UNIVERSIDADE DE BRASLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

ANLISE DOS ENSAIOS DE COMISSIONAMENTO DE UM GERADOR SNCRONO

VITOR SILVA MACHADO

Braslia DF 2008

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VITOR SILVA MACHADO

ANLISE DOS ENSAIOS DE COMISSIONAMENTO DE UM GERADOR SNCRONO

Projeto de Concluso de Curso submetido Universidade de Braslia, como requisito parcial para obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Professor Ivan Marques de Toledo Camargo

Braslia - DF 2008

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VITOR SILVA MACHADO

ANLISE DOS ENSAIOS DE COMISSIONAMENTO DE UM GERADOR SNCRONO

Projeto de Concluso de Curso submetido Universidade de Braslia, como requisito parcial para obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista.

Banca Examinadora

_______________________________________

Prof. Ivan Marques de Toledo Camargo Orientador

_______________________________________

Prof. Ansio de Leles Ferreira Filho

_______________________________________

Prof. Rafael Amaral Shayani

Braslia - DF 2008

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DEDICATRIA

Dedico esse trabalho ao meu amigo/irmo Philippe (in memorian), por me fazer acreditar que o sentido da vida est alm de uma simples conquista, concretiza-se na busca da sua felicidade, dos seus sonhos e de suas realizaes.

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente eu gostaria de agradecer minha famlia; ao meu pai Tlio, que antes de tudo me inspirou a fazer este projeto e me deu fora, apoio e incentivo sempre; minha me Lize, pelos ensinamentos e por sempre dizer que a minha maior herana o estudo, me incentivando para tal; aos meus irmos Anna e Tlio pela compreenso e apoio nas horas que eu mais precisei.

Agradeo tambm galera da Babilnia, pela prestatividade e fora em todos os momentos, alm de sempre terem me ajudado, me motivando e me apoiando na elaborao deste projeto.

Ao meu orientador Ivan, pelo incentivo, confiana e auxlio. A todos aqueles que direta ou indiretamente contriburam pra este projeto,

principalmente a Deus que me capacitou para vencer todos os obstculos encontrados no decorrer desta etapa, permitindo a concretizao dos meus objetivos.

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RESUMO

O presente trabalho tem por objetivo a descrio e anlise dos principais ensaios realizados em um gerador sncrono durante a fase de comissionamento.

Este um projeto de carter exploratrio, com a finalidade de analisar e identificar os principais testes realizados em um gerador sncrono antes de sua operao comercial, atravs de visita ao local de comissionamento, para acompanhamento e coleta dos resultados obtidos em campo.

Apresentam-se inicialmente, a ttulo de fundamentao, referncias que contextualizam conceitos dos principais parmetros que descrevem o modelo do circuito equivalente de uma mquina sncrona operando em regime permanente e transitrio, dando embasamento para a anlise dos resultados obtidos. Na seqncia, so abordados os procedimentos metodolgicos, por meio de definies, descries e esquemticos, a apresentao e justificativa dos principais critrios de avaliao descritos em norma e o procedimento adotado em um conceituado livro de mquinas eltricas para a determinao das caractersticas da mquina em estudo para uma situao real de carga.

Por fim apresentada a concluso do projeto, expondo as principais idias levantadas sobre a obteno dos dados coletados em campo durante a fase de comissionamento, por parte da equipe responsvel pelo fornecimento da unidade geradora.

Palavras-chave: Gerador sncrono. Ensaios de comissionamento. Determinao de caractersticas e parmetros.

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ABSTRACT

The aim of this paper is the description and analysis of the recommended site tests and the special performance tests of a synchronous generator during the commissioning phase.

This is an exploratory project, aimed to analyze and identify the main tests conducted in a synchronous generator before its commercial operation, through visits to the place of commissioning, to follow up and collect the results obtained in the field.

Initially, references will be presented for the concepts of the main parameters that describe the model of the equivalent circuit of a synchronous machine operating in steady and transitory state, giving basis for the analysis of the obtained results. In the sequence, the methodological procedures are approached, through definitions, descriptions and schematic. A presentation and justification of the principles described in the standards will be made. It will also be made a description of the procedure adopted in a considered book of electric machines for the determination of the characteristics of the machine in study for a real situation of load.

Finally the conclusion of the project is presented, exposing the ideas about the obtaining of the data collected in field during the commissioning, on the part of the responsible team for the supplied generating unit.

Keywords: acceptance and performance testing, parameter determination, synchronous generator.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Modelo do Circuito Equivalente. ................................................................ 9 Figura 3.1: Esquema de ligao para medio da resistncia de isolamento e ndice de polarizao do estator. ......................................................................................... 25 Figura 3.2: Medies da resistncia de isolamento no enrolamento do estator para

C27 . ........................................................................................................................ 29 Figura 3.3: Medies da resistncia de isolamento no enrolamento do estator convertido para C40 . ............................................................................................... 31 Figura 3.4: Esquema de ligao para ensaio com tenso alternada no enrolamento estatrico. .................................................................................................................. 34 Figura 3.5: Esquema de ligao do ensaio com tenso contnua no enrolamento estatrico. .................................................................................................................. 35 Figura 3.6: Esquemtico do mtodo voltmetro-ampermetro.................................... 38 Figura 3.7: Esquemtico para o mtodo da Ponte. ................................................... 40 Figura 3.8: Esquema de ligao para medio da resistncia de isolamento do rotor. .................................................................................................................................. 45 Figura 3.9: Esquema de ligao para ensaio com tenso alternada no enrolamento de campo................................................................................................................... 49 Figura 3.10: Esquema de ligao do ensaio com tenso contnua no enrolamento de campo. ...................................................................................................................... 49 Figura 3.11: Esquemtico do mtodo corrente e tenso para o enrolamento de campo. ...................................................................................................................... 53 Figura 3.12: Esquemtico do mtodo da ponte de Thomson para o enrolamento de campo. ...................................................................................................................... 54 Figura 3.13: Caracterstica terica do Gerador Sncrono W42. ................................. 57 Figura 3.14: Esquemtico para o levantamento da caracterstica vazio. ............... 59 Figura 3.15: Caracterstica de saturao a vazio. ..................................................... 61 Figura 3.16: Linha de entreferro. ............................................................................... 62 Figura 3.17: Esquemtico para o levantamento da caracterstica em curto-circuito. 64 Figura 3.18: Curva caracterstica de curto-circuito. ................................................... 66 Figura 3.19: Caracterizao do gerador W42............................................................ 69 Figura 3.20: Esquemtico para verificao da seqncia de fase. ........................... 71

