20222022
KLABIN ORTIGUEIRA-PR
GERADOR SIEMENS TG1
ENSAIO SCME
GERADOR TAG 37410 BR9000 TG1
18/02/2022
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RELATÓRIO TÉCNICO
DE
ENSAIOS EM FÁBRICA
Gerador Síncrono Trifásico
206250 kVA / 15,75 kV
(SCME – SOS MÁQUINAS)
CLIENTE: Klabin Ortigueira
Unidade: Ortigueira PR.
Equipamento:
Contato:
Departamento:
Gerador Síncrono Trifásico - 37410 BR9000
Testado por:
Elaborado por:
Rev. e aprovado por:
Relatório número:
OS Número:
Rastreamento.:
A. Banharelli
Waib A. Junior
C. Mei Neto
RTSC .021822.1
Gerência de Manutenção Elétrica
15/02/22
24/02/22
25/02/22
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Sumário
1.
Objetivo ................................................................................................................................. 3
2.
SCME – Sistema de Confiabilidade de Máquinas Rotativas ............................................ 3
3.
Dados Técnicos do Equipamento ....................................................................................... 5
4.
Normas Técnicas ................................................................................................................. 6
5.
Equipamentos Utilizados .................................................................................................... 6
6.
Condições Ambientais ........................................................................................................ 6
7.
Perfil de Tensões ................................................................................................................. 6
8.
Resultados dos Ensaios Elétricos no Estator ................................................................... 8
8.1. Resistência Ôhmica dos Enrolamentos ............................................................................. 8
8.2. Resistência de Isolamento (RI), Índice de Absorção (IA) e Índice de Polarização (IP) .8
8.3. Descarga Dielétrica (DD) Estator ...................................................................................... 10
8.4. Step Voltage DC Estator .................................................................................................... 11
8.5. Surge Test Estator ............................................................................................................. 12
8.6. Tanδ, Capacitâncias e Corrente de Fuga AC ..........................................................................13
8.6.1.
Fase U ......................................................................................................................... 13
8.6.2.
FASE V ........................................................................................................................ 15
8.6.3.
FASE W ....................................................................................................................... 17
8.7. Descargas Parciais – FASE U ........................................................................................... 19
8.8. Descargas Parciais – FASE V ........................................................................................... 21
8.9. Descargas Parciais – FASE W .......................................................................................... 23
9.
Resultados dos Ensaios Elétricos no Rotor .................................................................... 25
9.1. Resistência Ôhmica do Enrolamento do campo ............................................................. 25
9.2. Resistência de Isolamento (RI) ......................................................................................... 25
9.2.1.
RI Campo Motor ......................................................................................................... 25
9.3. Descarga Dielétrica (DD) Rotor ......................................................................................... 27
9.4. Step Voltage DC Rotor ....................................................................................................... 28
9.5 Surge Test Rotor ................................................................................................................ 29
10. Conclusão e Recomendações .......................................................................................... 30
11. Registro Fotográfico ............................................................................................................. 36
12. Definições Técnicas ........................................................................................................... 37
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1. Objetivo
O objetivo deste relatório é de apresentar os resultados dos ensaios elétricos realizados em 18 de
fevereiro de 2022 no estator e rotor do gerador síncrono trifásico, SIEMENS – 15,75 kV / 206250
kVA TAG: 37410 BR9000 o qual teve sua inspeção feita nas instalações da Klabin unidade
Ortigueira PR.
A inspeção consistiu em verificar o estado da isolação do estator e do rotor, sendo realizadas
medições de resistência ôhmica dos enrolamentos, resistência de isolamento – IA/IP – step voltage
DC, surge test, medição de tangente delta, capacitância e medição e análise de descargas parciais.
A finalidade dos ensaios é avaliar as condições dielétricas e operacionais do gerador, referenciandose às Normas Técnicas aplicáveis, instruções e procedimentos operacionais de todos os
equipamentos.
Os serviços descritos foram realizados pela equipe técnica da SOS Máquinas e supervisão da
Klabin.
A conclusão e as recomendações são apresentadas no Item 10 deste relatório.
2. SCME – Sistema de Confiabilidade de Máquinas Rotativas
SCME SOS Máquinas engloba uma série de testes elétricos que fornecem uma visão geral precisa
da condição do isolamento da máquina rotativa.
O SCME – SOS Máquinas é um processo e não deve ser considerado como um evento único.
Medições e análises periódicas das tendências ao longo do tempo ajudarão na efetividade da
análise contribuindo para aumentar o nível de confiança do diagnóstico.
Os testes de Resistência de Isolamento (RI), Índice de Absorção (IA) e Polarização (IP),
Descarga Dielétrica (DD), Degrau de Tensão (Step Voltage), Resistência do Enrolamento, são
aplicáveis para todos os motores de corrente alternada (AC) e podem ser feitos fase por fase se o
ponto neutro for acessível.
O teste de Surge Test (surto de tensão) é aplicável a todos os motores. Para este teste, a tensão
aplicada será limitada à tensão nominal do motor (Un).
Tanδ e Descargas Parciais devem ser testadas na tensão nominal.
- Todo motor acima de 4kV para Tanδ e Descargas Parciais (DP).
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Resumo descritivo dos testes:
Medição e comparação de resistência do enrolamento
Este teste de comparação é baseado no princípio de que em um estator sem defeito de enrolamento,
os enrolamentos trifásicos são idênticos. Cada resistência de enrolamento trifásica é medida com
um Microhmímetro e os resultados comparados. Se os enrolamentos são idênticos as leituras são
idênticas.
