveis Sumrias NQN .............................................................................................. 44 7.3 Variveis Sumrias Qm ................................................................................................ 45 7.4 Grfico de Densidade Linear (2-D) .................................................................................. 46 7.5 Grfico de Fase do Pulso (3-D) ....................................................................................... 46 7.6 Grfico Polar da Densidade de Pulsos ............................................................................ 47 7.7 Comparaes entre Fases ............................................................................................... 47 7.8 Distribuio dos Pulsos ................................................................................................... 47 7.9 Pulsos Clssicos e No-Clssicos ................................................................................... 47 7.9.1 Pulsos Interfases (ou Fase-Fase) .................................................................................... 48 7.9.2 Pulsos 0o e 180o ............................................................................................................. 48 7.9.3 Pulsos 90o e 270o ........................................................................................................... 48 7.9.4 Pulsos por Acoplamento Capacitivo ................................................................................ 48 7.10 Resumo da Distribuio dos Pulsos ................................................................................ 49

8 A Anlise PD ............................................................................................................ 50 8.1 Anlise do Comportamento da Tendncia ....................................................................... 50 8.2 Efeitos da Carga .............................................................................................................. 52 8.3 Efeitos da Temperatura ................................................................................................... 52 8.4 Efeitos da Presso de Hidrognio .................................................................................... 53 8.5 Efeitos da Umidade ......................................................................................................... 54 8.6 Comparao com o Banco de Dados IRIS ...................................................................... 54 8.7 Diagrama de Blocos de Anlise PD ................................................................................. 55

9 Testes Off-Line ......................................................................................................... 58 9.1 Testes PD Off-Line .......................................................................................................... 58 9.1.1 Introduo ....................................................................................................................... 58 9.1.2 Testes Off-line com Neutro Acessvel .............................................................................. 59 9.1.3 Testes Off-line sem Neutro Acessvel .............................................................................. 60 9.1.4 Testes Off-line em Baixa Frequncia ............................................................................... 61 9.2 Outros Testes Off-Line .................................................................................................... 61 9.2.1 Resistncia de isolao ou Rigidez Dieltrica .................................................................. 61 9.2.2 Teste de Hipot (ou de Suportabilidade) ............................................................................ 63 9.2.3 Teste de Fator de Potncia (ou Tangente Delta) ............................................................. 64 9.2.4 Antena TVA (Corona Probe) ............................................................................................ 65

10 Descargas Parciais em Outros Equipamentos ......................................................... 67 10.1 PD em Seccionadoras ..................................................................................................... 67 10.2 PD em Transformadores a Seco ...................................................................................... 68 10.3 PD em Transformadores a leo e Cabos ........................................................................ 68

11 Adendo Uma Pequena Anlise Econmico-Financeira ......................................... 70 11.1 Caso Real Turbogerador .............................................................................................. 70


11.2 Caso Real Motor ........................................................................................................... 72 11.3 Comentrios .................................................................................................................... 74

12 Bibliografia e Referncias ......................................................................................... 76


1 Introduo Bem-vindo ao Curso Monitoramento de Descargas Parciais, apresentado pela POLUX Tecnologia em Equipamentos Ltda. Esperamos que o curso atenda suas expectativas, possibilitando-lhe um melhor conhecimento sobre o fenmeno das descargas parciais, sua medio e interpretao, e o melhor modo para implementar uma soluo adequada de manuteno preditiva em suas grandes mquinas girantes, sejam motores, hidrogeradores ou turbogeradores.

Todos os itens discutidos nessa apostila so uma extenso da apresentao passada durante o curso, incluindo fotos, desenhos, planilhas e outros. Esto inclusos diversos outros documentos, como estudo de retorno de investimento e catlogos.

Note que existe uma grande variedade de tcnicas de monitoramento das descargas parciais. Essa apostila somente foca os mtodos utilizados e fabricados pela IRIS Power LP. Para mais informaes sobre outros mtodos, por favor, consulte as normas IEEE 1434 Guide to the Measurement of Partial Discharges in Rotating Machinery e IEC 60034-27-2 On-line partial discharge measurements on the stator winding insulation of rotating electrical machines.

Esperamos que o contedo do curso seja de enorme valia no auxlio para a implementao do monitoramento de descargas parciais como sua ferramenta de Manuteno Preditiva ou Manuteno Baseada nas Condies da Mquina (ou Condition-Based Maintenance CBM) para os enrolamentos estatricos de suas mquinas.

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2 Monitoramento On-Line No momento atual, a desregulamentao, a competio e a busca incessante pelo lucro esto levando necessidade de prticas incrementadas de negcio em todos os nveis dentro da indstria, seja ela na de gerao de energia ou na produo industrial. Entretanto, paradas no planejadas, inabilidade de se adequar ou atingir a demanda do mercado, incidncias de segurana e de meio ambiente todos so srios problemas que ocorrem devidos a falta de confiabilidade e falhas de equipamentos. A grande maioria dos problemas cai sempre no mesmo ciclo:

O resultado dessas ocorrncias sempre um redemoinho de eroso do lucro e custos fora de controle. Muitas companhias ainda esto enterradas nesse ciclo porque no possuem sistemas de informao que permitam acesso efetivo ao estado geral de seus equipamentos e mquinas. Perde-se assim a habilidade de criar estratgias que permitam o conhecimento da capacidade de utilizao das mquinas, de evitar falhas e de maximizar o lucro. Apesar de existir sempre uma quantidade enorme de atividades de manuteno, os incrementos na capacidade de utilizao e confiabilidade das mquinas nunca sero atingidos sem um novo tipo de manuteno, denominada preditiva.

A implementao de um projeto bem estruturado de incremento da confiabilidade atravs da manuteno preditiva alcana resultados rpidos. O problema muito comumente levantado em qualquer organizao - Ns no temos os recursos necessrios para implementar um projeto de aumento da confiabilidade de nossas mquinas - deve ser revisto. Normalmente, a natureza dos investidores focar a ateno em coisas mais palpveis. Implementado inicialmente em reas de alto risco, como por exemplo, nos mancais e enrolamentos estatricos das mquinas rotativas de alta tenso, o retorno acontece em menos de um ano. Estudos demonstram que em menos de trs anos, a otimizao dos investimentos em confiabilidade mostra retorno de cinco a doze vezes o investimento no projeto, e a alocao dos recursos necessrios simplesmente se torna parte necessria da soluo.

Atravs da anlise de milhares de resultados, o IEEE Instituto de Engenheiros Eltricos e Eletrnicos concluiu que problemas em grandes mquinas rotativas esto relacionados com:

50% das falhas problemas em mancais, vibrao, etc. (Mecnicas) 40% das falhas problemas nos enrolamentos estatricos (Eltricas) 10% das falhas problemas no rotor, ou plos (Eltricas) E a entram os tipos de manuteno hoje efetuados. 2.1 Tipos de Manuteno Ainda hoje, muitas empresas utilizam o tipo mais bsico de manuteno, no somente para sistemas banais como iluminao, etc., mas para sistemas mais complexos como grandes mquinas rotativas em alta tenso.

Esse procedimento consiste simplesmente em operar o sistema ou mquina at a falha. Depois de constatada a falha, efetua-se a reparo e/ou manuteno, e o processo se inicia novamente. comumente chamado de Manuteno Corretiva. Sem dvida, o modo mais

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incorreto de se efetuar manuteno, pois podem ocorrer altssimos custos inesperados em funo de grandes danos e perda de produo, com conseqente prejuzo financeiro.

Outro tipo de manuteno, mais avanado que o anterior, mas que ainda gera muitos riscos, a Manuteno Preventiva. Tambm conhecida como manuteno baseada no calendrio, ou sua derivada, a manuteno baseada nos resultados de inspeo. Diferentemente da anterior, a equipe de manuteno da planta possui uma programao de parada e, durante essa parada, efetua uma inspeo visual e vrios tipos de testes que se supem necessrios para se obter uma idia do estado que se encontra o equipamento ou mquina naquele momento.

Apesar de largamente utilizado e apresentar alguns resultados teis, esse tipo de manuteno efetuado muitas vezes desnecessariamente, custoso, consome muito tempo, apresenta uma eficincia muito baixa e totalmente incapaz de apresentar um perfil correto do estado do equipamento. Pior que isso, geralmente o pessoal de manuteno assume como verdade absoluta a condio em que o equipamento se encontra conforme indicado por testes off-line (com a mquina parada). Adicionalmente, existe sempre o perigo de se adicionar problemas na mquina quando se executam testes off-line (montagem e desmontagem de partes/peas, aplicao de altas tenses, etc.).

No caso de grandes mquinas rotativas de alta tenso, como motores e geradores, as condies encontradas em testes off-line no so as mesmas que ocorrem quando a mquina est em operao nominal. Nos testes off-line a condio esttica; ao passo que, nas mquinas rotativas as condies so dinmicas, e isso faz toda a diferena. E justamente por possuir apenas resultados de testes off-line, no conclusivos sobre as reais condies da mquina e dos diversos estresses agindo sobre a mesma, que, mesmo assim, muitas mquinas falham entre paradas de manuteno.