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Figura 3.21: Esquemtico de ligao do ensaio de rejeio de carga. ..................... 74 Figura 3.22: Determinao do Tringulo de Potier. ................................................... 78 Figura 2.23: Diagrama ASA....................................................................................... 80 Figura 4.1: Exemplo - Caracterstica vazio. ............................................................ 84 Figura A1: Vista do Vertedouro e da Casa de Fora da UHE Capim Branco II, durante a fase de comissionamento da Unidade Geradora 1. .................................. 92 Figura A2: Estrutura do ncleo magntico do estator. .............................................. 93 Figura A3: Estrutura do rotor. .................................................................................... 93 Figura A4: Vista do entreferro da mquina. ............................................................... 94 Figura A5: Turbina Kaplan......................................................................................... 94 Figura A6: Vista panormica da mquina em fase final de comissionamento. ......... 95

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1: Temperatura de referncia no clculo das perdas. ................................ 12 Tabela 2.2: Dados mecnicos. .................................................................................. 16 Tabela 3.1: Ajuste da tenso no aparelho de medio. ............................................ 24 Tabela 3.2: Valores mnimos recomendados para IP. ............................................... 27 Tabela 3.3: Valores da resistncia de isolamento e IP do estator em C27 . ............ 28 Tabela 3.4: Valores da resistncia de isolamento e I.P. do estator corrigidos para

C40 . ........................................................................................................................ 30 Tabela 3.5: Valores medidos da resistncia hmica do enrolamento estatrico para cada fase. .................................................................................................................. 41 Tabela 3.6: Resultado do ensaio da resistncia de isolamento do rotor, para C27 . 46 Tabela 3.7: Resultado do ensaio da resistncia de isolamento do rotor, para C40 . 46 Tabela 3.8: Valores medidos da resistncia hmica do enrolamento de campo. ...... 55 Tabela 3.9: Dados do ensaio vazio coletados em campo. ..................................... 60 Tabela 3.10: Dados do ensaio em curto-circuito coletados em campo. .................... 65 Tabela 3.11: Dados do ensaio de rejeio de carga. ................................................ 75 Tabela 3.12: Dados do ensaio de Fator de Potncia Zero ........................................ 81

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LISTA DE SMBOLOS E ABREVIATURAS

CA: Corrente Alternada. CC: Corrente Contnua. IEC: International Electrotechnical Commission. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers. ITC: Instruo de Teste de Campo. kV: Quilovolt. kVA: Quilovolt-ampre. kvar: Potncia Reativa. kW: Potncia Ativa. RT: Regulador de Tenso. RV: Regulador de Velocidade. TC: Transformador de Corrente. TP: Transformador de Potncial. UHE: Usina Hidreltrica.

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SUMRIO

1 INTRODUO ..................................................................................................... 1 1.1 Filosofia do Comissionamento ...................................................................... 2 1.2 Estrutura do Trabalho ................................................................................... 3

2 CARACTERSTICAS E ASPECTOS CONSTRUTIVOS ...................................... 5 2.1 Estrutura do Estator ...................................................................................... 5 2.2 Estrutura do Rotor ......................................................................................... 6 2.3 Dados Tcnicos ............................................................................................ 6

2.3.1 Descrio ............................................................................................... 6 2.3.2 Dados Nominais de Projeto ................................................................... 6

3 ENSAIOS ........................................................................................................... 22 3.1 Ensaios Estticos ........................................................................................ 22

3.1.1 Ensaio de medio da resistncia de isolamento e verificao do ndice de Polarizao do estator (IP). ........................................................................... 22 3.1.2 Ensaio de tenso aplicada no enrolamento do Estator. ....................... 32 3.1.3 Medio da resistncia hmica do enrolamento do Estator. ................ 37 3.1.4 Medio da resistncia de isolamento do Rotor. ................................. 43 3.1.5 Ensaio de tenso aplicada no enrolamento do Rotor. ......................... 47 3.1.6 Medio da resistncia hmica do enrolamento de campo. ................ 51

3.2 Ensaios Dinmicos ...................................................................................... 56 3.2.1 Ensaio a vazio. ..................................................................................... 56 3.2.2 Ensaio em curto-circuito. ..................................................................... 63 3.2.3 Verificao da seqncia de fase. ....................................................... 70 3.2.4 Ensaio de rejeio de carga ativa. ....................................................... 72 3.2.5 Curva de Fator de Potncia Zero e determinao da corrente de excitao nominal. ............................................................................................. 77

4 EXEMPLO DE CLCULO DAS CARACTERSTICAS DO GERADOR .............. 83 5 CONCLUSO .................................................................................................... 89 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................................... 90 APNDICE ................................................................................................................ 92

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1 INTRODUO

As mquinas sncronas esto entre os trs tipos mais comuns de mquinas eltricas. Alm da sncrona existem as mquinas de induo e as mquinas de corrente contnua. Denominam-se sncronas pois operam velocidade e freqncia constante em regime permanente. A sua operao pode ser como um motor ou como um gerador. Devido s razes construtivas e ao seu custo maior em relao s outras mquinas eltricas, como as mquinas de induo, elas so, entretanto mais utilizadas como geradores.

Uma utilizao tpica da mquina sncrona funcionando como gerador em centrais eltricas independente do seu tipo (hdrica, a carvo, a diesel, etc.). No Brasil praticamente toda energia eltrica disponvel produzida por geradores sncronos operando em Hidroeltricas; eles convertem energia mecnica em energia eltrica a partir da movimentao de turbinas pela fora da gua.

Para um gerador sncrono entrar em operao comercial, necessrio a realizao de testes que comprovam a sua integridade quanto ao desenvolvimento e montagem dos principais componentes que formam a estrutura da mquina. Estes testes so chamados de Ensaios de Comissionamento e so realizados seguindo normas e diretrizes especficas.

Neste trabalho, so abordados os principais ensaios realizados em um gerador sncrono especfico, quanto aos seus conceitos, objetivos e metodologia. Uma anlise qualitativa feita a partir dos resultados coletados em campo.

O gerador sncrono em estudo uma mquina produzida e montada pela VA TECH HYDRO do Grupo ANDRITZ. Os resultados dos ensaios foram coletados durante a fase de comissionamento realizada na Usina de Capim Branco II, localizada no rio Araguari entre os municpios de Uberlndia e Araguari, no perodo de Janeiro Maro do ano de 2007.