Teste de resistência de isolamento (RI)
Neste teste, a carcaça do motor é aterrada e o instrumento de teste (Megôhmetro) impõe uma
tensão CC nos enrolamentos do motor. A resistência do enrolamento à terra deve estar bem acima
do valor mínimo aceitável.
Índice de polarização (IP)
O Índice de Polarização é um indicador que dá uma ideia da limpeza dos enrolamentos.
É uma relação entre a resistência de isolamento medida após 10 minutos e o valor de resistência
de isolamento medido após 1 minuto. Por ser uma proporção, não possui nenhuma unidade. O
índice de polarização deve estar acima de 2,0 para ser aceitável.
O teste de índice de polarização funciona com base no princípio de que as impurezas em um
enrolamento agem como portadores de carga e são responsáveis pela corrente de fuga que flui
quando o isolamento é testado. Essas impurezas podem ser polarizadas com o passar do tempo.
Ao medir a taxa de polarização, podemos determinar a quantidade de impurezas no enrolamento e
a limpeza do enrolamento.
Medição de descargas parciais (DP)
Descargas parciais são pequenas faíscas elétricas que ocorrem dentro do isolamento de média e
alta tensão dos equipamentos elétricos.
Cada DP discreta é o resultado de uma falha elétrica de uma imperfeição/cavidade dentro do
isolamento. Essas descargas provocam a degradação do isolamento e, eventualmente, resultam
em falha total causando o curto-circuito. O desenvolvimento progressivo de atividades de descargas
parciais é o maior sintoma da deterioração da isolação.
A medição de DP oferece a vantagem de medir a resposta do enrolamento a um nível de estresse
específico e prever seu desempenho futuro sem causar uma falha.
Medição do fator de dissipação (Tan δ)
Tan δ é um teste diagnóstico para determinar a qualidade global do sistema isolante. O teste Tan δ
trabalha com o princípio de que qualquer isolamento em seu estado puro atua como um capacitor.
Em um capacitor puro, a corrente está 90 graus à frente da tensão. O isolamento, em estado puro,
terá um comportamento semelhante. No entanto, se o isolamento se deteriorou devido à
contaminação de sujeira e umidade, a corrente que flui pelo isolamento também terá um
componente resistivo. Isso fará com que o ângulo da corrente seja inferior a 90 graus.
Esta diferença no ângulo é conhecida como “Ângulo de Perdas” ou “Fator de Perdas”. A tangente
do ângulo nos dá uma indicação do estado do isolamento.
Um valor mais alto para o ângulo de perdas indica um elevado grau de contaminação do isolamento.
Ao se comparar leituras periódicas da Tan δ, pode-se medir a deterioração do isolamento, prever a
expectativa de vida e planejar a manutenção e os reparos antes que ocorra uma falha inesperada.
Se o isolamento permanecer em condições estáveis, testes periódicos devem produzir
resultados semelhantes.
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3. Dados Técnicos do Equipamento
Os dados técnicos do equipamento testado são apresentados na Tabela 1 abaixo:
MOTOR SÍNCRONO
Fabricante:
SIEMENS AG
Potência:
206250 kVA
Nº de Série:
30560801
Tipo/Forma:
IM7215
Fases:
03
Classe Isol.:
F
Ligação: Y
Y
Ambiente:
41
∆T:
Classe B
Polos:
2
Rotação:
3600 rpm
Frequência:
60 Hz
Fator de Serviço:
NI
Cos ϕ:
0,8
Data de Fabricação:
2015
Grau de proteção:
IP 54
Tensão Nominal:
15750 V +/-10%
Corrente:
7561 A
Tensão Excitação:
NI
Corrente:
NI
Tabela 1. Dados do equipamento testado.
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4. Normas Técnicas
• ABNT NBR 17094-3 Máquinas elétricas girantes – Parte 3: Motores de indução trifásicos
―Métodos de ensaio.
• IEEE 62.2 – Guide for Diagnostic Field Testing of Electric Power Apparatus — Electrical
Machinery.
• IEEE 286 – Recommended Practice for Measurement of Power Factor Tip-up of Electric
Machinery Coil Insulation.
• IEEE 43 – Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery.
• IEC 60270 – High Voltage Test Techniques – Partial Discharge Measurements.
• IEC 60034.27.1 – Rotating Electrical Machines – Off-line Partial Discharge Measurements on The
Winding Insulation.
5. Equipamentos Utilizados
Descrição
Nº Série
Certificado
Calibração
Validade
Calibração
Microhmímetro Digital Instrum 10i
IN 318061-20189
0405/2021
01/04/2023
Deltamaxx Iris Power/Qualitrol
19011605
07877/21
28/04/2023
Surge Test SKF Baker DX12
13000-ANA-003
1054/2021
15/05/2023
Megôhmetro Megabras MD 5KVR
UO5019I
61309
09/09/2022
6. Condições Ambientais
As condições ambientais durante os ensaios do estator se apresentam na Tabela 2 abaixo:
Temperatura ambiente:
Temperatura média do enrolamento:
Umidade relativa do ar:
Tabela 2. Condições ambientais.
28 °C
25 °C
62 %
7. Perfil de Tensões
Para ensaios com tensão alternada no estator foi definida como U0nom = 10 kV rms a tensão de teste
nominal, que é aplicada gradualmente em passos de 20% equivalentes a 2kV rms.