Com os avanos da instrumentao e da computao, um novo tipo de manuteno foi desenvolvido e est sendo cada vez mais aplicado na indstria em geral. Trata-se da Manuteno Preditiva, ou tambm conhecida como Manuteno Baseada nas Condies da Mquina (CBM, do ingls Condition Based Maintenance).

O principal objetivo da Manuteno Preditiva eliminar manutenes de rotina e permitir ao usurio trabalhar no equipamento somente quando um sistema de monitoramento indicar que tal servio est sendo necessrio.

Sua principal ferramenta a adoo do monitoramento on-line atravs de instrumentao digital, que efetua leituras dinmicas do comportamento e desempenho, permitindo anlise das condies reais da mquina. Nessa condio, os parmetros monitorados so mostrados como tendncia no tempo para predizer quando parar a mquina, permitindo tempo para planejar os procedimentos de manuteno e efetuar a manuteno somente quando e onde for necessrio. Em resumo:

Assim, dependendo das condies fornecidas pelos dados obtidos, as aes de manuteno podem ser de vrios tipos, como por exemplo: parar para executar outros testes, priorizar a parada, subutilizar a mquina, definir uma mquina reserva, contratar mo de obra especializada, adquirir materiais necessrios para reparo, ou mesmo, no parar a mquina (continuar monitorando).

Em resumo, o monitoramento permite executar os 3 Certos da manuteno:

Manuteno Certa na mquina Certa no tempo Certo


2.2 Vantagens do Monitoramento On-Line Apesar de muitas vezes as vantagens no serem palpveis ou facilmente medidas e/ou contabilizadas, diversos casos comprovam que o Monitoramento On-Line colabora na diminuio dos custos, no aumento da eficincia da manuteno e na disponibilidade das mquinas, pois permite e/ou fornece:

Deteco dos indcios de problemas para correo a tempo com custo mnimo Informaes que possibilitam ajuste fino das partes mecnicas e desempenho otimizado

de modo a minimizar estresse e evitar envelhecimento prematuro

Verificao dos efeitos de qualquer trabalho ou ajuste mecnico e diminuio do tempo e esforo para alcanar tolerncias requeridas

Diagnsticos rpidos e precisos da mquina Determinao das prioridades na manuteno e limpeza Aumento da segurana Deteco das reas com probabilidade de falhas, sejam elas de natureza mecnica,

eltrica ou inclusive de pessoal de manuteno

Aumento das habilidades de operao e manuteno do pessoal Condies de se verificar com antecedncia problemas em desenvolvimento na mquina,

permitindo planejamento da manuteno em longo prazo de modo a minimizar riscos de parada no prevista

Postergar ou cancelar uma parada programada desnecessria Planejamento eficientemente de uma parada programada (eliminar testes

desnecessrios, comprar antecipadamente somente materiais necessrios, distribuir adequadamente os recursos humanos, minimizando necessidade de horas extras, etc.) o planejamento eficiente diminui o perodo da parada programada

Informaes verdadeiras sobre condies da mquina, permitindo decidir se necessrio parar a unidade para inspeo em casos onde outros equipamentos de proteo sinalizam um problema

Aumento da capacidade de produo atravs do monitoramento da sobrecarga da mquina

Melhor conhecimento tcnico permitindo operar mquinas crticas com mais segurana e confiana

Extenso da vida til de mquinas antigas, postergando repotenciao ou reforma muitas vezes desnecessria e inoportuna

Dados tcnicos e econmicos que permitem negociar menores prmios de seguro Anlise do comportamento dos componentes, evitando inclusive excesso de partes e

peas de reserva

Informaes para se obter vantagem total da garantia, em mquinas novas ou em mquinas repotenciadas/reformadas, atravs da verificao das tolerncias

Eliminao de paradas peridicas para medies estticas Preveno de gastos de milhes de US$, atravs de alarme na ocorrncia de parmetros

crticos

Como exemplo mais prtico, citamos abaixo os resultados de uma pesquisa multi-industrial (includas a diversas concessionrias de energia, pblicas e privadas) efetuada pelo Engo Pat March, Engenheiro Mecnico do TVA (Tennessee Valley Authority Engineering Laboratory), e publicada pelo EPRI. Essa pesquisa apresenta os seguintes benefcios


obtidos pelo uso de sistemas de monitoramento on-line como ferramenta da Manuteno Preditiva:

Custos de manuteno Reduo de 50 a 80 % Danos nos equipamentos Reduo de 50 a 60 % Inventrio de sobressalentes Reduo de 20 a 30 % Tempo de retirada de operao Reduo de 50 a 80 % Despesas de horas- extras Reduo de 20 a 50 % Vida til da mquina Aumento de 20 a 40 % Produtividade total Aumento de 20 a 30 % Lucro Aumento de 25 a 60 % Em resumo, a relao custo x benefcio relativa ao investimento em sistemas de monitoramento pode ser resumida na figura abaixo:

Em apenas 2 horas, ns salvamos US$ 480.000. Essa citao foi feita pelo Eng. Judson Alward da Duke Power Company, EUA, em 1992, ao constatar, atravs do monitoramento de temperatura e vibrao, srios problemas se desenvolvendo nos mancais de algumas de suas mquinas durante condies operacionais nominais.

E onde aplicar o monitoramento on-line em uma mquina rotativa?

Temperatura sobreaquecimento Vibrao mancais e eixos Entreferro alinhamento e circularidade Fluxo Magntico isolao dos enrolamentos polares Descargas Parciais isolao do enrolamento estatrico 2.3 O que so Descargas Parciais? Descargas Parciais so pequenos arcos ou fagulhas eltricas que ocorrem em cavidades preenchidas de ar dentro ou adjacentes isolao eltrica de alta tenso. Elas so chamadas Parciais uma vez que no h uma ruptura completa (que seria uma descarga total, ou curto-circuito), e ocorrem porque a rigidez dieltrica do ar (3 kV/ mm) menor que a isolao slida (~300 kV/mm) que compe a isolao dos enrolamentos estatricos.

As PD (do ingls Partial Discharge) criam pequenos pulsos de tenso em alta freqncia que trafegam pelos enrolamentos, que podem ser medidos e analisados por um sistema de monitoramento PD.

Alm do fator dieltrico, as descargas parciais so tambm o resultado de danos causados por outras foras atuando nos enrolamentos do estator, sejam elas de caractersticas trmicas, mecnicas, eletromagnticas, qumicas ou mesmo do meio ambiente.


O desenvolvimento progressivo de atividades de descargas parciais o maior sintoma da deteriorao da isolao. As descargas tambm contribuem para o envelhecimento do sistema dieltrico da mquina pela eroso do sistema de isolao.

importante ter em mente que a falha da isolao (curto-circuito) no previsvel, pois diversos fatores esto em jogo. O monitoramento PD, atuando como um alarme antecipado, permite acompanhar a degradao da isolao ao longo do tempo, dando subsdios para a melhor tomada de deciso.

Lembre-se que o importante detectar um mecanismo de falha em andamento e o quo ruim e urgente o problema . Por sorte, uma vez que a maioria das isolaes aplicadas em mquinas rotativas acima de 2300 V possui um material de excelente resistncia s descargas, chamado mica, a degradao da isolao geralmente lenta. Por causa desse relativamente lento processo de envelhecimento e considerando que 40% das falhas relatadas em motores e geradores so devidas aos enrolamentos do estator, que o monitoramento PD faz sentido.

As descargas parciais ocorrem antes da falha em mquinas de alta tenso, ou seja, o monitoramento PD a essncia da Manuteno Preditiva aplicada aos enrolamentos estatricos. Mas, quanto tempo antes da falha? O tempo estimado de alto risco de falha na isolao proporcional tenso do estator, e dado por:

Mquinas >18 kV ~ 10 anos de aviso antecipado Entre 11 e 13,8 kV ~ 5 anos de aviso antecipado Entre 6,9 e 8 kV ~ 2-3 anos de aviso antecipado Entre 3,3 e 4 kV ~ poucos meses de aviso antecipado O monitoramento PD funciona para motores de induo e sncronos, permite distinguir entre os diversos processos de falha e permite analisar a tendncia do comportamento das atividades PD no tempo para fornecer um aviso antecipado de problemas em desenvolvimento.

O monitoramento PD verstil no sentido de que pode detectar atividades de descargas parciais no somente em motores e geradores, mas tambm em transformadores a seco e seccionadoras. Entretanto, em funo de diversos fatores (como nvel e tipo de isolao e de tenso), no possvel monitorar PD em cabos e transformadores a leo.

Uma questo sempre colocada refere-se qual a menor tenso de mquina na qual se pode utilizar monitoramento PD. Em resposta, qualquer sistema de Anlise de Descargas Parciais (PDA) pode detectar atividades at o gatilho terico de aparecimento de PD como dado pela Lei de Paschen (isto , por volta de 300 V para o ar, em presso atmosfrica de 1bar, na temperatura ambiente).

Na prtica, o sistema normalmente utilizado em equipamentos de 3,3 kV e acima, embora problemas de isolamento no estator relativos PD tm sido reportados em mquinas de 2 kV. A menor tenso para aplicao do sistema PDA pode ser selecionada pelo usurio dependendo da importncia de uma mquina em particular e a experincia e/ou confiana no isolamento do estator naquela tenso.