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1.1 Filosofia do Comissionamento

A fase de comissionamento de um gerador sncrono realizada aps a concluso da montagem das estruturas do gerador pela empresa responsvel, que dever fornecer o Certificado de Concluso de Montagem (CCM), contendo, alm do visto do responsvel tcnico, as eventuais pendncias de montagem e ou fornecimento. De posse deste certificado o supervisor de comissionamento dever avaliar as reais condies para o incio dos ensaios, caso o mesmo considere que o equipamento no esteja em condio de operao, o documento dever ser devolvido equipe de montagem para as devidas correes.

O comissionamento do gerador sncrono dividido em duas fases. Primeiramente, tem-se a fase de pr-comissionamento que consiste na realizao da calibrao e verificao do correto funcionamento de todos os equipamentos e instrumentos utilizados para medio e monitoramento dos principais parmetros da unidade geradora. Os sensores de temperatura, responsveis pelo monitoramento da temperatura das estruturas que compem o conjunto gerador-turbina, so verificados e calibrados para garantir uma leitura adequada das temperaturas durante os ensaios. Os sensores de vibrao, responsveis por monitorar o equilbrio e a correta montagem das estruturas da mquina, so verificados e calibrados para assegurar que nenhum dano ocorra nos elementos que compem a estrutura da mquina durante os ensaios que requerem o giro mecnico da unidade.

Concluda a fase de pr-comissionamento, o Supervisor, em conjunto com os demais componentes do grupo de comissionamento, devero efetuar uma reunio para definir a seqncia da segunda fase de testes no gerador.

A segunda fase do comissionamento consiste na realizao dos testes responsveis pela determinao das principais caractersticas de uma mquina sncrona. So divididos em ensaios estticos e ensaios dinmicos.

Compreendem-se por ensaios estticos todos aqueles os testes que no implicam na rotao da unidade geradora, ou seja, preparatrio para o giro mecnico. Alguns ensaios estticos no possuem interfaces com os demais

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equipamentos da central geradora, como turbina, mancais e eixos, e podero ocorrer, se devidamente acordado com a montadora, em paralelo com as atividades de montagem.

Entende-se por ensaios dinmicos todos os testes realizados quando a mquina se encontra em movimento, giro mecnico. No momento da sua realizao, recomenda-se que seja efetuada a distribuio de pessoas por toda a unidade, para observao de eventuais anomalias e/ou rudos estranhos, bem como definio da ordem de contato com o gerente lder do grupo de comissionamento para, caso houver necessidade, abortar o ensaio em curso.

Todos os ensaios executados devem ser registrados nas respectivas planilhas de resultados, para obteno de parmetros de comparao com o projeto e anlise dos dados operacionais iniciais dos equipamentos e sistemas auxiliares que serviro como valores de referncia para composio do histrico e utilizao na futura operao e manuteno do equipamento.

1.2 Estrutura do Trabalho

Este trabalho apresenta-se desenvolvido da seguinte forma:

O Captulo 2 destina-se conceituao dos principais parmetros de uma mquina sncrona operando como um gerador. So definidas as caractersticas e os dados nominais de projeto, tanto de estado permanente quanto de estado transitrio da mquina em estudo.

No Captulo 3 so apresentados os principais ensaios realizados na fase de comissionamento. So definidos os conceitos, os objetivos e a metodologia de cada ensaio. Os resultados obtidos para a mquina em estudo so descritos, e uma anlise, quanto ao critrio de avaliao, feita comparando-se com os valores nominais de projeto definidos no captulo 2.

Um exemplo de clculo das principais caractersticas da mquina realizado

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no captulo 4, mostrando os conceitos e metodologia desenvolvidos em um conceituado livro de mquinas eltricas. No final, feita uma anlise dos valores obtidos para uma situao real de carga.

As concluses finais alcanadas com este trabalho so abordadas no Captulo 5.

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2 CARACTERSTICAS E ASPECTOS CONSTRUTIVOS

O princpio de funcionamento de um gerador sncrono baseado na lei da induo eletromagntica de Faraday. A gerao da fora eletromotriz (fem) devido ao movimento relativo entre os condutores e o fluxo magntico gerado pela circulao das correntes nas duas principais partes eltricas da mquina, o estator e o rotor.

No rotor, a circulao de corrente devido ao sistema de excitao, pela aplicao de uma fonte de corrente contnua. E a circulao de corrente no estator devido ligao do mesmo a uma carga.

As caractersticas do estator e do rotor sero descritas a seguir, juntamente com seus aspectos construtivos que melhor representam o modelo fsico adotado para descrever seu desempenho e funcionalidade. Essas caractersticas so baseadas nos valores nominais de projeto.

2.1 Estrutura do Estator

A estrutura do estator de uma mquina sncrona cilndrica e composta de um material ferromagntico laminado posicionado de forma a deixar espaos iguais entre as laminaes subseqentes. Preenchendo esses espaos, so colocadas estruturas feitas de material isolante, as bobinas. Essas bobinas so interconectadas formando o enrolamento do estator tambm denominado armadura. (vide figura A2 em anexo).

O seu sistema de isolamento definido como Vacuband, constitudo por mica, com uma camada de fibra de vidro, impregnado com uma resina especial (epoxy).

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2.2 Estrutura do Rotor

A estrutura do rotor de uma mquina sncrona de formato cilndrico constitudo por material ferromagntico laminado com propriedades semelhantes ao material do estator. O rotor pode ser de dois tipos, rotor de plos lisos e de plos salientes. Como o gerador em estudo, a maioria dos geradores hidrulicos possuem plos salientes. O termo saliente pode significar projetado; os plos so projetados para fora da estrutura do rotor caracterizando um entreferro no uniforme. Para uma melhor visualizao vide figura A3 em anexo.

2.3 Dados Tcnicos

2.3.1 Descrio

A mquina em estudo um Gerador Sncrono Trifsico de eixo vertical, com dimenses 6,80 metros de altura e 1,42 metros de largura, acoplado rgido a uma turbina tipo Kaplan. (vide figura A5 em anexo).

As principais partes do gerador so: o enrolamento e o ncleo do estator, o enrolamento do rotor, o corpo dos plos e o isolamento dos plos.

O rotor possui 44 plos simtricos, sendo montados de forma a obter uma alternncia na polaridade dos plos consecutivos.