Para ensaios com tensão contínua no estator aplicou-se como nível máximo 10,0 kV DC.
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Figura 1 – Degraus de tensão AC aplicada.
O circuito de teste utilizado para o ensaio de DP e Tan.δ está de acordo com o esquema apresentado nas
Figuras 2 abaixo (IEC 60034.27).
U~ =Fonte de AT
Cc = Acoplador capacitivo
Zm = Impedância de medição
Figura 2 – Circuito de Teste de DP
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8. Resultados dos Ensaios Elétricos no Estator
8.1. Resistência Ôhmica dos Enrolamentos
Resistência
Resistência corrigida
Desvio
medida FN
entre fases com neutro
%
(mΩ)
fechado @ 25 ºC (mΩ)
UxV
1,10
1,10
UxW
1,10
1,10
0
VxW
1,10
1,10
Avaliação: (Item 7 ABNT NBR 17094-3) Resultados adequados para operação (desvio <
2%).
Posição
8.2. Resistência de Isolamento (RI), Índice de Absorção (IA) e Índice de
Polarização (IP)
Tensão de Ensaio:
10.000V
Tempo
Fases UVW x M
[min.]
0,5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
IP
IA
RT
[MΩ]
981
3560
4100
6000
8500
11250
12600
14100
15900
16900
19600
5,51
3,63
Tenr [oC]:
25
[oC]:
28
62
TA
UR [%]
RC (40C)
[MΩ]
343
1246
1435
2100
2975
3938
4410
4935
5565
5915
6860
Observações:
(1) Rc = resistência de isolamento (MΩ) corrigida para 40°C
(2) RT = resistência de isolamento medida (MΩ) na temperatura Tenr.
(3) Tenr = temperatura do enrolamento (°C).
(4) Ta = temperatura ambiente (°C).
(5) UR = umidade relativa (%)
(6) IP = Índice de Polarização (R10min/R1min); (IA)= Índice de Absorção (R1min/R0,5min).
(7) DD = Índice de Descarga Dielétrica (DD)
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Avaliação: (IEEE 43-2013/ ABNT NBR 17094-3) Resultados indicam condição ótima da
isolação do estator.
Variação típica da resistência de isolamento com o tempo, para
enrolamentos classe B (ref. Fig.2 ABNT NBR 17094-3)
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8.3. Descarga Dielétrica (DD) Estator
O valor e o comportamento desta corrente específica podem fornecer boas informações sobre o
estado interno da isolação principal em termos de aumento do nível de moléculas polares e o estado
das regiões de interface na estrutura do sistema isolante, principalmente devido a processos de
delaminação interna, quando uma camada está com defeito entre camadas boas. A constante de
tempo da camada com defeito irá combinar as outras para produzir um valor de corrente de
reabsorção mais alto. Este é um teste de diagnóstico de isolamento muito bom para detectar
deteriorações e outros problemas no isolamento a ser avaliado.
Gráfico de Descarga Dielétrica
Avaliação (IEEE 43-2013) Resultado DD indica condição Favorável da Isolação.
Condição da Isolação Resultado DD
Ruim
Pobre
Questionável
Boa
Homogênea
>7
4- 7
2- 4
<2
0
Valores de referência para análise do resultado do teste DD para isolamento multicamadas
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8.4. Step Voltage DC Estator
Tabela Step Voltage DC – FASES UVW
Resistência
Tempo
Step Volt (V)
(MΩ)
01:00
2.000
37,2
Resistência
(MΩ) @ 40 °C
13,02
Corrente de Fuga
(µA)
53,3
02:00
4.000
64,2
22,47
62,3
03:00
6.000
92,9
32,51
64,6
04:00
8.000
189
66,15
42,2
05:00
10.000
217
75,95
45,3
SVT
5,83
Observações:
(1) SVT = Índice de Step Voltage (R5min/R1min). Valor de Referência = SVT ≥ 1.
Avaliação: (IEEE 43-2013) Resultados indicam OK
Avaliação Step Voltage:
Comportamento da Resistência de Isolamento
com o Step Voltage (SVT2)
Resistência de isolamento aumenta com o aumento da tensão
Resistência de isolamento se mantém com o aumento da tensão
Resistência de isolamento com queda de até 25% em qualquer passo de tensão
Resistência de isolamento com queda acima de 25% em qualquer passo de tensão
Avaliação
Ótimo
Bom
Atenção
Perigoso
Vemos claramente que do passo 1 ao passo 5 a resistência somente subiu. Condição ótima
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8.5. Surge Test Estator
Avaliação: (IEEE 522) As senoides das três fases apresentam desequilíbrio entre as formas de
onda. Os valores de Pulse to Pulse EAR (ppEAR – EAR Error Area Ratio) entre fases estão abaixo
da faixa recomendada máxima de 15%.
Aprovado
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8.6. Tanδ, Capacitâncias e Corrente de Fuga AC
8.6.1.