3 Enrolamentos Estatricos Um gerador ou motor composto de dois componentes principais, o estator e rotor. O rotor um campo magntico rotativo e o estator um conjunto de condutores, ou enrolamentos, fixos por um ncleo. Os enrolamentos fornecem um caminho para os eltrons, enquanto que o ncleo foca o campo magntico, fixa os enrolamentos e dissipa calor. Uma vez que a diferena de tenso entre os enrolamentos e o ncleo aterrado pode chegar a alguns milhares de volts, necessrio separar ambas as superfcies por um material isolante. Esse material isolante, embora extremamente necessrio na isolao, suporte e transferncia de calor, no tem nenhuma funo na produo de eletricidade ou torque em si. A isolao, embora confivel por princpio, tambm a parte mais fraca e a que envelhece mais rpido, por ao dos mais diversos estresses que esto presentes em uma mquina em condies operacionais. 3.1 Tipos de Enrolamentos Estatricos A principal funo do enrolamento estatrico fornecer um caminho para as correntes induzidas pelo campo magntico rotativo (rotor). O tipo do enrolamento depende da potncia, fator de potncia e facilidade de fabricao, instalao e reparo. Geralmente mquinas de tenso abaixo de 2300 V so enroladas aleatoriamente com fios de cobre isolado, enquanto que mquinas maiores que 2300 V so montadas com enrolamentos pr-formados. Somente este ltimo tipo ser discutido nessa apostila

Normalmente, em mquinas cujo ncleo muito longo ou com pequeno dimetro, onde a montagem com bobinas completas difcil, utilizam-se barras em duas sees denominadas meia bobinas ou barras Roebel. Geralmente so identificadas por sua posio relativa dentro do ncleo como barra superior ou barra inferior.

Essa montagem mais simples, pois as barras so inseridas nas ranhuras e depois conectadas outra metade, formando a bobina completa. A barra formada por condutores de cobre isolados individualmente (strands), que so torcidos para a montagem do efeito Roebel, e esse conjunto coberto por uma isolao externa (groundwall).

(O efeito Roebel no ser detalhado nessa apostila, porm um tipo de montagem que faz a rotao dos condutores internos dentro da barra permitindo melhor distribuio das correntes pelo efeito de superfcie (ou de Kelvin) e dissipao de calor.)

J as bobinas de mltiplas espiras, ou do tipo diamante, so formadas por grupos de condutores de cobre isolados individualmente (strands), montados em conjuntos tambm isolados denominados espiras (turn). Esses conjuntos so ento montados de modo a formar a bobina em formato de diamante e isolados externamente (groundwall).

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3.2 Tipos de Isolaes Como informado acima, existem trs tipos de isolaes em um enrolamento estatrico: a isolao individual do condutor de cobre (strand), a isolao de um grupo de condutores formando uma espira (turn), e a isolao externa da bobina ou barra (groundwall). Em bobinas de mltiplas espiras encontramos os trs tipos de isolao, enquanto que em barras, por no existirem espiras, somente encontramos as isolaes strand e groundwall.

Barra Roebel ou Meia Bobina

Bobina de Mltiplas Espiras

A funo primria da isolao separar o condutor de cobre em alta tenso do ncleo estatrico aterrado. Os materiais mais comuns de isolao so o vidro, papel e flocos de mica. Todos possuem excelentes propriedades de isolao eltrica; entretanto possuem pssimas propriedades mecnicas. Tanto o vidro quanto a mica tendem a rachar ou esfarelar quando sujeitos vibrao de 120 Hz (2 harmnica) presente em um gerador. Para diminuir esse estresse mecnico, os fabricantes utilizam a impregnao da barra ou bobina com fitas ou tintas de compostos orgnicos. Os compostos utilizados mais comuns so asfalto, polister e epxi. O tipo de isolante existente em uma mquina depende do fabricante e do ano de fabricao. 3.2.1 Isolao dos Condutores Individuais (Strand) Um conjunto de pequenos condutores de cobre possui uma rea maior que uma barra slida de cobre, podendo assim conduzir mais corrente atravs do efeito de superfcie (skin effect). Dividindo um condutor slido em vrios condutores menores, a eficincia do gerador aumentada em alguns por centos. O propsito da isolao strand isolar esses pequenos condutores de cobre individualmente para a formao de um conjunto denominado espira.

Isolao da espira (8 condutores por espira) Construo

tipo tijolo

Isolao dos condutores de cobre

Condutores de cobre

Construo de condutores

iguais Isolao externa

Isolao externa

Isolao dos condutores de cobre

Condutores de cobre

Transposio Roebel


A tenso entre os condutores de cobre dentro de uma barra ou bobina menor que 1 V. A falha entre a isolao dos condutores individuais geralmente no apresenta maiores problemas, pois apenas aumenta as perdas pelo fluxo magntico. Entretanto, se houver centelhamento, pode levar ao dano completo da barra/bobina.

Os materiais utilizados para isolao dos condutores individuais dependem do fabricante e do ano de fabricao. Antes dos anos 60 utilizavam-se vernizes, enamel e compostos de algodo. Atualmente so utilizados folhas de mica, vidro, poliamida, dacron, e outros. 3.2.2 Isolao das Espiras (Turn) Uma vez que barras no possuem espiras, esse tipo de isolao no est presente. Apenas bobinas de mltiplas espiras possuem esse tipo de isolao, que varia de acordo com as especificaes dos enrolamentos e do fabricante.

O propsito dessa isolao prevenir contra altas correntes induzidas entre espiras. A tenso induzida entre espiras depende do projeto da mquina. calculada em funo da tenso fase-neutro, do nmero de bobinas em srie em um paralelo, e do nmero de espiras numa bobina. Tipicamente, a tenso atravs da isolao turn da ordem de 10 a 300 V por espira.

Por exemplo, se uma mquina possui tenso 13,8 kV fase-fase com 21 bobinas por paralelo e 3 espiras por bobina, o seguinte clculo aplicado:

Tenso fase-neutro = 13800 / 3 = 7967 V

Tenso por bobina = tenso fase-neutro / no de bobinas = 7967 / 21 = 379 V/bobina

Tenso por espira = tenso por bobina / no de espiras = 379 V / 3 espiras = 126 V/espira

Se a isolao turn falhar, haver uma enorme quantidade de corrente circulando dentro da bobina. Isso causado pela exposio de um circuito completo ao forte campo magntico, permitindo que uma alta corrente circule atravs das espiras em curto. Isso resulta em um forte estresse trmico na regio que pode danificar a isolao externa (groundwall) e levar a um curto-circuito. O tempo de falha desconhecido, porm pode ser de alguns poucos segundos, dependendo da impedncia da falha.

Os materiais utilizados para isolao das espiras so geralmente compostos de algodo (mquinas mais antigas) e folhas de mica, vidro e dacron. 3.2.3 Isolao Externa (Groundwall) O propsito da isolao externa prevenir contra curtos entre os condutores de cobre em alta tenso e o ncleo aterrado. A espessura da isolao externa dependente exclusivamente da tenso da mquina e do estresse volts/mm definido pelo fabricante. Por exemplo, para uma mquina 13,8 kV, a tenso fase-neutro ser de 7.967 V. Se o fabricante definiu o estresse como 2,5 kV/mm, ento a espessura da isolao ser de 3 mm. Quanto mais grossa a isolao, menos cobre e maior estresse trmico. Quanto mais fina a isolao, maior estresse de tenso e maior risco de falha.

O estresse de tenso baseado na tenso nominal e na posio relativa da bobina dentro do enrolamento. Na sada do barramento, a primeira bobina ter um estresse igual ao da tenso fase-neutro nominal, ou 7967 V. Entretanto, em cada bobina posterior em direo ao neutro, o estresse de tenso diminuir em funo do nmero de bobinas na seqncia, como abaixo:

Tenso fase-neutro - (tenso/bobina x posio da bobina) ou como no exemplo acima

7967 V - (398 V/bobina x 1) = 7569 V (fim da primeira bobina)

7967 V - (398 V/bobina x 10) = 3987 V (fim da dcima bobina)

7967 V - (398 V/bobina x 19) = 398 V (fim da vigsima bobina)


A falha da isolao externa, geralmente nas bobinas sujeitas ao maior estresse de tenso (as primeiras 30%), causa um grande dano (curto-circuito). Normalmente, nesses casos, a mquina deve sofrer uma parada de grande porte e custo para os reparos.

O material bsico empregado na isolao externa a mica, que possui excelentes propriedades trmicas e eltricas, porm pssimas propriedades mecnicas, pois trinca e racha com facilidade. Por isso, necessrio impregnar a mica com fitas ou tintas de resinas orgnicas. Essas resinas fornecem melhor estabilidade mecnica, porm podem sofrer impactos resultantes dos estresses eltricos e trmicos.