A alimentao da mquina feita atravs de anis e escovas, conectados ao enrolamento do rotor. O seu sistema de isolamento pertence a classe trmica F definida de acordo com [1]. O sistema de resfriamento formado por duas vias, ar/gua, sendo que a temperatura projetada para este sistema de C30 .

2.3.2 Dados Nominais de Projeto

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Os principais valores nominais da mquina em estudo so descritos a seguir. Sabendo que a mquina um gerador sncrono de plos salientes conforme descrito anteriormente, temos:

Tenso Nominal

Tenso nominal definida como sendo a tenso de trabalho do enrolamento do estator. Para o gerador em estudo tem-se:

kVV nalnomi 8,13=

Para manter a tenso nominal em uma margem prxima ao valor de projeto, a mquina deve ser conectada um regulador de tenso (RT), o qual atua em paralelo com o sistema de excitao.

Freqncia

Em uma mquina sncrona o processo de converso de energia ocorre quando o campo do estator e do rotor esto sincronizados, isto , eles rodam na mesma velocidade. Essa velocidade de operao denominada velocidade sncrona, e pode ser obtida da seguinte forma:

ps N

f120=

( 2.1)

Sabendo que Hzf 60= (freqncia de operao) e que a mquina possui 44 plos no seu enrolamento de campo, tem-se:

rpms 64,16344)60)(120(

==

Potncia Nominal

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Um dos principais dados de projeto de uma mquina sncrona a sua potncia instalada, ou seja, a sua potncia aparente. O seu valor pode ser calculado como:

*3____

3

__

analnomi IVS = ( 2.2)

Na forma retangular, tem-se:

senIVIVS analnomianalnomi 3cos33__

+= ( 2.3)

onde:

cos3 ainalnom IVP = senIVQ analnomi3=

As expresses acima descritas referem-se s potncias ativa e reativa, respectivamente. A potncia ativa ( P ) representa a taxa de variao mdia de energia que flui da mquina para a rede em que ela se encontra conectada. J a potncia reativa ( Q ) est relacionada ao armazenamento de energia por parte dos elementos reativos do sistema da mquina e no contribui para o trabalho efetivamente realizado.

Sendo o valor nominal de projeto da potncia aparente do gerador sncrono em estudo kVAS 742003 = e sabendo que a mquina opera com tenso nominal

igual a VV nalnomi 13800= na freqncia 60 Hz, encontra-se a corrente nominal de

armadura da seguinte forma:

AIV

SI a

nalnomia 3,310438,13

742003

3===

Sabendo que em condies nominais de operao o fator de potncia ( fp ) de 0,95 e que a corrente est atrasada em relao a tenso, pode-se escrever os

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fasores da tenso e corrente nominal da seguinte forma (tomando como referncia a tenso):

VV nalnomi = 013800__

e AIa = 2,183,3104__

Logo,

var25,2317592,70487

25,2317592,704872,1874200*3__

__

3

__

kQkWP

ja

outout

nalnomi IVS

==

+===

Circuito equivalente em regime permanente

Para uma melhor compreenso a respeito do comportamento dos principais parmetros de uma mquina sncrona de plos salientes, desenvolveu-se um modelo de seu circuito equivalente. A figura 2.1 descreve esse modelo.

Figura 2.1: Modelo do Circuito Equivalente.

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Neste modelo, so consideradas somente as caractersticas do estado permanente e a descrio feita para cada fase do enrolamento de armadura.

A tenso fE definida como sendo a tenso induzida no enrolamento de

armadura. Do circuito tem-se:

____________

nqqddaaf VIjXIjXIRE +++= ( 2.4)

Sendo aI a corrente que circula no enrolamento de armadura e pode ser

dividida em duas componentes uma atuando no eixo d (direto) e a outra no eixo q (quadratura). Logo,

______

qda III += ( 2.5)

As componentes dI e qI produzem quedas de tenso caracterizadas pela

presena das reatncias dX e qX .

Para melhor elucidar o modelo do circuito equivalente do gerador sncrono em estudo, sero dados as definies e os valores nominais de projeto de cada parmetro baseados em [2] e [3].

Reatncia sncrona de eixo direto dX .

Define-se como sendo a razo entre a componente AC da tenso de armadura ( fE ) que produzida pelo fluxo total no eixo direto gerado pela componente dI da corrente de armadura, pela componente AC dessa corrente,

considerando que a mquina opera na velocidade nominal. Existem dois diferentes valores para este parmetro, a componente saturada ( dsX ) e no-saturada ( dnX ).

A reatncia sncrona de eixo direto no-saturada dnX pode ser determinada

pela relao entre a tenso nominal e a corrente de armadura obtida com a mesma corrente de campo no ensaio de curto-circuito. O valor de projeto dado por:

puX dn 947,0=

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A reatncia sncrona de eixo direto saturada dsX depende das condies de

operao da mquina e est relacionada saturao do circuito magntico. O valor nominal de projeto dado por:

puX ds 757,0=

Reatncia sncrona de eixo em quadratura qX .

Define-se como sendo a razo entre a componente AC da tenso de armadura que produzida pelo fluxo de armadura total no eixo em quadratura gerado pela componente qI da corrente de armadura, pela componente fundamental

dessa corrente no estado permanente e em condies nominais de freqncia. O valor nominal de projeto dado por:

puX q 60,0=

Reatncia de disperso lX

A reatncia de disperso do enrolamento est ligada ao fluxo de disperso gerado pela reao de armadura no circuito magntico do enrolamento de armadura. Seu valor pode ser encontrado a partir da Curva de Fator de Potncia Zero e a construo do Tringulo de Potier. Para a mquina em estudo tem-se:

puX l 104,0=

Resistncia de campo fR .

A resistncia hmica de campo define-se como sendo a relao entre a tenso nominal e a corrente nominal do enrolamento do rotor, e responsvel pela queda de tenso interna em carga. O valor desse parmetro depende diretamente da temperatura em que se encontra a estrutura.

Sabendo que os valores nominais de projeto da tenso e corrente de excitao para uma temperatura de C115 so VVCC 173= e AI f 1140= ,

respectivamente tem-se:

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=== mI

VR

f

CCf 1511140

173

Resistncia de armadura aR .

A resistncia hmica de armadura definida com os mesmos critrios da resistncia do enrolamento de campo. Na maioria dos modelos de circuito equivalente para mquinas de grande porte, a resistncia aR possui um valor muito

pequeno e quase sempre desconsiderada para facilitar os clculos.