Fase U
Tensão
Aplicada (kV)
Freq. (Hz)
Capacitância
(µF)
Corrente
(mA)
TanDelta
(%)
1,85
61,26
0,02339
16,6
0,738
3,67
61,27
0,02326
32,9
0,778
5,52
61,27
0,0233
49,5
0,833
7,29
61,24
0,02338
65,6
0,917
9,1
61,22
0,0235
82,3
0,997
TIP-UP 100%
Tandelta 100%
0,997%
Tandelta 20%
0,738%
∆Tandelta (100-20) %
0,259%
Esperado
(< 2%)
TIP-UP 60%
Tandelta 60%
0,833%
Tandelta 20%
0,738%
∆Tandelta (60-20) /2 %
0,095%
Parâmetros
(%)
Tanδ (20%)
Tanδ (100%)
Esperado
(< 0,5%)
Valores de Referência
Ótimo
≤1
≤2
Bom
>1 ≤4
>2 ≤ 6
Atenção
>4 ≤8
>6 ≤12
Ruim
>8
>12
Valores de referência:
1) O valor inicial de Tanδ no primeiro nível de tensão de teste a 0,2 Un (20%) < 2%.
2) O valor do incremento do fator de dissipação calculado entre dois diferentes níveis de tensão;
por exemplo, entre 100 Un (100%) e 0,2 Un (20%) < 2%.
Os valores-limite para os parâmetros do fator de perdas de enrolamentos completos (Tanδ) não são
especificados nas normas. Se o isolamento permanecer em condições estáveis, testes periódicos
devem produzir resultados semelhantes.
Resultado típico de Tip-Up de motores e geradores em ótimas condições de isolamento.
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a) Gráfico Tanδ x Tensão – Fase U
b) Gráfico Corrente de Fuga AC x Tensão – Fase U
Corrente de Fuga AC (mA)
Corrente de Fuga (mA)
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
Tensão Aplicada (kv)
8
10
‘’
8.6.2.
FASE V
Tensão
Aplicada (kV)
Freq. (Hz)
Capacitância
(µF)
Corrente
(mA)
TanDelta
(%)
1,91
61,28
0,02344
17,3
0,708
3,6
61,28
0,02332
32,4
0,716
5,42
61,28
0,02333
48,7
0,816
7,22
61,25
0,02342
65,1
0,876
9,11
61,22
0,02353
82,4
0,931
TIP-UP 100%
Tandelta 100%
0,931%
Tandelta 20%
0,708%
∆Tandelta (100-20) %
0,223%
Esperado
(< 2%)
TIP-UP 60%
Tandelta 60%
0,816%
Tandelta 20%
0,708%
∆Tandelta (60-20) /2 %
0,108%
Parâmetros
(%)
Tanδ (20%)
Tanδ (100%)
Esperado
(< 0,5%)
Valores de Referência
Ótimo
≤1
≤2
Bom
>1 ≤4
>2 ≤ 6
Atenção
>4 ≤8
>6 ≤12
Ruim
>8
>12
Valores de referência:
1) O valor inicial de Tanδ no primeiro nível de tensão de teste a 0,2 Un (20%) < 2%.
2) O valor do incremento do fator de dissipação calculado entre dois diferentes níveis de tensão;
por exemplo, entre 100 Un (100%) e 0,2 Un (20%) < 2%.
Os valores-limite para os parâmetros do fator de perdas de enrolamentos completos (Tanδ) não são
especificados nas normas. Se o isolamento permanecer em condições estáveis, testes periódicos
devem produzir resultados semelhantes.
Resultado típico de Tip-Up de motores e geradores em ótimas condições de isolamento.
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a) Gráfico Tanδ x Tensão – Fase V
TanDelta (%)
2
Tanδ (%)
1,5
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tensão Aplicada (kV)
b) Gráfico Corrente de Fuga AC x Tensão – Fase 2-5
Corrente de Fuga AC (mA)
Corrente de Fuga (mA)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
Tensão Aplicada (kv)
8
10
‘’
8.6.3.
FASE W
Tensão
Aplicada (kV)
Freq. (Hz)
Capacitância
(µF)
Corrente
(mA)
TanDelta
(%)
1,82
61,27
0,02339
16,4
0,585
3,6
61,27
0,02327
32,3
0,831
5,48
61,26
0,0233
49,1
0,862
7,29
61,24
0,02339
65,6
0,929
9,08
61,2
0,0235
82,1
1,001
TIP-UP 100%
Tandelta 100%
1,001%
Tandelta 20%
0,585%
∆Tandelta (100-20) %
0,416%
Esperado
(< 2%)
TIP-UP 60%
Tandelta 60%
0,862%
Tandelta 20%
0,585%
∆Tandelta (60-20) /2 %
0,277%
Parâmetros
(%)
Tanδ (20%)
Tanδ (100%)
Esperado
(< 0,5%)
Valores de Referência
Ótimo
≤1
≤2
Bom
>1 ≤4
>2 ≤ 6
Atenção
>4 ≤8
>6 ≤12
Ruim
>8
>12
Valores de referência:
1) O valor inicial de Tanδ no primeiro nível de tensão de teste a 0,2 Un (20%) < 2%.
2) O valor do incremento do fator de dissipação calculado entre dois diferentes níveis de tensão;
por exemplo, entre 100 Un (100%) e 0,2 Un (20%) < 2%.
Os valores-limite para os parâmetros do fator de perdas de enrolamentos completos (Tanδ) não são
especificados nas normas. Se o isolamento permanecer em condições estáveis, testes periódicos
devem produzir resultados semelhantes.
Resultado típico de Tip-Up de motores e geradores em ótimas condições de isolamento.