At os anos 60, as resinas orgnicas eram basicamente fabricadas de asfalto ou micafolium. Ambos os materiais alteram a forma e tamanho quando submetidos a estresses trmicos, e por isso so denominados como termoplsticos (thermoplastic, geralmente da Classe B 130oC), retendo parte da deformao quando esfriados. Em mquinas mais modernas, so utilizadas resinas de epxi ou polister, que so menos afetadas pelo estresse trmico da mquina em operao nominal. Essas isolaes so denominadas termorrgidas (thermoset, geralmente Classe F 155oC). 3.3 Processos de Fabricao das Bobinas Existem diversos processos de fabricao das bobinas, cada um dependendo do fabricante, da potncia e tenso da mquina, etc., mas todos seguem mais ou menos os mesmos passos. 3.3.1 Impregnao Vcuo Individual (VPI) o processo mais comumente empregado em mquinas de pequeno tamanho de ncleo ou pequeno dimetro, porm o mais caro, pois cada bobina fabricada individualmente. Consiste na aplicao de papel ou fita seca de mica s bobinas e depois na insero em um molde (um por bobina). Na seqncia aplicado vcuo para a remoo do ar e uma impregnao com epxi ou polister de baixa viscosidade. bobina aplicado calor para curar os compostos orgnicos, e presso para reduzir o tamanho das bolhas internas. As bobinas so ento inseridas nas ranhuras e fixadas. O sistema completo aquecido para selar e curar as resinas e componentes de fixao (principalmente em motores). Depois de pronto, so efetuados testes para aceitao e controle de qualidade. 3.3.2 Impregnao Global Vcuo (Global VPI) o processo mais comumente empregado em mquinas de pequeno dimetro, apesar de que atualmente muitos fabricantes tm utilizado esse processo para mquinas acima de 100 MW. O processo consiste na aplicao de papel ou fita seca de mica s bobinas e depois na insero direta no ncleo. Depois que todas as conexes eltricas so efetuadas, e as cunhas bem como as cabeas de bobinas so fixadas, feita a impregnao de todo o ncleo dentro de um tanque para posterior cura em um forno.

Um segundo processo geralmente aplicado para selar o enrolamento e fornecer melhor estabilidade mecnica. Alguns fabricantes giram o rotor dentro do forno para que as resinas possam melhor colar nos barramentos. o sistema mais barato, pois em poucos passos se isola completamente o estator, resultando em menores custos, e o produto final tem uma boa estabilidade mecnica (lembre-se que as cunhas, espaadores e todo o material de fixao so impregnados juntos).

A qualidade da isolao totalmente dependente da impregnao total dos componentes durante o processo de cura, que pode durar de oito meses a um ano. Tambm no possvel efetuar testes de qualidade durante o processo de fabricao, somente aps o estator estar pronto. Desde os anos 60, o mtodo preferido para motores de pequeno porte.

Um resumo completo do mtodo mostrado na tabela abaixo:


Critrio Propriedade e Benefcios Processo de Reparo Estatores e rotores so enrolados em massa, testados durante a aps a cura da resina VPI Local de Reparo Somente em oficina (os tanques VPI no so portteis) Reparo de uma Bobina No possvel, bobinas encapsuladas em massa de resina

Protocolos de Testes de Reparo IEEE 1043 Voltage Endurance, IEEE 429 Imerso em gua, descargas parciais, fator de potncia e corona probe Rigidez Dieltrica Excelente Fator de Potncia / PD Excelente Resistncia ao Choque e Vibrao Excelente, colado como uma massa slida Rigidez das Cabeas de Bobinas Excelente, colado como uma massa slida Rigidez das cunhas e enchimentos Excelente, colado j na posio Estabilidade Temperatura Altamente estvel

Proteo Corroso Excelente p/ cido sulfrico, cido hidroclordrico, hidrxido de sdio, cloreto de sdio, resduos custicos de papel e detergentes Limitaes de Tenso At 15 kV Limitaes de Tamanho Depende do tanque VPI disponvel

Caso Real 1: um turbogerador de 40 MW alimentado por turbina movida a farelo de madeira entrou em curto-circuito somente aps 40 dias de operao nominal. A isolao dos enrolamentos, fabricada pelo mtodo Global VPI, apesar de considerada adequada pelos testes off-line de fbrica, no resistiu aos estresses da operao nominal.

3.3.3 Fitas com Resinas (B-stage ou Resin-rich) Devido ao seu tamanho, esse o processo mais comumente empregado em barras Roebel. Nesse processo, fita de papel mica impregnada diretamente com as resinas orgnicas. As fitas impregnadas so ento aplicadas na bobina, que vai para um molde e esse molde submetido a calor e presso dentro de uma autoclave para curar as resinas. O calor faz com que as resinas fluam por todo o corpo da bobina e as camadas de fita, e a presso remove todas as eventuais bolhas. necessrio um bom controle de qualidade durante esse processo para evitar excesso de fluidez das resinas (com o qual as resinas no colam nas fitas e no corpo da bobina) e uma correta impregnao dos vazios. Testes de aceitao podem ser efetuados para confirmao da qualidade da impregnao.

Depois que as bobinas so inseridas no ncleo e cunhadas, o conjunto ainda passa por mais uma etapa no forno para garantir a melhor colagem dos componentes de fixao. Se possvel, esse processo pode ser repetido para selagem dos componentes das cabeas das bobinas. o processo que apresenta os melhores resultados, sendo um mix dos anteriores. A nica preocupao com o envelhecimento, que mais rpido que nos anteriores. Um resumo completo do mtodo mostrado na tabela abaixo:

Critrio Propriedade e Benefcios Processo de Reparo Bobinas so instaladas e testadas uma a uma Local de Reparo Em oficina ou no campo (as barras so transportveis) Reparo de uma Bobina Possvel na maioria dos casos

Protocolos de Testes de Reparo IEEE 1043 Voltage Endurance, IEEE 429 Imerso em gua, descargas parciais, fator de potncia e corona probe Rigidez Dieltrica Excelente Fator de Potncia / PD Excelente Resistncia ao Choque e Vibrao Excelente Rigidez das Cabeas de Bobinas Excelente Rigidez das cunhas e enchimentos Mecanicamente seguras Estabilidade Temperatura Em caso de reparo, to boa quanto a original Proteo Corroso Em caso de reparo, to boa quanto a original Limitaes de Tenso Sem limite, baseado no projeto da isolao Limitaes de Tamanho Sem limite


3.3.4 Enrolamentos Selados muito semelhante ao Global VPI, porm para aplicaes especiais tais como em mquinas para indstrias petroqumicas, motores para uso ao ar livre com carcaa aberta, reas perigosas, explosivas ou com materiais condutivos no ar e motores submersveis com alto grau IP (submerso ou jatos de gua). 3.4 Coberturas de Superfcie Adicionalmente s isolaes dos condutores de cobre, das espiras e a isolao externa (respectivamente strand, turn, e groundwall), h tambm a necessidade de controle do estresse eltrico em mquinas acima de 6 kV.

Uma cobertura de superfcie, denominada cobertura semicondutora, aplicada em cada bobina para criar um estresse uniforme atravs da isolao em toda a poro do ncleo do estator. Outra cobertura, denominada interface de alvio de tenso, se sobrepe cobertura semicondutora e se estende em direo cabea da bobina. 3.4.1 Cobertura Semicondutora

Entre o cobre em alta tenso e o ncleo aterrado existe um isolante e um espao de ar. Originalmente esse espao de ar de menos que 0,05mm. Entretanto, depois do 1 ano de operao, a isolao encolhe, aumentando esse espao de ar.

Visto que a isolao e o espao de ar esto entre duas peas de metal (cobre e ncleo), elas formam capacitores com diferentes caractersticas dieltricas. Quando a tenso fase-neutro aplicada, o estresse de tenso se divide entre cada dieltrico, baseado nas suas caractersticas e dimenses.

Um arco, ou descarga parcial, pode acontecer no espao de ar se a tenso atravs do dieltrico do ar exceder 3 kV/mm.

Para reduzir o estresse de tenso, tinta ou fita semicondutora carregada de carbono (ex. Durocal) aplicada na bobina uniformemente para curto-circuitar a capacitncia do espao de ar e prevenir contra um incremento de tenso suficiente para causar uma descarga.

Enquanto a superfcie semicondutora estiver intacta e contnua, no haver oportunidade para o estresse de tenso que ocorre entre o ncleo e a superfcie da barra alcanar o limite de ruptura. Um slido aterramento da superfcie da barra permite um estresse de tenso uniforme por toda a isolao. 3.4.2 Interface de Alvio de Tenso (ou Luva Anti-Corona)

No ponto de sada da bobina da poro do ncleo, a falta de um plano de aterramento definido permite que a superfcie da bobina esteja no mesmo potencial que o condutor de cobre. Para a primeira bobina do enrolamento isso a tenso fase-neutro nominal.


Na cobertura semicondutora logo na sada do ncleo h um grande estresse eltrico, pois a tenso da superfcie abruptamente aterrada. Para prevenir contra esse estresse, os fabricantes utilizam uma camada de pintura ou fita de carboneto de silcio que se sobrepe cobertura semicondutora e segue por alguns centmetros (de 7 a 12) na direo das cabeas das bobinas. O tamanho total da interface de alvio depende do projeto.