Para a mquina em estudo o valor nominal de projeto da resistncia hmica do enrolamento do estator para cada fase na temperatura de C25 dado por:

= mRa 31,7

Concluda a descrio dos valores nominais dos principais parmetros do modelo de circuito equivalente para a mquina operando em estado permanente, a prxima etapa encontrar as perdas relacionadas s diferentes estruturas.

Perdas condies nominais

De acordo com a norma [4], para o clculo das perdas nos enrolamentos estatrico e rotrico, a resistncia do enrolamento deve ser corrigida para a temperatura de referncia para cada tipo de classe de isolamento. A tabela 2.1 mostra essa temperatura para as duas principais classes de isolamento para uma mquina sncrona de plos salientes.

Tabela 2.1: Temperatura de referncia no clculo das perdas.

Classe do sistema de Isolamento

Temperatura de referncia ( C )

Classe B 95 Classe F 115

A correo da resistncia hmica dada pela equao (2.6) a seguir.

13

11

22 )(

)(xR

TKTK

R+

+= ( 2.6)

onde:

- 1R a resistncia medida na temperatura 1T ;

- 2R a resistncia calculada na temperatura desejada 2T ;

- K = 234,5 para o cobre ou K = 228 para o alumnio.

Perdas no enrolamento do estator.

A perda no enrolamento do estator a soma das perdas em todos os caminhos por onde circula a corrente de armadura. Em cada fase do enrolamento, ela calculada como o produto da resistncia hmica, corrigida para a temperatura de referncia, e o quadrado da corrente de armadura.

A mquina em estudo, pertencente classe F de isolamento, possui uma corrente nominal de armadura igual a AIa 3,3104= e uma resistncia hmica de

= mRa 84,9 , corrigida para a temperatura de referncia descrita pela tabela 2.1.

Calcula-se o valor da perda no enrolamento estatrico da seguinte forma:

kWRIP aaestator 47,284)00984,0()3,3104(33 22 ===

Perdas no enrolamento do rotor.

A perda no enrolamento do rotor calculada como o produto da resistncia hmica, corrigida para a temperatura de referncia, e o quadrado da corrente nominal de campo.

A mquina em estudo, pertencente classe F de isolamento, possui uma corrente nominal de campo igual a AI f 1140= e uma resistncia hmica de

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= mR f 151 , corrigida para a temperatura de C115 . Calcula-se o valor da perda no

enrolamento rotrico da seguinte forma:

kWRIP ffrotor 197)151,0()1140( 22 ===

Perdas no ncleo.

A perda no ncleo se deve variao dos mecanismos, como o fenmeno de histerese e a correntes parasitas, relativos ao campo magntico flutuante, produzido nos enrolamentos da mquina. O seu valor pode ser obtido pela diferena na potncia necessria para conduzir a mquina na velocidade nominal quando esta excitada produzindo uma tenso nos seus terminais (tenso nominal vazio), e a potncia necessria para conduzir a mquina com a mesma velocidade mas sem excitao. Para a mquina em estudo tem-se:

kWPncleo 275=

Perdas externas Sistema de Excitao.

Essas perdas externas esto relacionadas s perdas eltricas e mecnicas dos equipamentos que formam o sistema de excitao, diretamente ligados estrutura do gerador. Devem ser inclusos a fonte CC, o Regulador de Tenso e os outros dispositivos associados ao sistema de excitao. Para a mquina em estudo tem-se:

kWPexterna 00,25=

Perdas por atrito e ventilao.

As perdas por atrito e ventilao, incluindo o atrito mecnico das escovas, a potncia dissipada pelo sistema de ventilao e pelo atrito das estruturas quando a

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mquina conduzida sua velocidade nominal sem que esta esteja excitada, mantendo as escova em contato. Para a mquina em estudo tem-se:

kWPatrito 00,90=

Perdas rotacionais.

Essas perdas esto relacionadas s perdas nas estruturas mecnicas que fazem o suporte da mquina. Entre elas esto:

o Perdas no mancal combinado inferior parcela do gerador: kWPG 65=

o Perdas no mancal combinado inferior parcela da turbina: kWPT 238=

o Perdas no mancal guia superior: kWPMGS 9=

Rendimento

O rendimento de um gerador eltrico definido como a razo entre a potncia de entrada e a potncia de sada. Para a mquina em estudo tem-se:

o Potncia de sada: kWPout 92,70487=

o Potncia de entrada: kWPerdasPP outin 39,71671=+=

Portanto, o rendimento da mquina dado por:

9834,039,7167192,70487

===

ind

out

PP

Logo,

%34,98=

16

Dados Mecnicos

Nesta seo sero apresentados alguns dados mecnicos de projeto da mquina em estudo.

Torque.

A gerao de energia feita pelas mquinas rotativas baseada no princpio de converso eletromecnica de energia. Pela ao das trs partes essenciais de um sistema eletromecnico de converso de energia, (1) o sistema eltrico, (2) o sistema mecnico e (3) acoplamento de campo, a mquina como um todo desenvolve uma fora ou torque. Este parmetro definido como a relao entre a potncia ativa e a velocidade de rotao angular da mquina.

][NmPTs

n = ( 2.7)

Para a mquina em estudo tem-se:

kNmPTs

n 8,411413,1792,70487

===

A tabela 2.2 a seguir, descreve os dados mecnicos quantitativos das estruturas do gerador.

Tabela 2.2: Dados mecnicos.

Rotor Dimetro externo 6278 mm Dimetro interno 5350 mm Massa 218 t

Estator Massa (sem mancais e acessrios) 100 t

Dados de Estado Transitrio

Nos tpicos anteriores foram descritos as principais caractersticas da mquina operando em estado permanente. Entretanto, quando um distrbio ocorre,

17

o comportamento da mquina um pouco diferente. Esse perodo entre o estado permanente inicial e final denominado de Estado Transitrio.

De acordo com [5], em uma mquina sncrona, um distrbio pode ocorrer de vrias maneiras. Um curto-circuito acidental pode ocorrer entre a fase e o neutro, entre uma fase e outra e entre as trs fases. Um distrbio tambm pode ser evidenciado pela aplicao de carga na mquina. Todo tipo de distrbio caracteriza um estado transitrio.

Nesta seo, sero descritos os principais parmetros de estado transitrio de uma mquina sncrona, definidos em [3] e [6], e sero dados os valores dos parmetros da mquina em estudo.