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TanDelta (%)
2
Tanδ (%)
1,5
1
0,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tensão Aplicada (kV)
a) Gráfico Tanδ x Tensão – Fase W
Corrente de Fuga AC (mA)
Corrente de Fuga (mA)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
Tensão Aplicada (kv)
b) Gráfico Corrente de Fuga AC x Tensão – Fase W
8
10
‘’
8.7. Descargas Parciais – FASE U
a) Fase U – 100 % U0
Tensão de Início de Descarga (PDIV)= 3,66 kV
Tensão Aplicada (kV rms)
Qm (pC)
Qapp (pC)
Freq. (Hz)
9,17
1,49
1,49
61,22
Padrão DP (PRPD Pattern)
Amplitude dos Pulsos (Pulse Height Distribution)
Análise: A distribuição dos pulsos no padrão de DP (PRPD) indica a superimposição de atividades
de DP relacionadas a descargas oriundas de pontos junto as saídas dos canais. Os pulsos de maior
amplitude e dispersão são indicativos de descargas pontuais nas saídas dos canais (end-winding
discharges) que podem estar relacionadas a degradação da proteção anti-corona e proteção semicondutiva (controle de stress). As amplitudes das DP (Qapp) em geral são baixas, porém mostram
acumulo de pontos de DP isolados em quantidade alta, o que indicam um começo de deterioração
pontual do sistema isolante principalmente nas cabeças de bobina ou saída de canais.
Indicamos desmontagem do gerador, localização dos pontos de fuga e tratamento dos mesmos.
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b) Gráficos PRPD, Qmáx e Qapp – Fase U x M
FASE U x M
Tensão
Aplicada
PD Pattern
Distribuição Amplitude Pulsos
3,66 kV
Qmáx = 0,171 nC
Qapp = 0,604 nC
5,53 kV
Qmáx= 0,646 nC
Qapp = 0,650 nC
7,30 kV
Qmáx = 0,208 nC
Qapp = 0,683 nC
9,17 kV
Qmáx = 1,49 nC
Qapp = 1,49 nC
Parâmetros
DP (nC)
Valores de Referência
Ótimo
Regular
≤6
≥6 ≤8
Ruim
≥8≤10
Péssimo
≥10
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8.8. Descargas Parciais – FASE V
a) Fase V – 100 % U0
Tensão de Início de Descarga (PDIV)= 3,63 kV
Tensão Aplicada (kV rms)
Qm (pC)
Qapp (pC)
Freq. (Hz)
9,16
0,242
1,14
61,22
Padrão DP (PRPD Pattern)
Amplitude dos Pulsos (Pulse Height Distribution)
Análise: A distribuição dos pulsos no padrão de DP (PRPD) indica a superimposição de atividades
de DP relacionadas a descargas oriundas de pontos junto as saídas dos canais. Os pulsos de maior
amplitude e dispersão são indicativos de descargas pontuais nas saídas dos canais (end-winding
discharges) que podem estar relacionadas a degradação da proteção anti-corona e proteção semicondutiva (controle de stress). As amplitudes das DP (Qapp) em geral são baixas, porém mostram
acumulo de pontos de DP isolados em quantidade alta, o que indicam um começo de deterioração
pontual do sistema isolante principalmente nas cabeças de bobina ou saída de canais.
Indicamos desmontagem do gerador, localização dos pontos de fuga e tratamento dos mesmos.
‘’
b) Gráficos PRPD, Qmáx e Qapp – Fase V x M
FASE V x M
Tensão
Aplicada
PD Pattern
Distribuição Amplitude Pulsos
3,63 kV
Qmáx= 0,171 nC
Qapp = 1,02 nC
5,43 kV
Qmáx= 0,192 nC
Qapp = 0,642 nC
7,26 kV
Qmáx = 0,212 nC
Qapp = 0,667 nC
9,16 kV
Qmáx = 0,242 nC
Qapp = 1,14 nC
Parâmetros
DP (nC)
Valores de Referência
Ótimo
Regular
≤6
≥6 ≤8
Ruim
≥8≤10
Péssimo
≥10
‘’
8.9. Descargas Parciais – FASE W
a) Fase W – 100 % U0
Tensão de Início de Descarga (PDIV)= 3,60 kV
Tensão Aplicada (kV rms)
Qm (pC)
Qapp (pC)
Freq. (Hz)
9,02
0,396
0,504
61,17
Padrão DP (PRPD Pattern)
Amplitude dos Pulsos (Pulse Height Distribution)
Análise: A distribuição dos pulsos no padrão de DP (PRPD) indica a superimposição de atividades
de DP relacionadas a descargas nas saídas de canais e cabeças de bobina. Os pulsos de maior
amplitude e dispersão são indicativos de descargas nas cabeças de bobinas (end-winding
discharges) que podem estar relacionadas a degradação da proteção anti-corona e proteção semicondutiva (controle de stress). As amplitudes das DP (Qapp) em geral são baixas, porém mostram
pontos de DP com valores altos isolados principalmente nas cabeças de bobina, o que indicam um
começo de deterioração do sistema isolante principalmente nas saídas de canais e cabeças de
bobina.
É mostrado também nessa fase um aumento considerável de DP também nas partes retas das
bobinas na saída dos canais do que em relação as outras 2 fases.
Indicamos desmontagem do gerador, localização dos pontos de fuga e tratamento dos mesmos.