O carboneto de silcio possui uma propriedade de resistncia no linear, na qual a resistncia diminui com a tenso aplicada. O propsito dessa cobertura gradualmente diminuir a tenso da cabea da bobina para a camada semicondutora aterrada. Sem essa proteo, fortes estresses de tenso poderiam danificar alguns pontos do enrolamento, reduzindo sua vida til e produzindo descargas parciais.


4 Causas das Falhas nos Enrolamentos Estatricos Existem muitos tipos de estresses agindo na isolao dos barramentos estatricos, e raramente algum deles ocorre sozinho. Esses estresses podem ser de natureza diversa, como eltricos (em funo da tenso), mecnicos (vibrao), trmicos (sobreaquecimento), qumicos, eletromagnticos e como funo do meio ambiente (umidade, contaminao). Quanto mais estresses estiverem presentes, maior ser a taxa de deteriorao da isolao. Por exemplo, em algumas isolaes o aumento de 10C na temperatura de operao reduz vida til em 50%; em outras o aumento de 1% na tenso diminui a vida til em 10%; e em todas, a abraso aumenta exponencialmente com a amplitude de vibrao da bobina.

Algumas das causas das falhas na isolao de mquinas girantes esto abaixo descritas: 4.1 Impregnao Inadequada Fabricao

Durante o processo produtivo, inadvertidamente alguns vazios podem ser deixados dentro da isolao do enrolamento como resultado de cura incompleta, alta viscosidade das resinas, falhas na presso ou no vcuo aplicado nos barramentos, temperatura imprpria, ou mesmo a presena de objetos estranhos (resduos).

Quando sob estresse de tenso, descargas podem ocorrer no interior desses vazios e atacar a resina orgnica. Isso pode danificar as isolaes dos condutores de cobre e das espiras quando as descargas ocorrem prximas aos condutores de cobre.

Se as descargas ocorrem no interior da isolao, isso menos prejudicial, pois todo o vazio est circundado por mica, podendo levar anos para uma falha de grande porte.

Um problema adicional que ocorre devido a falhas no processo de fabricao que os vazios internos criam uma barreira trmica que impede a transferncia de calor entre os condutores de cobre e o ncleo, uma de suas principais funes.

Mecanismo de Falha Sintomas Testes de Deteco Tipo de mquina

Impregnao inadequada

PD PDA, tan , fator de potncia

Global VPI e fita com resina

Caractersticas: Dependente inverso da temperatura No dependente da carga Defeito fase-neutro Muito severo em mquinas com espiras (multi-turn) e com impregnao Global VPI No permite reparo, somente substituio de bobinas

Captulo

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4.2 Descargas na Ranhura Fabricao Descargas na ranhura se referem ao fato de que descargas parciais podem ocorrer na superfcie da barra, tanto dentro da ranhura como nos pontos logo fora dela. H duas fontes genricas de descargas na ranhura: Falha na cobertura semicondutora: ocorre quando a cobertura semicondutora da ranhura

no est preenchendo sua funo. Isso pode ocorrer em funo de dois fatores. Um quando ocorre uma excessivamente alta resistncia devido presena de filme ou preenchimento lateral isolante entre a cobertura semicondutora e o estator. O outro devido a falhas na impregnao da cobertura semicondutora.

Enrolamento solto: quando problemas de fixao das barras permitem que as mesmas vibrem dentro da ranhura, causando abraso da cobertura semicondutora e da isolao externa (groundwall).

Geralmente pode ser difcil determinar qual desses processos pode iniciar descargas na ranhura, uma vez que a aparncia pode ser muito similar e um processo pode eventualmente ocasionar o outro. Em todos esses casos, a energia das descargas vem da energia capacitiva do campo eltrico e, portanto, esses processos somente ocorrem nas barras de mais alta tenso de cada fase.

Em geral, descargas na ranhura um mecanismo de deteriorao muito lento em sistemas de isolao base de mica. Falhas no devem ser esperadas em muitas dcadas se no ocorrerem influncias externas como vibrao ou defeito da camada semicondutora. Em mquinas refrigeradas a ar, as descargas na ranhura geram oznio. Se produzido em alta concentrao, o oznio pode causar numerosos outros problemas, incluindo de sade para o pessoal de operao/manuteno, e pode requerer o rebobinamento da mquina. 4.2.1 Falhas na Cobertura Semicondutora

Se a camada semicondutora deteriora, ou se h uma alta resistncia de contato (maior que 5000 ohms), descargas eltricas surgem dentro da ranhura com conseqente produo de oznio. A experincia mostra que concentraes de oznio excedendo 0,1ppm, descargas parciais severas esto presentes. As descargas e o oznio aceleram a decomposio das resinas epxi ou polister. Devido decomposio, as bobinas podem diminuir de tamanho e ficarem frouxas.

Se isso for permitido, podem surgir reas de alto estresse eltrico. Se a impregnao foi mal executada, especialmente no caso de tintas, a cobertura semicondutora pode se tornar no condutiva em altas temperaturas.

Se as barras forem mantidas fixas, pode levar dcadas para a ocorrncia de uma ruptura eltrica, portanto o sistema de cunhagem deve ser verificado e mantido em pleno funcionamento. O reparo muito difcil, portanto a preveno essencial.


Falhas na cobertura semicondutora

PD, descarga na ranhura, oznio

PDA, inspeo visual e monitorar oznio

Refrigeradas a ar

Caractersticas: Dependente inverso da temperatura No dependente da carga Defeito fase-neutro Reparo muito difcil


4.2.2 Enrolamento Solto

Durante a montagem do enrolamento estatrico, as bobinas so instaladas na ranhura juntamente com um preenchimento lateral para manter uma boa interferncia com a ranhura em ambiente sujeito aos fortes estresses eletromagnticos de 2 harmnica. Adicionalmente o sistema de cunhagem fixa as bobinas, sustentando-as contra foras radiais. Se essa fixao feita e mantida de modo adequado, dificilmente ocorrero problemas com bobinas soltas.

Entretanto, algumas resinas utilizadas atualmente encolhem aps a cura, fazendo com a bobina possa ficar solta dentro da ranhura. Tambm alguns tipos de cunhagens e materiais de fixao podem encolher ou ficarem quebradios com o tempo, permitindo que bobinas fiquem soltas. Na presena de vapor de leo e contaminantes, cunhas tipo mola (ripple springs) e alguns materiais de fixao perdem totalmente suas caractersticas de fixao.

Quando as bobinas ficam soltas, elas vibram e sofrem abraso contra a parede do ncleo. No incio desse processo, os danos so mais localizados, nos pontos onde a superfcie semicondutora se afasta e volta a tocar o ncleo. Com o incremento do problema, a superfcie pode se danificar totalmente devido tanto os estresses eltricos quanto mecnicos. comum o desenvolvimento do efeito escada, que o afinamento da superfcie nos pontos de contato com o ncleo enquanto que permanece com as dimenses corretas nos pontos onde existem os furos de ventilao do ncleo.

O tempo de falha desconhecido, porm pode ser bem rpido (algo em torno de 2 anos) em isolaes termorrgidas (thermosets), como epxi e polister, em funo da diminuio da espessura da isolao (groundwall).


Enrolamento solto PD, oznio, cunhas soltas

PDA, inspeo visual, monitorar oznio e testes da cunhagem

Sistemas com isolao termorrgida (epxi e polister)

Caractersticas: Dependente inverso da temperatura Dependente da carga Defeito fase-neutro Pode ser reparado se no for Global VPI Verificao do sistema de cunhagem atravs do Sistema WTD 4.3 Centelhamento por Vibrao Fabricao Apesar de visualmente parecido com descargas na ranhura, o centelhamento por vibrao um processo de deteriorao completamente diferente. O mecanismo deriva do fluxo magntico no ncleo e, enquanto que as descargas parciais somente podem ocorrer nas barras de maior potencial, o centelhamento por vibrao pode ocorrer em qualquer ponto do enrolamento, incluindo o neutro.

Para que esse centelhamento ocorra, a barra precisa estar solta na ranhura. Portanto, mais comum em isolaes base de fita com resina ou impregnao individual (e no em Global VPI). Em paralelo, a cobertura semicondutora deve possuir uma baixssima resistncia de contato CC para com o ncleo (menor que 300 ohms).


Essencialmente, se uma barra pode vibrar na ranhura, uma rea ao longo da superfcie da barra pode se tornar isolada do ncleo. Um circuito de corrente pode ento ser criado entre a cobertura semicondutora, as laminaes e os tirantes de fixao do ncleo. Se a cobertura semicondutora for muito condutiva, uma corrente pode circular por esse circuito devido ao campo magntico no ncleo.

A vibrao da barra faz com que a cobertura semicondutora perca o contato com o ncleo, fazendo com que a corrente seja interrompida e ocorra um centelhamento que pode danificar a isolao da barra. Assim, o centelhamento por vibrao requer dois erros: de projeto e/ou fabricao. O processo de falha pode ser muito agressivo, resultando em um curto-circuito em perodos to rpidos como menos de cinco anos.

Embora a maioria dos fabricantes esteja atenta em fabricar barras com uma cobertura semicondutora com uma resistncia mnima, um grande nmero de turbogeradores falhou em servio nos ltimos 10 anos.