Reatncia Transitria eixo direto dX '

A Reatncia Transitria de eixo direto definida como o quociente entre a componente AC da tenso de armadura, gerada pelo fluxo total de armadura no eixo direto, e o valor da componente AC da corrente de armadura aps a ocorrncia de um curto-circuito e eliminando os efeitos sub-transitrio, ou seja, desconsiderando as correntes nos enrolamentos amortecedores. Para a mquina em estudo tem-se:

puX d 278,0' =

Reatncia Transitria eixo em quadratura qX '

A reatncia Transitria de eixo em quadratura definida como o quociente entre a tenso de armadura, gerada pelo fluxo total de armadura no eixo em quadratura, e o valor da componente AC da corrente de armadura aps a aplicao da carga e eliminando os efeitos sub-transitrios. Geralmente, a reatncia transitria e a reatncia sncrona em quadratura possuem o mesmo valor. Assim, para a mquina em estudo tem-se:

puX q 600,0' =

18

Reatncia Sub-transitria eixo direto dX"

A reatncia Sub-transitria de eixo direto define-se como o quociente entre a tenso de armadura, gerada pelo fluxo total de armadura no eixo direto, e o valor da componente AC da corrente de armadura aps a ocorrncia de um curto-circuito, contando os primeiros ciclos onde existe passagem de corrente no enrolamento amortecedor. Para a mquina em estudo tem-se:

puX d 24,0" =

Reatncia Sub-transitria eixo em quadratura qX "

A reatncia Sub-transitria de eixo em quadratura define-se como o quociente entre a tenso de armadura, gerada pelo fluxo total de armadura no eixo em quadratura, e o valor da componente AC da corrente de armadura aps a ocorrncia de um curto-circuito, contando os primeiros ciclos. Para a mquina em estudo tem-se:

puX q 24,0" =

Sabendo que o valor de dX" e qX " so iguais, tem-se que a mquina em

estudo no possui salincia sub-transitria.

Constante de tempo transitria em circuito aberto eixo direto doT '

Define-se como sendo o tempo necessrio para a tenso de armadura em circuito aberto, devido ao fluxo no eixo direto seguido de uma mudana repentina nas condies de operao, decrescer 0,368 do seu valor inicial (decaimento exponencial /1 ), com a mquina operando na velocidade nominal. Para a mquina em estudo, o valor de projeto dado por:

sT do 25,6' =

19

Constante de tempo transitria em curto-circuito eixo direto dT '

Define-se como sendo o tempo necessrio para a componente dI da corrente

de armadura acompanhando uma abrupta mudana nas condies de operao, passado os primeiros ciclos, decrescer 0,368 de seu valor inicial (decaimento exponencial /1 ), com a mquina operando na velocidade nominal. O seu valor pode ser obtido da seguinte relao:

doddd TXTX '''. = ( 2.8)

Onde os valores da relao so as constantes e reatncias descritas anteriormente. Logo, para a mquina em estudo tem-se:

sx

XTX

Td

dodd 83,1947,0

25,6278,0''' ===

Constante de tempo sub-transitria em circuito aberto eixo direto doT"

Define-se como sendo o tempo necessrio para a tenso de armadura em circuito aberto, devido ao fluxo no eixo direto seguido de uma mudana repentina nas condies de operao, contando os primeiros ciclos, decrescer 0,368 do seu valor inicial (decaimento exponencial /1 ), com a mquina operando na velocidade nominal. Para a mquina em estudo, o valor de projeto dado por:

sT do 043,0" =

Constante de tempo sub-transitria em curto-circuito eixo direto dT"

Define-se como sendo o tempo necessrio para a componente dI da corrente

de armadura acompanhando uma abrupta mudana nas condies de operao, contando os primeiros ciclos, decrescer 0,368 de seu valor inicial (decaimento exponencial /1 ), com a mquina operando na velocidade nominal. Para a mquina em estudo tem-se:

sT d 037,0" =

20

Constante de Tempo sub-transitria em curto-circuito eixo em quadratura

qT"

Define-se como sendo o tempo necessrio para a componente qI da corrente

de armadura acompanhando uma abrupta mudana nas condies de operao, contando os primeiros ciclos, decrescer 0,368 de seu valor inicial (decaimento exponencial /1 ), com a mquina operando na velocidade nominal. Para a mquina em estudo tem-se:

sT q 064,0" =

Outros Dados Eltricos.

Relao de curto-circuito cR

Define-se como a razo entre a corrente de excitao obtida da caracterstica vazio para a corrente de armadura nominal, e a corrente de excitao obtida da caracterstica de curto-circuito para a mesma corrente de armadura. Para a mquina em estudo tem-se:

puRc 32,1=

Momento de Inrcia J

O Momento de Inrcia mede a distribuio da massa de um corpo entorno do seu eixo de rotao. Para o clculo tem-se:

][ 22 mtoneladamrJ = ( 2.9)

onde:

m : massa do corpo

r : distncia do corpo ao eixo de rotao.

21

Para a mquina em estudo tem-se:

22 1610 tmmrJ ==

Constante da energia armazenada do Gerador H

Define-se como o quociente entre a energia cintica armazenada no rotor quando a mquina opera na velocidade constante e a potncia aparente nominal do gerador. Para a mquina em estudo tem-se:

s 3,1857=H

22

3 ENSAIOS

Neste captulo sero descritos os diferentes ensaios de comissionamento realizados em um gerador sncrono antes de sua operao comercial. Os ensaios so divididos em duas categorias: ensaios estticos e ensaios dinmicos.

3.1 Ensaios Estticos

Os ensaios estticos so todos aqueles testes que no implicam no giro da unidade geradora. Dentre esses ensaios, alguns no possuem interfaces com os demais equipamentos da central geradora podendo ser efetuados em paralelo com as atividades de montagem.

Os principais ensaios estticos que fazem parte do rol de testes realizados no gerador antes da sua entrada em operao sero descritos nas sees seguintes.

3.1.1 Ensaio de medio da resistncia de isolamento e verificao do ndice de Polarizao do estator (IP).

Das definies citadas em [3] e [7], tem-se que a resistncia de isolamento definida como sendo a capacidade do isolamento eltrico de um enrolamento resistir circulao de uma corrente contnua.

O ndice de Polarizao define-se como sendo a medida que descreve a variao da resistncia de isolamento com o tempo.