‘’
b) Gráficos PRPD, Qmáx e Qapp – Fase W x M
FASE W x M
Tensão
Aplicada
PD Pattern
Distribuição Amplitude Pulsos
3,60 kV
Qmáx = 0,379 nC
Qapp = 0,575 nC
5,48 kV
Qmáx =0,383 nC
Qapp = 0,879 nC
7,38 kV
Qmáx = 0,388 nC
Qapp = 0,471 nC
9,02 kV
Qmáx = 0,396 nC
Qapp = 0,504 nC
Parâmetros
DP (nC)
Valores de Referência
Ótimo
Regular
≤6
≥6 ≤8
Ruim
≥8≤10
Péssimo
≥10
‘’
9. Resultados dos Ensaios Elétricos no Rotor
9.1. Resistência Ôhmica do Enrolamento do campo
Resistência
medida (Ω)
0,205
Posição
Campo Motor
Resistência corrigida à
25 ºC (Ω)
0,205
9.2. Resistência de Isolamento (RI)
9.2.1.
Posição
Campo Motor
RI Campo Motor
Tensão
(V)
498
30”
(MΩ)
38,7
1’
(MΩ)
41,1
10’
(MΩ)
155
Gráficos RI x Tempo e Corrente de Fuga x Tempo
Campo Motor
1’ Corrigida
à 40°C (MΩ)
54,25
IA
IP
1,06
3,77
‘’
RI
IA
IP
Acima 50 MΩ: Ótimo
Acima 1: Ótimo
Acima 1: Ótimo
Entre 20 e 50 MΩ: Monitorar
Entre 0,8 e 0,99: Regular
Entre 0,8 e 0,99: Regular
Abaixo de 20 MΩ: Reprovado
Abaixo 0,8: Reprovado
Abaixo 0,8: Reprovado
Avaliação (IEEE 43-2013) Isolação rotor em estado monitoramento.
‘’
9.3. Descarga Dielétrica (DD) Rotor
O valor e o comportamento desta corrente específica podem fornecer boas informações sobre o
estado interno da isolação principal em termos de aumento do nível de moléculas polares e o estado
das regiões de interface na estrutura do sistema isolante, principalmente devido a processos de
delaminação interna, quando uma camada está com defeito entre camadas boas. A constante de
tempo da camada com defeito irá combinar as outras para produzir um valor de corrente de
reabsorção mais alto. Este é um teste de diagnóstico de isolamento muito bom para detectar
deteriorações e outros problemas no isolamento a ser avaliado.
Gráfico de Descarga Dielétrica
Avaliação (IEEE 43-2013) Resultado DD indica condição Favorável da Isolação.
Condição da Isolação Resultado DD
Ruim
Pobre
Questionável
Boa
Homogênea
>7
4- 7
2- 4
<2
0
Valores de referência para análise do resultado do teste DD para isolamento multicamadas
‘’
9.4. Step Voltage DC Rotor
Tabela Step Voltage DC – Campo rotor
Resistência
Tempo
Step Volt (V)
(MΩ)
01:00
100
217
Resistência
(MΩ) @ 40 °C
75,95
Corrente de Fuga
(µA)
0,435
02:00
200
245
85,75
0,770
03:00
300
263
92,05
1,100
04:00
400
269
94,15
1,460
05:00
500
284
99,40
1,750
SVT
1,3
Observações:
(1) SVT = Índice de Step Voltage (R5min/R1min). Valor de Referência = SVT ≥ 1.
Avaliação: (IEEE 43-2013) Resultados indicam OK
Avaliação Step Voltage:
Comportamento da Resistência de Isolamento
com o Step Voltage (SVT2)
Resistência de isolamento aumenta com o aumento da tensão
Resistência de isolamento se mantém com o aumento da tensão
Resistência de isolamento com queda de até 25% em qualquer passo de tensão
Resistência de isolamento com queda acima de 25% em qualquer passo de tensão
Avaliação
Ótimo
Bom
Atenção
Perigoso
Vemos claramente que do passo 1 ao passo 5 a resistência somente subiu. Condição ótima
‘’
9.5 Surge Test Rotor
Avaliação: (IEEE 522) A senoide apresenta leve desequilíbrio entre as formas de onda. Os valores
de Pulse to Pulse EAR (ppEAR – EAR Error Area Ratio) entre fases estão dentro da faixa
recomendada máxima de 15 %.
Aprovado
‘’
10. Conclusão e Recomendações
a) ESTATOR
O valor da resistência de isolamento (RI) está acima dos limites mínimos de referência nas três
fases. Os valores do índice de polarização e índice de absorção (IP e IA) estão acima dos limites
de referência nas três fases indicando aparentemente que a isolação está em um estado satisfatório
do ponto de vista de resistência de isolamento e limpeza da isolação, porém ela não mostra o
desgaste real da isolação. Estado normal.
No ensaio de Step Voltage DC observa-se que o comportamento da resistência de isolamento
apresenta aumento entre os passos de tensão. Estado normal.
O valor de descarga dielétrica também está dentro da normalidade o que indica que a isolação está
dentro da normalidade e deverá ser sempre acompanhada para se avaliar o nível de avanço da
deterioração dela. Estado normal.
Os valores de Tanδ indicam que as perdas do sistema isolante estão dentro da normalidade nas
três fases. Os índices estão normais em 100% e 20% o que o coloca como estado de normalidade
nas três fases. Estado normal.
Os índices de DP estão dentro da normalidade nas três fases, porém foi detectado nas três fases
picos isolados de descargas o que mostra que em alguns pontos do isolamento junto as cabeças
de bobina / saída de canais já se encontram em estado avançado de deterioração. Abaixo é
mostrado um exemplo do problema. A fase U está levemente com índices piores do que a V, apesar
de parecerem idênticas.