Pode ser difcil distinguir entre centelhamento por vibrao ou descargas na ranhura. Se a barra danificada de alta tenso, muito difcil ter uma certeza; entretanto, se a barra deteriorada da poro de baixa tenso, certamente o dano devido ao centelhamento por vibrao.


Centelhamento por vibrao

PD, oznio (?), cunhas soltas

PDA, inspeo visual, monitorar oznio (?) e testes da cunhagem

Com isolaes base de fita com resina ou VPI

Caractersticas: Dependente inverso da temperatura Dependente da carga Defeito fase-neutro Reparo muito difcil Verificao do sistema de cunhagem atravs do Sistema WTD Inspeo visual com boroscpio dentro da ranhura, atravs dos dutos de ventilao Monitoramento PDA com acoplador instalado no neutro 4.4 Deteriorao da Interface de Alvio de Tenso Fabricao

Devido aos altos estresses eltricos e temperaturas, a interface de alvio pode deteriorar, especialmente quando usada pintura ao invs de fitas. Como resultado, a interface de alvio perde contato com o ncleo, e flutua para nveis de alta tenso, fazendo surgir arcos da interface para a cobertura semicondutora (aterrada). Em mquinas refrigeradas a ar, essa ocorrncia produz oznio e deixa um anel de p branco (cido ntrico) na sada da barra da ranhura. Os danos isolao so muito lentos uma vez que as PD ocorrem entre dois pontos da superfcie.


Interface de alvio de tenso

PD, p branco (cido ntrico), oznio

PDA, tan , fator de potncia, inspeo visual e monitorar oznio

Refrigeradas a ar e com pintura na interface de alvio de tenso


Caractersticas: Dependente da temperatura No dependente da carga Defeito fase-neutro O p branco, para esse tipo de falha, somente ocorre nas barras de mais alta tenso 4.5 Espaamento Inadequado Instalao

Devido a erros de projeto, algumas mquinas so construdas com um espaamento inadequado entre barras de fases diferentes, nas cabeas das bobinas. Esse pequeno espaamento pode ser suficiente para iniciar atividades de descargas parciais, com conseqente eroso da isolao e eventual ruptura. Em mquinas refrigeradas a ar, ocorre o aparecimento de oznio e formao de p branco (cido ntrico) sobre as regies onde as superfcies esto prximas. Quanto mais prximas estiverem as barras, maior ser a destruio. Geralmente esses defeitos fase-fase podem levar muitos anos para acontecer, entretanto produzem grandes quantidades de oznio em mquinas refrigeradas a ar.


Espaamento inadequado

PD, p branco, descolorao da isolao e oznio

PDA, inspeo visual, monitorar oznio

Refrigeradas a ar, seccionadoras e conexes de motores

Caractersticas: Dependncia da temperatura imprevisvel No dependente da carga Defeito fase-fase (entre materiais similares) Pode ser reparado; melhor opo cobrir todo o espao entre barras com epxi Em cabos a condio pior, pois no h mica na isolao 4.6 Vibrao das Cabeas das Bobinas Instalao

Devido ao projeto, muitas mquinas (principalmente geradores de dois plos) possuem longas cabeas de bobina, que tem que suportar foras eletromagnticas de 2 harmnica (120 Hz). Adicionalmente, se um motor tem partida direta da linha, ou um gerador sincronizado fora de fase, altssimas foras eletromagnticas so impostas s cabeas das bobinas devido s altas correntes do estator fluindo nesse momento de partida (seis vezes a corrente nominal em um motor durante a partida equivale a 36 vezes a fora nominal na cabea das bobinas).

Essa vibrao pode causar movimentao em sistemas de bloqueio e amarrao mal projetados e/ou montados, deixando as barras soltas, e conseqentemente levando ruptura dos condutores de cobre e da isolao, e sobreaquecimento local, alm de abraso contra a ranhura, amarrao e bloqueios.

Essa abraso pode gerar a formao de p branco disperso pelas cabeas das bobinas. Note que esse p branco, diferentemente dos problemas acima mencionados, no causado pelas atividades de descargas parciais (que so pontuais), e sim pela abraso dos sistemas de amarrao e fixao.


Ocasionalmente, tambm pode ser constatada a existncia de graxa, que resultante da mistura de vapor de leo com partculas soltas da isolao ou da amarrao causadas vibrao das cabeas.

Caso se suspeite de vibrao das cabeas de bobinas, essas devem ser monitoradas atravs da utilizao de acelermetros de fibra tica fixados nas bobinas de maior potencial.


Vibrao das cabeas das bobinas

Perda do sistema de bloqueio e amarrao, p branco disperso ou graxa

Inspeo visual, acelermetro de fibra tica

Alta tenso, alta velocidade com grandes cabeas de bobinas

Caractersticas: Dependncia da temperatura imprevisvel No dependente da temperatura No dependente da carga Defeito fase-fase (na cabea da bobina) ou fase-neutro (na ranhura) Pode ser reparado 4.7 Conexes Eltricas Pobres Instalao

Conexes mal feitas ou envelhecidas, em parafusos na conexo de cabos de alimentao de motores ou no fechamento (solda) das barras nos geradores, podem levar oxidao do cobre e consequente faiscamento e sobreaquecimento localizados.

Isso leva produo de atividades de descargas parciais com perfil definido (pulsos em 0 e 180) e formao de p branco localizado.

Alm da inspeo visual, o monitoramento atravs de cmaras de infravermelho pode ajudar a detectar os locais onde as conexes esto prejudicadas.


Conexo eltrica pobre

PD, p branco e descolorao das conexes

PDA, inspeo visual, temperatura com infravermelho

Qualquer conexo

Caractersticas: Dependente da temperatura Dependente da carga Pode ser reparado


4.8 Transporte e Montagem Instalao

Problemas adicionais isolao podem ser verificados quando os devidos cuidados no so tomados, como por exemplo, durante embalagem na fbrica, transporte, desembalagem e at mesmo durante procedimentos de montagem no campo (isolao das conexes, insero e/ou fixao das barras nas ranhuras, etc.). Verificao e acompanhamento constantes durante esses passos podem prevenir contra danos futuros.

4.9 Surtos ou Partidas Excessivas Operao Uma espira (turn) tem isolao entre 10 e 300 V. Porm chaveamento, descargas atmosfricas e pulsos de inversores de frequncia e/ou soft-starters podem gerar picos de 3,5 vezes a tenso fase-neutro. Principalmente motores multi-espiras com dispositivos de partida com inversores de freqncia devem ser acompanhados cuidadosamente, pois a falha na isolao da espira pode levar falha completa da isolao em poucos segundos ou minutos. Surtos tambm podem levar vibrao das cabeas de bobinas.


Surtos e partidas excessivas

Curto espira-espira, PD (?), cabeas de bobinas soltas

Surge Test, PD (?), inspeo visual

Motores com inversores de freqncia

Caractersticas: No dependente da temperatura No dependente da carga Defeito fase-neutro No pode ser reparado 4.10 Deteriorao Trmica Operao

Quando exposta sobrecarga trmica, a isolao perde suas caractersticas adesivas, acarretando o fenmeno chamado de delaminao, ou desfolhamento das camadas. Os condutores internos de cobre ficam livres para vibrar e ento atividades de descargas parciais aparecem nos vazios internos. Os danos isolao so cumulativos e no-reversveis.

Um dos sintomas mais fceis de determinar o estresse trmico atravs da inspeo visual, onde se verifica uma descolorao da isolao.

importante ter em mente que sensores de temperatura (RTD) instalados nas ranhuras somente medem a temperatura da isolao externa, e no nos condutores internos de cobre.

A ruptura da isolao, considerando apenas a sobrecarga trmica, pode levar vrios anos para acontecer, e depende diretamente do gradiente de temperatura e espessura da isolao. Esse problema ocorre em menor quantidade em barras com isolao base de resinas de epxi ou aquelas refrigeradas gua, uma vez que esses tipos de montagens suportam melhor o estresse trmico.

A deteriorao trmica pode ocorrer devido a diversos motivos, como operao contnua em regime de sobrecarga, erro no projeto das barras fazendo com que as mesmas trabalhem sempre em sobrecarga trmica mesmo com a mquina em operao nominal, refrigerao


deficiente (ou entupida por contaminaes) e desbalano das fases. Em motores alimentados atravs de inversores de freqncia, um problema adicional decorre do contedo harmnico extra que dissipado como calor dentro do mesmo.


Deteriorao trmica PD, descolorao da isolao

PDA, tan , fator de potncia, inspeo visual

Todos os tipos de mquina

Caractersticas: Dependente inverso da temperatura No dependente da carga No pode ser reparado 4.11 Ciclos de Carga Operao Os materiais que compe as barras do estator possuem diferentes coeficientes lineares de expanso trmica. O cobre se expande linearmente devido s perdas por I2R, enquanto que a isolao a ele colada, devido ao seu baixo coeficiente de expanso e menor temperatura a que est sujeita, no se expande do mesmo modo. Esse estresse pode causar o enfraquecimento da cola entre a isolao e o cobre, levando a curtos os condutores de cobre e espiras. Esse problema mais comum em mquinas com grandes ncleos, com grandes barras ou bobinas (maiores que 2 m).