Nos enrolamentos das mquinas rotativas, a resistncia de isolamento funo do tipo e da condio em que se encontra o material isolante utilizado, bem como da tcnica utilizada na aplicao deste material para construo dos

23

enrolamentos. Geralmente, a resistncia de isolamento varia proporcionalmente com a camada de isolamento e inversamente com a rea da superfcie do condutor.

Da definio, a resistncia de isolamento o quociente da tenso continua aplicada no elemento isolante pela corrente total em um determinado tempo. Essa corrente total ( TI ), que aparece no instrumento de medio (ampermetro) a soma de quatro diferentes correntes, sendo elas: corrente de fuga ( LI ); corrente geomtrica capacitiva ( CI ); corrente de conduo ( GI ) e corrente de absoro ( AI ). As definies das correntes geradas no enrolamento em teste, com a aplicao da tenso contnua, podem ser encontradas em [7].

Objetivo do ensaio.

O ensaio de medio da resistncia de isolamento do enrolamento do estator visa obter informaes sobre o estado em que o material isolante se encontra, podendo indicar se a mquina est em condies de ser submetida aos ensaios dieltricos, como por exemplo, o ensaio de tenso aplicada.

Mtodo do ensaio.

No ensaio, utilizou-se um aparelho chamado meghmetro para fazer a medio da resistncia de isolamento. Este aparelho utiliza uma fonte de corrente contnua e possui um ampermetro e um multmetro integrados, indicando diretamente o valor do quociente entre a tenso aplicada e a corrente que passa atravs do enrolamento em teste.

A medio da resistncia de isolamento constitui um teste de aplicao de uma tenso contnua, sendo essa, restrita a um valor apropriado para cada tipo de enrolamento em teste.

Deve-se ajustar a tenso de ensaio no meghmetro conforme descrito na tabela 3.1.

24

Tabela 3.1: Ajuste da tenso no aparelho de medio.

Tenso Nominal no Enrolamento (V). )(VccVaparelho

< 1000 500 1000 - 2500 500 - 1000 2501 - 5000 1000 - 2500 5001 - 12000 2500 - 5000 > 12000 5000 - 10000

Para a mquina em estudo, utilizou-se a tenso de kVcc5 no aparelho, pois o

enrolamento em teste possui uma tenso nominal de kV8,13 . De acordo com [7], a medio da resistncia de isolamento feita nas fases individualmente, contra as demais fases e carcaa ligadas terra. Normalmente mede-se tambm com as trs fases conectadas. A leitura deve ser feita aps um minuto da aplicao da tenso, a fim de evitar o efeito de polarizao.

O ndice de polarizao um parmetro que analisa a caracterstica do isolamento com a aplicao da tenso durante dez minutos. Para o clculo deste parmetro, as leituras so tomadas aps um minuto e dez minutos da aplicao da tenso. Recomenda-se tambm, que alm das leituras de um e dez minutos, sejam tomadas as leituras intermedirias, em intervalos de um minuto, para monitorar se no houve saturao e tambm para uma melhor acurria dos resultados.

Para o clculo do ndice de polarizao utiliza-se a seguinte frmula:

min)1(min)10(

isol

isol

RR

IP = ( 3.1)

onde:

IP : ndice de Polarizao.

min)10(isolR : Valor da resistncia de isolamento medida aps dez minutos.

min)1(isolR : Valor da resistncia de isolamento medida aps um minuto.

Concludas as leituras e desligado o meghmeenrolamento sob ensaio para descarga. O tempo de descarga aconselhvel quatro vezes o tempo de durao do ensaio [7

Para a realizao do ensaio deveseguir:

Figura 3.1: Esquema de lig

Legenda:

W1 Enrolamento da fase submetida ao ensaio.

F2 Enrolamento do rotor.

M Meghmetro.

Aps a obteno dos resultados, deveobtidos seguindo os critrios descritos a seguir

: Valor da resistncia de isolamento medida aps um minuto.

Concludas as leituras e desligado o meghmetro, conectaenrolamento sob ensaio para descarga. O tempo de descarga aconselhvel quatro

o tempo de durao do ensaio [7].

Para a realizao do ensaio deve-se utilizar o circuito esquematizado a

.1: Esquema de ligao para medio da resistncia de isolamento e ndice de polarizao do estator.

W1 Enrolamento da fase submetida ao ensaio.

F2 Enrolamento do rotor.

Aps a obteno dos resultados, deve-se efetuar uma avaliao dos valores do os critrios descritos a seguir.

25

: Valor da resistncia de isolamento medida aps um minuto.

tro, conecta-se terra o enrolamento sob ensaio para descarga. O tempo de descarga aconselhvel quatro

se utilizar o circuito esquematizado a

ao para medio da resistncia de isolamento e ndice de

avaliao dos valores

26

Resistncia de isolamento:

O valor da resistncia de isolamento de um enrolamento depende da temperatura do enrolamento e do tempo de durao da aplicao da tenso. A massa trmica da mquina em teste geralmente to grande que a diferena de temperatura entre os pontos de medio (um e dez minutos) pode ser desconsiderada. Assim, para evitar o efeito da temperatura recomendado que todas as medidas da resistncia de isolamento sejam corrigidas para uma base comum de temperatura, em C40 .

Tomando como base as consideraes feitas em [8], tem-se que a correo do valor da resistncia de isolamento medido feita a partir da equao (3.2) abaixo.

isolisolC RKR = ( 3.2 )

onde

CR : valor da resistncia de isolamento em ( M ) corrigida C40 .

isolK : coeficiente de temperatura na temperatura de medio.

isolR : valor da resistncia de isolamento em ( M ) na temp. de medio.

O mtodo para obteno do coeficiente de temperatura para uma temperatura especfica de medio dado em [7]. Para a base de temperatura utilizada nesta anlise, C40 , o valor de isolK dado pela equao (3.3) abaixo.

10)40(

)5,0(T

isolK

= (3.3)

onde

T : valor da temperatura de medio em C .

Conforme os requisitos mnimos indicado em [7], considera-se satisfatrio o ensaio, quando a resistncia do isolamento medida, corrigida para a temperatura de

27

C40 , for maior ou igual ao nvel do isolamento (em kV) somando-se a unidade, ou seja:

]1)([)( + kVVMR aparelhoC (3.4)

onde

)(kVVaparelho : Tenso CC aplica nos terminais do enrolamento sob teste.

