SURGE TEST - Com a utilização do equipamento e de suas ferramentas de análises é possível, Resumos de Engenharia Elétrica

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SURGE TEST

4kV – 12kV -

15kV

Manual do usuário

LHF INSTRUMENTAÇÃO LTDA.

Versão 14

Sumário

Avisos de segurança

• Equipamento elétrico de Alta Tensão!
• Deve ser utilizado por pessoal treinado e capacitado;
• Utilizar sempre os EPI’s necessários para essa atividade, sapato de segurança com solado de borracha OBRIGATÓRIO;
• Cuidado no manuseio do equipamento, suscetível a choques elétricos;
• Alimente o mesmo somente em tomadas aterradas eletricamente;
• Durante os testes mantenha-se afastado do motor/estator em teste;

Segurança operacional

O equipamento poderá operar somente alimentado em uma rede elétrica monofásica 1F + 1N + 1 PE. O aterramento elétrico da alimentação é fundamental para o correto funcionamento e proteção do equipamento e do operador durante os ensaios. Toda e qualquer intervenção no equipamento exige conhecimento técnico operacional. Não são indicados ensaios destrutivos no equipamento, como por exemplo, ensaios elétricos com a saída curto circuitada ou sem uma carga indutiva entre os terminais. Evite arcos elétricos entre os terminais do equipamento, mantenha as garras de conexão afastadas umas das outras durante os ensaios, se necessário utilize isolantes com capacidade adequada entre os terminais do equipamento.

Limites operacionais

Os equipamentos são indicados a operarem de acordo com os requisitos normativos de tensão de ensaios, e em geral a utilização do equipamento não se limita em relação ao tipo de bobinado, porém, existem limites operacionais que se estabelecem através de grandezas elétricas que constituem o bobinado, como indutância, resistência e capacitância do item sob testes. Os limites teóricos apresentados abaixo foram simulados pelo fabricante de acordo com o modelo do equipamento: Modelo do equipamento / Tensão de trabalho 4kV (aplicando 3kV) 12kV (aplicando 10kV) 15kV (aplicando 10kV) Resistência (Ohm) Indutância (H) Tensão Resultante Tensão Resultante Tensão Resultante 21m 4 u 300V 5500V 0V 32m 7,7u 400V 6500V 0V 30 m 13 u 500V 7500V 0V 56 m 66 u 1500V 7500V 0V 830 m 400 u 2950V 9500V 10000V 2,77 Ohm 8 m 3000V 10000V 10000V 8 Ohm 20 m 3000V 10000V 10000V 60 Ohm 90 m 3000V 10000V 10000V Os resultados apresentados foram adquiridos através da análise do impulso sob uma bobina com as características apresentadas na tabela, o nível de tensão ajustado no equipamento acaba sendo atenuado quando temos uma combinação de baixa indutância e baixa resistência elétrica na carga (item sob ensaios). No resultado acima podemos identificar uma sutil diferença entre o valor aplicado de 3000 V e o resultado do primeiro impulso negativo no gráfico, na pratica quanto menor for as grandezas de indutância e resistência, maior será a diferença entre o valor configurado no equipamento e o valor incidente sob a bobina. Estes resultados servem para ilustrar o fenômeno e não devem ser utilizados como referência, pois o resultado poderá ser bem diferente na prática. Estes limites operacionais não geram dano ao equipamento e por este motivo não se faz necessário o monitoramento das grandezas antes de qualquer ensaio.

Componentes

1 - Garras Jacaré de conexão – Terminais de saída; 2 - Botão de energização do computador (Power); 3 - Tela Touch Screen 10” para supervisório; 4 - Entradas para periféricos USB e de rede RJ45; 5 - Botão de início de teste (Start) e botão de paralisação de teste (Stop); 6 - Base da maleta de proteção; 7 - Tampa da maleta de proteção com informações pertinentes; 8 - ¹ Ponto de calibração do equipamento (NÃO UTILIZAR DURANTE OS TESTES – NÃO REMOVER TAMPA DE PROTEÇÃO) ; 9 - Terminais de saída S1 a S 4 para conexão à carcaça do estator bobinado ou motor em teste; 10 - Tomada de alimentação elétrica do equipamento 100 – 250 VCA – 50/60 HZ (F+N+PE); 11 - Indicador luminoso de POWER ON – Computador energizado – Sistema iniciando/iniciado; 12 - ² Indicador luminoso de STATUS operacional do equipamento;

¹ Para maiores informações sobre o procedimento de calibração consulte o manual de calibração Surge Teste. ² O indicador luminoso apresenta os seguintes estados do equipamento: Branco = Iniciado/ Pronto para execução de teste. Amarelo = Teste em execução. Verde = Teste aprovado. Vermelho = Teste reprovado.