Fase U:
Fase V:
Já a fase W possui além dos picos isolados nas cabeças de bobina, um valor relativamente alto de
descargas na parte reta das bobinas (seria a parte retangular em laranja escuro mostrado abaixo),
o que mostra que essa fase está em se deteriorando mais rapidamente do que as outras duas.
Fase W:
‘’
‘’
‘’
As fotos acima (buroscopia) mostram o grande distanciamento que está entre os canais e as
bobinas, levando a um aumento da atividade de corona com consequente erosão das camadas anticorona e semicondutiva da isolação.
A análise dos padrões adquiridos (PRPD) e da distribuição das amplitudes dos pulsos (Pulse Height
Distribution) indica que a isolação principal do estator apresenta atividades de DP que podem estar
relacionadas à:
•
Fases 1/2/3: Descargas internas / delaminações e descargas nas saídas de canais /
cabeças de bobinas (internal discharges and endwinding discharges).
A norma IEC 60034-27-1 no anexo F (informativo) classifica a severidade associada às principais
fontes de DP em máquinas rotativas e o impacto no envelhecimento da isolação.
A norma IEC 60034-27-1 não estabelece valores absolutos das amplitudes das DP para
interpretação dos resultados. Recomenda-se a análise de tendências e comparação com resultados
de ensaios anteriores a fim de se classificar mais precisamente a condição atual da isolação com
base nas DP.
Em relação aos fenômenos detectados nas 03 fases do motor a classificação é considerada
moderada, existem problemas de deterioração isolada nas três fases nas partes reta e de cabeça
de bobina e as análises deverão ser feitas regularmente para levantamento de uma curva de
tendência. Estado de perigo.
No ensaio de Surge Test registrou-se equilíbrio entre as formas de onda e os valores de PPEAR
estão dentro dos limites recomendados para bobinados em boas condições (< 15%). Estado Normal
‘’
Recomendações gerais estator:
1. O estator possui um estado de RI, IA e IP em ótimo estado. Os índices de DD, SVT,
TAN ∂ e Surge test também encontram-se em ótimo nível. Porem nos ensaios de
descargas parciais mostrar nível geral baixo porem altos índices aglutinados em
pontos localizados mostrando estarem na crista da imagem (cabeças de bobinas /
saída de reta de bobinas), oriunda por pontos de corona devidamente confirmados
pela boroscopia onde ainda detectamos também que existem distâncias excessivas
entre as bobinas e os canais justamente nos pontos de corona, onde tais pontos
ficam com falta área vazias entre a bobina e o pacote magnético, no qual não efetua
corretamente a descarga das correntes parasitas, acumulando e facilitando assim a
formação do efeito corona e consequentemente gerando erosões e delaminação na
isolação.
2. Recomendamos a desmontagem do gerador, identificação de todos os pontos de
corona do estator, tratamento dos mesmos e repetição dos testes.
‘’
b) ROTOR
Os valores da resistência de isolamento (RI) estão abaixo dos limites ótimos de referência indicando
que o mesmo encontra-se em Estado de monitoramento.
O índice de polarização IP e IA estão OK.
No ensaio de Step Voltage DC observa-se que o comportamento da resistência de isolamento
apresenta aumento entre os passos de tensão. Estado normal.
O valor de descarga dielétrica também está dentro da normalidade o que indica que a isolação está
dentro da normalidade e deverá ser sempre acompanhada para se avaliar o nível de avanço da
deterioração dela. Estado normal.
No ensaio de Surge Test registrou-se equilíbrio entre as formas de onda e os valores de PPEAR
estão dentro dos limites recomendados para bobinados em boas condições (< 15%). Estado Normal
Recomendações gerais rotor:
1. Verificamos que o único índice que merece um monitoramento mais especial é o RI.
2. Assim baseado nos índices acima recomendamos que refaça as medições após 12
meses.
‘’
11. Registro Fotográfico
Detalhe ensaio RI e Step Voltage Estator.
Detalhe ensaio RI, IA e IP Rotor.
Detalhe ensaio DP e Tandelta.
Detalhe ensaio resistência ôhmica rotor.
‘’
12. Definições Técnicas
Descargas parciais: de acordo com a norma IEC 60270, é uma ruptura dielétrica localizada de uma
pequena parte de um sistema de isolamento elétrico sólido ou líquido sob estresse de alta tensão e
que não curto-circuita totalmente a isolação entre dois condutores.
Na Figura abaixo os fenômenos mais importantes de DP que podem ser detectados em máquinas
rotativas são representados juntamente com algumas definições. O grau de periculosidade de cada
evento é diferente, porque é necessário ter em consideração a localização de cada evento dentro
da máquina.
Fenômenos de DP relevantes a máquinas rotativas.
Microcavidades distribuídas (distributed microvoids): defeitos internos ao isolamento,
consistindo em pequenas microcavidades/vazios. Espera-se que este tipo de defeito esteja presente
em qualquer máquina devido a inevitáveis imperfeições no processo de impregnação.
Delaminação Interna (embedded delamination): espaços/vazios entre as lâminas de mica,
internas ao isolamento. Estas delaminações estão embutidas no isolamento. Estes defeitos podem
ser particularmente perigosos.
Delaminações lado condutor (conductor delamination): descolamentos do sistema de
isolamento do eletrodo de alta tensão (parte de cobre da barra). Estes defeitos são compostos de
delaminações que estão dispostas entre o eletrodo de alta tensão (condutores de cobre) e a
isolação.