As mquinas com maior incidncia desse tipo de problema so turbogeradores de regime emergencial, hidrogeradores de horrio de pico ou com problemas de reservatrio e os motores/geradores de estaes elevatrias. Mas talvez os motores sejam os que mais sofrem com esse estresse, devido aos surtos naturais de repetitivas partidas e paradas.

Os ciclos de partida e parada tambm exigem eletromagneticamente as barras, e caso o sistema de fixao e cunhagem esteja falho, as barras podem se movimentar dentro da ranhura, causando abraso da superfcie semicondutora contra o ncleo e conseqente deteriorao.

Em alguns sistemas antigos de isolao (termoplsticas, como asfalto), os ciclos de carga causam pequenos rompimentos da barra que ocorrem na circunferncia da bobina no ponto de sada da ranhura (um fenmeno chamado girth cracking). Isso ocorre porque o cobre aquecido expande linearmente e arrasta a isolao fora da ranhura. Quando o cobre esfria e se contrai, a isolao no retorna sua posio e forma originais. Esse comportamento repetitivo leva ruptura da parte externa da bobina.


Ciclos de carga PD, ruptura da isolao na sada da barra

PDA, tan , fator de potncia, inspeo visual, Surge Test, Hipot

Todos os tipos de mquina (com barras longas)

Caractersticas: Dependente inverso da temperatura No dependente da carga No pode ser reparado Defeito fase-neutro


Melhor modo de testar aplicar Hipot Melhoria na refrigerao ajuda muito 4.12 Contaminao dos Enrolamentos Operao

A contaminao em uma mquina pode ser causada por uma mistura de vapor de leo, poeira, sujeira, resduos do desgastes de peas da prpria mquina ou deixados em procedimentos de manuteno. Essa contaminao pode propiciar o aparecimento de pequenas pontes entre diferentes potenciais (na ranhura fase-neutro ou nas cabeas de bobinas fase-fase), causando o surgimento de descargas parciais que atacam a isolao.

A contaminao tambm reduz a dissipao de calor pela cobertura semicondutora e pode inclusive entupir a refrigerao do estator, causando sobreaquecimento localizado ou generalizado. Outro fator pode ser presena de corpos estranhos, levando ao rompimento progressivo da isolao e eventual curto-circuito.

Caso Real 2: Um hidrogerador apresentava medies crescentes de descargas parciais, ms aps ms. Foi programada uma parada para uma limpeza utilizando gelo seco. O servio eficiente foi suficiente para diminuir a tendncia de aumento nas medies. Caso Real 3: Isolao de polister em motor a ser utilizado em fbrica de subprodutos de polister foi detectada a tempo como extremamente perigosa. Descobriu-se que os gases em suspenso quebravam a cadeia qumica do composto da isolao, podendo levar o motor a ficar totalmente sem isolao Caso Real 4: Um parafuso preso entre bobinas adjacentes, de diferentes fases, por procedimento inadequado de montagem e/ou manuteno, causou inicialmente a eroso da isolao das bobinas, e depois a um curto-circuito entre fases em um grande hidrogerador. A presena do parafuso foi constatada pela aplicao de um im nos resduos (gotas) de material derretido das barras.


Contaminao dos enrolamentos

PD, combinao de leo, poeira, graxa, p branco

PDA, IR, PI, Hipot, tan , fator de potncia e inspeo visual

Todos os tipos de mquina

Caractersticas: Pode ser dependente da temperatura No dependente da carga Defeito fase-neutro ou fase-fase Dano pode ser severo Pode ser reparado, na maioria das vezes atravs de uma limpeza eficiente. Existem

diversas experincias comerciais aplicando farelo de cascas de nozes, quirera de milho e gelo seco. Para os dois primeiros necessrio que todas as outras partes da mquina sejam cobertas para evitar o espalhamento do farelo; alm disso, tambm necessria a aplicao de um potente aspirador de p aps a limpeza. Para o gelo seco, a desvantagem que no totalmente eficaz na remoo de leos impregnados. Nos trs casos, importante que o tcnico que esteja aplicando o jato do produto no se detenha por muito tempo em um nico ponto da isolao, pois a mesma pode ser danificada pela abraso. Tambm pode ser aplicado detergente neutro e gua para uma limpeza manual, porm cuidados especiais de secagem dos enrolamentos devem ser tomados aps a limpeza, e uma medio de rigidez dieltrica deve confirmar que a umidade no est


aterrando a isolao. Muito cuidado deve ser tomado na aplicao de solventes de uso geral, uma vez que muitos deles so higroscpicos (retm umidade) fazendo com que seja muito perigoso energizar a mquina com baixa rigidez dieltrica da isolao.

4.13 Resumo das Causas das Falhas nos Enrolamentos Estatricos Um resumo geral sobre os diversos efeitos que causam PD em uma mquina mostrado na figura abaixo.

importante ter em mente que vibrao nas cabeas das bobinas, pequenas peas e/ou fragmentos metlicos em geral, problemas nas bobinas/barras prximas ao neutro, penetrao por objeto perfurante ou roamento causado por conexo danificada de plos podem levar a falhas no enrolamento, mas no necessariamente so detectados pela anlise de descargas parciais.

Envelhecimento da isolao Condies de Operao Cunhagem Deficiente M Impregnao Erros de Projeto Ciclos de Carga Contaminao

Perda do Sistema de Cunhagem

Vibrao das Barras

Efeitos Mecnicos Ruptura

Eroso da Pintura Semicondutora

Descarga na Ranhura Efeito Corona

Produo de Oznio

Pulverizao do Material Degradao da Isolao

Efeitos Trmicos Aquecimento das Barras

Efeitos Eltricos Curto-circuito


5 Teoria Bsica sobre Descargas Parciais 5.1 PD como um Sintoma Descargas Parciais (PD, de Partial Discharges) so centelhas, arcos ou fascas envolvendo o fluxo de eltrons e ons quando um pequeno volume de gs se rompe. Pode ocorrer em vazios ou bolhas no interior ou adjacente ao sistema de isolao de altas tenses dos estatores de mquinas eltricas. Essas descargas so parciais porque existe uma isolao slida (mica) em srie com o vazio, o qual previne contra uma ruptura completa (curto-circuito). A centelha gera um rpido pulso eltrico que se propaga atravs dos enrolamentos e pode ser detectado nos terminais da mquina por sensores.

As PD so o resultado de danos causados por vrios estresses atuando nos enrolamentos do estator, sejam eles de caractersticas trmicas, mecnicas, qumicas, eletromagnticas ou do meio ambiente. O desenvolvimento progressivo das atividades PD o maior sintoma da deteriorao da isolao. As PD tambm contribuem para o envelhecimento e o aparecimento de danos na isolao. importante ter em mente que a falha da isolao no previsvel, pois diversos fatores esto em jogo. Assim, o monitoramento PD permite acompanhar degradao da isolao no tempo, dando subsdios para melhor tomada de deciso. 5.2 Corona ou Descargas Parciais Corona ou Descargas Parciais? A nomenclatura tcnica ou mesmo a terminologia empregada pelo pessoal de manuteno distingue descargas parciais de corona como sendo o mesmo efeito, porm ocorrendo em locais distintos. Entretanto, as definies citadas pela norma IEEE 1434, diferenciam ambos os fenmenos.

As descargas parciais so descargas eltricas incompletas entre isolao-isolao ou entre isolao-condutor. Isso diferente de uma descarga completa, entre condutor-condutor (curto-circuito).

J a corona ocorre quando o gs prximo a um condutor exposto se ioniza, produzindo descargas parciais visveis. Note que corona no envolve a isolao. Corona pode ser verificada principalmente em cabos de alta tenso blindados, cabos de conexo no blindados, linhas de transmisso (principalmente nos componentes das torres de transmisso) e em mquinas rotativas. Um dos testes mais comuns em manuteno de grandes mquinas escurecer o ambiente e aplicar alta tenso atravs de um Hipot para detectar os pontos iluminados gerados pela corona. 5.3 Formao de Vazios na Isolao O primeiro passo para uma falha a criao de bolhas ou vazios (voids) preenchidos com gs na isolao. Vazios aparecem como resultado da degradao da isolao (deteriorao trmica, surtos/partidas, ciclo de carga, impregnao imprpria, conexes). Tambm aparecem na superfcie da isolao (bobinas soltas, deteriorao da interface de alvio e cobertura semicondutora, contaminao, espaamento inadequado).

Lembre-se que vibrao das cabeas das bobinas, fragmentos metlicos, problemas nas barras prximas ao neutro ou penetrao por objeto perfurante no desenvolvem bolhas, e, portanto no so detectados pela medio PD.

Captulo

5


Assim que um vazio criado dentro do corpo ou na superfcie da isolao, uma diferena de potencial ser criada atravs dele. A magnitude dessa tenso depender da tenso aplicada e da capacitncia da isolao e do gs dentro do vazio. Uma descarga somente ocorrer quando o estresse eltrico (V/mm) exceder o ponto de ruptura dieltrica do ar que 3 kV/mm.