Conceito teórico

O Princípio de funcionamento baseia-se em aplicar um breve surto de alta tensão sobre a bobina, esse surto gera um gradiente de tensão ao longo do bobinado, dessa forma cria-se uma diferença de potencial entre espiras que estressa momentaneamente o bobinado. Figura 1 - Circuito de surto simplificado Uma corrente com taxa de aumento elevada é aplicada ao longo da bobina, pelo princípio da indução, uma tensão é gerada ao longo do seu enrolamento. Devido às características do circuito RLC, essa tensão em resposta ao surto aparece no estator como uma forma de onda senoidal amortecida, a qual pode ser apresentada através de um osciloscópio. Figura 2 - Resposta senoidal característica Através da comparação entre fases ou de uma comparação em relação à um padrão previamente adquirido é possível avaliar distorções nas respostas senoidais, essas distorções indicam diferentes tipos de falhas, algumas formas de ondas características de falhas podem ser visualizadas no parágrafo Resultados.

Formas de análise da resposta natural

Frequência

A frequência natural de oscilação depende da indutância da bobina em análise e do valor do capacitor utilizado durante o teste. Através da avaliação da frequência de oscilação dessa resposta é possível detectar algumas falhas prováveis da bobina:

• Curto entre espiras;
• Bobinas ou espiras invertidas;
• Alterações físicas no núcleo ou tratamento térmico alterado;

Amortecimento

O amortecimento está relacionado à perda de energia do circuito RLC, formado pela bobina, sua resistência e o capacitor utilizado para o teste. Através da avaliação do amortecimento dessa resposta é possível detectar algumas falhas prováveis da bobina:

• Resistência alterada;
• Solda fria;
• Isolação comprometida;
• Outros (frequência).

Área

Integral da área absoluta, importante quando amortecimento é elevado como em motores montados com rotor ou em bobinas com elevado grau de indutância. Falhas Detectáveis:

• Curto cicuito entre espiras;
• Curto cicuito entre fases;
• Curto cicuito entre fase e massa;
• Outros (Frequência e amortecimento). Figura 3 - Frequência natural da resposta Figura 4 - Amortecimento natural RLC Figura 5 - Seção de análise de área

Operação

Informações sobre a utilização do equipamento.

Conexão das ponteiras de teste – Modelo 4000 V.

Conexão a 3 cabos

Para ligações de bobinados 3 cabos (com ligação interna em estrela ou triângulo), utilize os cabos S1, S2, S do Surge Test para conexão direta com os terminais do bobinado. O cabo S deve sempre estar conectado a carcaça da máquina sob teste. A configuração do teste deve ser feita através do software para realizar os testes entre as ligações 1-2, 1-3, 2-3, testando assim todos os circuitos. Indicam-se em casos específicos que sejam realizados os ensaios também na polaridade inversa 2-1, 3-1, 3-2, como forma redundante de teste.

Conexão a 6 cabos

Para ligações de bobinados 6 cabos, utilize os cabos do Surge Test correspondentes à numeração das ligações do motor, por exemplo, S1 conectado em Nº 1 do motor, e assim sucessivamente. O cabo S7 deve sempre estar conectado a carcaça da máquina sob testes. A configuração do teste deve ser feita através do software para realizar os testes entre as ligações 1 - 4, 2 - 5, 3 - 6, testando assim todos os circuitos. Indicam-se em casos específicos que sejam realizados os ensaios também na polaridade inversa 4-1, 5-2, 6-3, como forma redundante de teste. Neste caso específico se faz necessário a inversão física das pontas de testes¹. Figura 6 : Exemplo de ligação motor 3 cabos Figura 7 : Exemplo de ligação motor 6 cabos

Conexão das ponteiras de teste – Modelos 12000 V E 15 000 V.

Diferente dos modelos 4000 V os equipamentos de 12kV e 15kV não dispõe de seletor automático de canais de teste, portanto, se faz necessário a conexão individual da bobina a ser testada. O software irá apresentar uma mensagem de pausa entre testes, permitindo que o operador realize a troca da bobina/ligação a ser testada naquele momento. O cabo 1 do Surge Test sempre terá potencial positivo (+), e o cabo 2 sempre terá potencial negativo (-), enquanto o cabo 3 do equipamento sempre deve ser referenciado ao “CHASSIS” ou carcaça do motor ou gerador sob testes. Conforme exemplo abaixo para ligações 3 e 6 cabos, o teste sempre será realizado em uma bobina por vez, sendo necessário alternar as ponteiras 1 e 2 entre as bobinas durante o teste.

Conexão a 3 cabos

A configuração do teste deve ser feita através do software para realizar os testes entre as ligações 1-2, 1-3, 2-3, testando assim todos os circuitos. Indicam-se em casos específicos que sejam realizados os ensaios também na polaridade inversa 2-1, 3-1, 3-2, como forma redundante de teste.