Descargas em ranhura (slot discharges): descargas entre o isolamento principal da barra/bobina
e núcleo de ferro do estator. Estas descargas degradam primeiramente a camada de recobrimento
semicondutora, em seguida, a isolação principal.
Controle de Stress (Stress grading): descargas que ocorrem na junção das partes de controle de
stress e semicondutoras, na presença de contaminação / degradação
Barra a barra/bar a terra (Bar to bar/bar to ground): estas descargas ocorrem no espaço de ar
entre as barras de fases diferentes, ou entre uma barra e terra (ex.: entre uma barra e o dedo de
‘’
pressão).
Descargas nas cabeças de bobinas (end-winding discharges): estas descargas ocorrem
geralmente na seção final do enrolamento das bobinas (cabeças de bobinas) e na região de controle
de stress (stress grading).
Descargas no entreferro (Air gap discharges): estas descargas ocorrem no espaço de ar entre o
isolamento principal das barras/bobinas e núcleo de ferro do estator, em correspondência com o
controle de corona para as máquinas VPI.
Ruído excitação (Exciter noise): pulsos devido à comutação de componentes eletrônicos de
potência no circuito de excitação.
Superficial Externa/Corona (External surface/corona): estas descargas que ocorrem nas buchas
da máquina. São externas ao enrolamento. Sua fase mínima é tipicamente elevada (> 30°) e a fase
média é de cerca de 90.
Ruído de fundo (Background noise): sinais eletromagnéticos, não correlacionados com a tensão
aplicada, vindo do ambiente, como sinais de radiofrequência, comutação etc.
Distúrbios externos (External Disturbances): sinais externos, devido a fenômenos de descargas
parciais, relacionados com a tensão aplicada e acoplados ao circuito de medição.
Phase Resolved PD Pattern: é a representação mais comum das DP onde a amplitude e a
referência de fase de cada pulso coletado são representadas graficamente.
Distribuição de Amplitude de Pulso (Pulse Height Distribution): número de pulsos dentro de
uma série de janelas igualmente espaçadas de magnitude de pulso durante um período pré-definido
de medição.
Qm – Maior Amplitude de DP: repetidamente maior magnitude associada a uma taxa de repetição
de pulsos de DP de 10 pulsos por segundo (pps), que pode ser inferida diretamente de uma
distribuição de magnitude de pulso.
Qapp – Magnitude ponderada: registrada por um sistema de medição que tem a resposta do trem
de pulsos de acordo com a IEC 60270.
Medição da tangente do ângulo de perdas – Tanδ: medição das perdas dielétricas da isolação
sob valores especificados de temperatura, frequência e tensão ou solicitação dielétrica, expressa
pela tangente do complemento do ângulo tensão-corrente.
Resistência de isolamento: quociente entre a tensão contínua aplicada de polaridade negativa e
a corrente que flui pelo isolante da máquina. Este valor deve ser corrigido para 40 graus e medido
num instante especificado após a aplicação da tensão CC.
Índice de polarização (IP): quociente entre o valor da resistência medida ao final de 10 minutos e
o valor ao final de 1 minuto.
Índice de absorção (IA): quociente entre o valor da resistência medida ao final de 1 minuto e o
valor ao final de 30 segundos.
Descarga dielétrica (DD): num teste de descarga do dielétrico, a corrente de descarga é medida
após 60 segundos contados do final da medição (carga) de isolamento. O indicador DD é uma
grandeza que caracteriza a qualidade do isolamento, independente da tensão de teste.
‘’
RELATÓRIO TÉCNICO
DE
SERVIÇOS E MEDIÇÕES
MECÂNICAS
Gerador Síncrono Trifásico
206250 kVA / 15,75 kV
CLIENTE: Klabin Ortigueira
Unidade: Ortigueira PR.
‘’
LA (Lado Acoplado)
Diâmetro do munhão
Ø 373,95 mm
Folga da caixa de mancal x casquilho:
A
0,65 mm
B
0,60 mm
C
0,58 mm
D
0,55 mm
E
0,54 mm
F
0,55 mm
Medida interna do casquilho:
A
Ø 374,60 mm
B
Ø 374,55 mm
C
Ø 374,53 mm
D
Ø 374,50 mm
E
Ø 374,49 mm
F
Ø 374,50 mm
Folga do colo de labirinto:
0,25 mm
0,20 mm
0,20 mm
0,50 mm
‘’
Imagem do Munhão LA:
Imagem do Mancal LA:
‘’
Região escurecida do Mancal LA
Ensaio de LP no Mancal LA:
‘’
Mancal LA com riscos internos.
‘’
LOA (Lado Não Acoplado)
Diâmetro do munhão
Ø 373,95 mm
Folga da caixa de mancal x casquilho:
A
0,58 mm
B
0,57 mm
C
0,55 mm
D
0,54 mm
E
0,56 mm
F
0,55 mm
Medida interna do casquilho:
A
Ø 374,53 mm
B
Ø 374,52 mm
C
Ø 374,50 mm
D
Ø 374,49 mm
E
Ø 374,51 mm
F
Ø 374,50 mm
Folga do colo de labirinto:
0,30 mm
0,20 mm
0,20 mm
0,05 mm
‘’
Medição da rugosidade superficial dos anéis coletores:
‘’
‘’
‘’
Imagens do porta-escovas:
‘’
Imagem do munhão LOA:
Imagem do Mancal LOA:
‘’
Ensaio de LP no Mancal LOA:
Local de desplacamento do babite do mancal LOA