Por exemplo, imagine uma mquina 13,8 kV refrigerada a ar, com uma isolao de epxi de espessura 5 mm e com um vazio preenchido de ar com espessura de 0,5 mm. O estresse eltrico desenvolvido dentro do vazio pode ser calculado, e apresenta um valor de 4,9 kV/mm, portanto suficientemente forte para ocorrer uma ruptura dentro desse vazio. Outros parmetros que podem afetar o estresse eltrico, alm do tamanho do vazio, so o dimetro, o gs interno e presso e a natureza da superfcie interna do vazio.

5.4 Fsica das PD Quando a tenso 60 Hz aplicada na mquina, o estresse eltrico dentro do vazio aumenta at que uma condio de sobretenso ocorra dentro desse vazio. A ruptura dieltrica causa uma avalanche de eltrons dentro do vazio, que ocasiona o aparecimento de um pulso muito rpido (alguns nano-segundos) chamado PD, que se propaga pelos enrolamentos da mquina.

Quando a ruptura dieltrica acontece, a tenso atravs do vazio retrocede a um nvel suficiente para sustentar a descarga. Apenas o pulso inicial de ruptura dieltrica detectado pela maioria dos instrumentos como um pulso PD. Outros pulsos PD somente sero detectados quando a tenso dentro do vazio mudar de polaridade, e outra condio de sobretenso for estabelecida. Assim, para cada vazio, aparecero dois pulsos PD detectveis em cada ciclo CA.

A freqncia e a magnitude das PD dentro de vazio so um fenmeno complexo que depende do tamanho, forma, superfcie interna e presso interna do gs. Quanto maior o vazio, maior a descarga.

A tenso fase-neutro decresce linearmente at 0 V na direo do neutro. Uma vez que alto estresse eltrico (3 kV/mm) necessrio para a ocorrncia de PD, no existem PD nas

C isolao

C isolao

C vazio V vazio

V cobre

0 V

Tenso -N, 60 Hz

sustentao

aparecimento da PD-

aparecimento da PD+

Tenso dentro do vazio, ruptura

quando passa de 3 kV/mm


bobinas/barras prximas ao neutro. As PD ocorrem aproximadamente nos 10% superiores das barras e 15% das bobinas quando a mquina est em operao.

Um pulso PD unipolar e caracterizado por rpido tempo de rampa (1 a 5 ns) e pequena banda (2 a 6 ns). O perodo de oscilao, o tempo de rampa e a magnitude variam para cada pulso. Isso depende da geometria da mquina, localizao do pulso e material de isolao. As PD so pulsos, produzem energia atravs de espectro de freqncia CC at GHz. Aplicando a frmula f = 1/T, a faixa de freqncia para pulsos PD de 1 a 5 ns (cujos perodos so de 4 a 20 ns respectivamente) de 50 a 250 MHz. 5.5 Propagao dos Pulsos PD Uma vez criados, os pulsos PD se propagam pelos enrolamentos da mquina e so detectados por sensores convenientemente localizados. Pulsos de altas freqncias se propagam de trs modos diferentes: transmisso, acoplamento capacitivo e radiao. 5.5.1 Transmisso O modo mais fcil de se entender a propagao atravs da transmisso, pois os pulsos viajam atravs dos condutores de cobre, similares ao sinal 60 Hz. Entretanto, quando os pulsos viajam atravs desse meio, ocorre uma grande distoro, com conseqente atenuao do sinal devido indutncia dos enrolamentos estatricos. A indutncia, uma caracterstica normal dos enrolamentos, permite a passagem dos sinais de baixa freqncia (60 Hz), porm diminui a transmisso de sinais de altas freqncias.

O modelo matemtico para a indutncia (resistncia corrente) de um indutor dada por XL = 2fL, onde f a freqncia do sinal e L a indutncia da bobina. Comparando as impedncias do sinal de potncia a 60 Hz com um pulso de descargas parciais a 83 MHz (pulso mdio de 3 ns), temos:

XL(60 Hz) = 2(60)L e XL(83 MHz) = 2(83M)L

Assim, assumindo que o L da bobina seja constante, teremos que XL(60 Hz) > XC(83 MHz), na faixa de 1.383.000 vezes.

Portanto, para sinais de alta freqncia, os capacitores so como curtos e permitem passagem de corrente. Qualquer mquina tem diversas capacitncias, por exemplo, nas ranhuras, nas cabeas de bobinas, etc. A magnitude das capacitncias depende da espessura e integridade da isolao, espao de separao e alteraes na temperatura, umidade e carga. Portanto, embora saibamos que ocorre e que podemos detectar, o acoplamento capacitivo tem um comportamento desconhecido.


5.5.3 Radiao

Pulsos de alta freqncia criam ondas que viajam no meio. Entretanto, do mesmo modo que na transmisso, os pulsos so distorcidos e atenuados. Para medir esses pulsos, necessrio estar muito prximo da fonte e utilizar uma antena de rdio freqncia.

Geralmente, no caso de motores e geradores, isso s permitido com a mquina parada, alimentada por fonte

externa, e o uso de um equipamento conhecido como Antena TVA (ou Corona Probe). 5.6 Polaridade dos Pulsos PD O modelo ideal das caractersticas de um pulso difcil de definir. Diversos fatores como dimenses do vazio, gs dentro do vazio, presso, capacitncia, indutncia, geometria e outros podem afetar a magnitude e a freqncia dos pulsos. Entretanto, algumas caractersticas bsicas podem ser definidas baseadas na localizao dos pulsos: na interface entre o condutor de cobre e a isolao; no interior da isolao; dentro da ranhura, onde a superfcie semicondutora da bobina est em contato com o

ncleo; externo ranhura, ou entre barras na regio das cabeas das bobinas. As localizaes dos trs primeiros tipos so mostradas na figura abaixo.

5.6.1 Vazios dentro da Isolao

Mquinas que no foram adequadamente impregnadas ou com longa operao em estresse trmico desenvolvem vazios no interior da isolao. Como j discutido, ocorrero dois pulsos PD em cada ciclo CA. Se ambos os lados do vazio possuem similares materiais de isolao, ento a distribuio de cargas ser igual tanto no pulso positivo como no pulso negativo. Esses pulsos sero de igual magnitude e polaridade oposta por vazio, dentro da isolao. Esses pulsos localizam-se nas posies clssicas para pulsos dependentes da tenso fase-neutro, ou seja, pulsos negativos a 45o e pulsos positivos a 225o com referncia tenso fase-neutro.

SUPERFCIE EXTERNA DA BARRA (+PD > -PD) barra x ranhura barra x barra

CUNHA NCLEO DO ESTATOR

CONDUTORES DE COBRE

BARRAS DO ESTATOR

ISOLAO

RANHURA

INTERFACE COBRE E ISOLAO (+PD < -PD)

NO INTERIOR DA ISOLAO (+PD ~ -PD)


5.6.2 Vazios prximos aos Condutores de Cobre Mquinas sujeitas a ciclos de carga ou severamente sobreaquecidas desenvolvem vazios prximos ao cobre. Um vazio entre o cobre e a isolao exibe um fenmeno diferente daquele no interior da isolao. Apesar dos mecanismos de ruptura dieltrica ser os mesmos, uma vez que os eletrodos so diferentes (cobre x isolao), verifica-se predominncia de polaridade. Ou seja, a predominncia de ons positivos na superfcie da isolao menor que os ons negativos na superfcie do cobre, ocasionando uma migrao dos ons negativos do cobre atravs do vazio para a superfcie positiva da isolao. Assim, temos uma predominncia de pulsos PD negativos localizados a 45 durante o ciclo CA positivo. 5.6.3 Vazios prximos ao Ncleo

J bobinas soltas, problemas na cobertura semicondutora e na interface de alvio de tenso podem levar a descargas de superfcie entre as barras do estator e o ncleo aterrado, e so comumente chamadas de descargas na ranhura. Do mesmo modo que no exemplo anterior, as descargas ocorrem entre materiais de caractersticas diferentes. Ou seja, as cargas positivas imveis da isolao e as cargas negativas mveis da superfcie aterrada levam ocorrncia de pulsos no semiciclo negativo CA. Uma vez que a superfcie do ncleo est aterrada, pulsos PD positivos ocorrero predominantemente na posio de 225.

5.6.4 Descargas entre Fases Contaminao ou espaamento inadequado entre fases podem levar a atividades PD. Porm, diferentemente dos exemplos anteriores, esses pulsos so dependentes da tenso fase-fase. Embora esses pulsos possam ser errticos, possvel distingui-los com relao tenso fase-terra, pois apresentam um defasamento de 30 das posies clssicas associadas tenso fase-terra. Ou seja, tendem a se posicionar em 15, 75, 195 e 255, dependendo da localizao dos pulsos e da rotao da mquina. s vezes possvel determinar quais duas fases esto envolvidas, mas, mais freqentemente, difcil de se confirmar com preciso.


6 A Medio das Descargas Parciais A medio das PDA requer um sistema de sensores que capaz de: Estar permanentemente instala

descargas parciais - apostila curso v5

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