Conexão a 6 cabos

A configuração do teste deve ser feita através do software para realizar os testes entre as ligações 1-4, 2-5, 3-6, testando assim todos os circuitos. Indicam-se em casos específicos que sejam realizados os ensaios também na polaridade inversa 4 - 1, 5 - 2, 6-3, como forma redundante de teste. Figura 8 : Exemplo de ligação motor 3 cabos Figura 9 : Exemplo de ligação motor 6 cabos

Teste rápido com a interfácil®

Figura 12 – tela do interfácil A tela interfácil (acessível no menu superior como “Teste rápido”) permite testes rápidos de motores/bobinas 3 e 6 cabos. Para realizar um ensaio basta selecionar a quantidade de cabos (Três ou Seis, botão nº 2 na figura 12), taxa de aquisição (Utilize a função Autoset, botão nº3) e a tensão a ser aplicada (botão nº4). Então clique em “Start” (canto inferior direito) ou pressione o botão verde na face do equipamento. Sobre a taxa de aquisição: a melhor taxa é aquela onde são mostrados 3 ou mais picos da senoide na tela. Ideal é não sobrar tela em branco (vazia após fim da onda) nem cortar picos da senoide. Através da tela de teste rápido ainda é possível gerar um relatório do ensaio em PDF, inserindo todos os dados da peça ao clicar em “inserir dados” (botão nº5) no canto superior esquerdo; finalmente clicar no botão circular logo ao lado. Os relatórios em PDF serão salvos em uma pasta chamada “Relatórios” que fica na área de trabalho (desktop) do computador.

Cadastro de testes

A aba testar permite iniciar o cadastro para um novo teste, é possível duplicar um cadastro padrão ou criar um cadastro, para criar do zero clique em cadastrar e para duplicar selecione o item que deseja e clique em duplicar. Um novo item precisa de um nome único e pelo menos um teste de surto cadastrado. Para cadastrar

um teste de surto, use o botão de adicionar a esquerda da lista do Cadastro de Surge-Test.

Figura 14 - Tela de cadastro de itens Figura 10 : Aba Testar

Figura 1 9 - Cadastro de comparativos

Cadastro para 1 2 cabos

Para permitir testes de bobinados de até 12 cabos a configuração de teste é realizada em duas etapas: na primeira as 6 saídas equivalem as ligações da bobina 1 - 4 , 2- 5 e 3- 6 , já na segunda equivalem as ligações 7 - 10 , 8- 11 e 9- 12. Para que o software identifique que o teste terá duas etapas é necessário inserir mensagem após a primeira sequência de bobinas, ou seja, após cadastrar as 3 primeiras ligações, inserir uma mensagem de pausa ao cadastrar a bobina 7/10, os itens 8/ e 9/12 podem então ser cadastrados normalmente. Para o modelo de 12 kV a mensagem é inclusa automaticamente.

Cadastro de Teste Comparativo

Trata-se da configuração para análise automática entre respostas (bobinas), ou seja, neste campo configuram-se quais bobinas serão comparadas e quais serão os erros admissíveis em percentual para cada parâmetro de análise do equipamento. O teste comparativo só é válido para cadastro se estiver com nome definido e ao menos dois testes de surto selecionados como ON. Os valores de taxa de aquisição e tensão não podem ser diferentes entre os testes selecionados. O teste será aprovado caso o resultado do cálculo de diferença de percentual entre os testes selecionados for menor que o valor de tolerância definida na tabela, nos campos de amortecimento, área, frequência e indutância. O padrão de fábrica é 10%, porém este valor é editável e deve ser utilizado conforme o padrão interno do usuário ou de acordo com as normas vigentes. Figura 1 8 - Mensagem de pausa

Figura 18 – Tolerâncias para motores fechados

Ajuste de tolerâncias – Motores montados

Em caso de teste de motores fechados ou bobinas de baixa indutância, em testes individuais ou comparativos, se faz necessário realizar a configuração das tolerâncias admissíveis de teste conforme figura 18 , onde apenas o campo de área será usado na análise dos resultados e os outros fatores serão ignorados. Os fatores de Amortecimento, Frequência e Indutância devem ser desabilitados. Nestes casos preencha o campo com 100% de tolerância para desabilitar o fator. Isto é necessário devido à variação de indutância do circuito “RLC”, fazendo com que as características de amortecimento e frequência do sinal mudem. A figura 19 mostra a resposta de um mesmo motor, porém, em estágios diferentes, a resposta do estator bobinado está em vermelho, comparado com a resposta do mesmo motor montado, em branco. De forma geral o operador pode definir quando deve utilizar todos os fatores observando a resposta durante o cadastro de Surge Test, na etapa de definição da taxa de aquisição. Verifique se a resposta da bobina apresentou mais que 3 picos positivos, caso afirmativo pode-se utilizar todos os fatores habilitados, em caso negativo proceda com a configuração conforme citado neste sub-item. Figura 1 9 – Comparação entre Estator (Vermelho) e motor fechado (Branco).