Conforme descrito no mtodo do ensaio, recomenda-se, para mquinas trifsicas, que a medio da resistncia de isolamento do estator deve ser feita nas trs fases separadamente com as outras fases conectadas ao terra e com as trs fases conectadas. De acordo com [7], o valor mnimo obtido para cada fase separadamente deve ser aproximadamente o dobro do valor obtido com as trs fases conectadas.

ndice de Polarizao:

O ndice de polarizao um indicativo do declive da curva caracterstica da resistncia do material isolante. O seu clculo feito para avaliar a condio em que se encontra o material isolante.

De acordo com [7], o valor mnimo recomendado para o IP de mquinas rotativas descrito pela tabela 3.2. Os valores da tabela so baseados nas classes trmicas dos materiais isolantes, descritas em [1] e so aplicados para todos os tipos de materiais.

Tabela 3.2: Valores mnimos recomendados para IP.

Classe Trmica

IP (valor mnimo) Classe A 1,5

Classe B 2,0 Classe F 2,0 Classe H 2,0

28

Anlise dos resultados.

Os resultados obtidos para a resistncia de isolamento e ndice de polarizao do estator, para uma temperatura de ensaio de C27 , so descritos na tabela 3.3.

Tabela 3.3: Valores da resistncia de isolamento e IP do estator em C27 .

Conexes

Tempo

M M M M 1 min. 725 692 687 337 2 min. 1170 1160 1070 635 3 min. 1510 1430 1430 882 4 min. 1730 1670 1670 969 5 min. 1920 1870 1850 1280 6 min. 2040 2040 1970 1430 7 min. 2200 2160 2080 1520 8 min. 2260 2200 2160 1690 9 min. 2300 2290 2260 1720 10 min. 2400 2370 2330 1890

Temp. Amb. : C 27 27 27 27 Umid. Rel. Ar. % 73,5 73,5 73,5 73,5

min)1(min)10(

isol

isol

RR

IP = 3,31 3,42 3,39 5,61

A medida da resistncia de isolamento cresce rapidamente quando a tenso inicialmente aplicada, e no decorrer da aplicao, essa medida gradualmente se aproxima de um valor constante. Isso pode ser explicado pela dinmica das molculas presentes no material isolante empregado na construo do enrolamento. Desde que essas molculas tendem a se opor s foras atrativas de outras molculas, isso leva geralmente alguns minutos, aps a aplicao do campo eltrico,

29

para que essas molculas se reorientem, e, conseqentemente, para que a energia de polarizao da corrente gerada se reduz a zero.

Para uma melhor visualizao da variao do valor da resistncia de isolamento durante a aplicao da tenso, os valores medidos so plotados no grfico da figura 3.2.

Tipos modernos de materiais isolantes, como o material utilizado na construo do isolamento do enrolamento estatrico da mquina em estudo (epoxy-mica), o valor da resistncia de isolamento ir aproximar-se de um valor constante em 4 minutos ou menos.

Figura 3.2: Medies da resistncia de isolamento no enrolamento do estator para C27 .

Como mencionado anteriormente, para evitar o efeito da temperatura recomendado que todas as medidas da resistncia de isolamento sejam corrigidas para uma base comum de temperatura, em C40 .

A converso feita com base na equao (3.2). Os valores corrigidos para a temperatura de base so descritos na tabela 3.4.

1

10

100

1000

10000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Tempo[min.]

Resi

stn

cia

de Is

ola

men

to [M

]

Fase U1 Fase V1 Fase W1 Fase U1V1W1

30

Tabela 3.4: Valores da resistncia de isolamento e I.P. do estator corrigidos para C40 .

Conexes

Tempo

M M M M 1 min. 294 281 279 137 2 min. 475 471 435 258 3 min. 613 581 581 358 4 min. 703 678 678 394 5 min. 780 759 751 520 6 min. 828 828 800 581 7 min. 893 877 845 617 8 min. 918 893 877 686 9 min. 934 930 918 699 10 min. 975 963 946 768

min)1(min)10(

isol

isol

RR

IP =

3,31 3,42 3,39 5,61

Plotando os resultados, obtemos o grfico da variao do valor corrigido da resistncia de isolamento mostrado na figura 3.3.

31

Figura 3.3: Medies da resistncia de isolamento no enrolamento do estator convertido para C40 .

Avaliando os resultados obtidos, aps um minuto da aplicao da tenso, de acordo com o critrio de avaliao descrito anteriormente, tem-se:

Fase U1V1W1: = MRUVW 137

Fase U1: UVWU RMR 2294 >=

Fase V1: UVWV RMR 2281 >=

Fase W1: UVWW RMR 2279 >=

O ensaio de medio da resistncia de isolamento do enrolamento estatrio foi considerado satisfatrio, pois os resultados esto dentro do especificado em norma e pode-se dizer que o material isolante utilizado na construo do isolamento est em timas condies.

1

10

100

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tempo [min.]

Resi

stn

cia

de Is

ola

men

to [M

]

Fase U1 Fase V1 Fase W1 Fase U1V1W1

32

Conforme descrito no captulo 2 deste trabalho, a classe trmica do isolamento do enrolamento estatrico F. Assim, analisando os resultados obtidos tem-se:

Fase U1V1W1: 261,5 >=UVWIP

Fase U1: 231,3 >=UIP

Fase V1: 242,3 >=VIP

Fase W1: 239,3 >=WIP

Portanto, pode-se afirmar que o valor para o IP de cada fase do enrolamento est dentro do especificado em norma, garantindo assim a operacionalidade da mquina.

3.1.2 Ensaio de tenso aplicada no enrolamento do Estator.

O ensaio de tenso aplicada deve ser realizado obrigatoriamente aps a concluso do ensaio de medio da resistncia de isolamento, sendo o resultado do isolamento um pr-requisito para o incio do ensaio. O local de realizao a rea de montagem da usina, durante a instalao das estruturas da unidade geradora. De acordo com a norma [9], para o enrolamento do estator deve-se aplicar a tenso em cada fase separadamente, com as demais fases conectadas a terra.

Objetivo do ensaio.

Este ensaio visa avaliar a suportabilidade do dieltrico de mquinas rotativas, quando submetido a tenses acima da nominal, garantindo desta forma, seu bom desempenho durante a vida til da mquina.

33

Mtodo do ensaio.

O valor da tenso de ensaio, aplicada no enrolamento do estator, em corrente alternada, de V1000 mais duas vezes a tenso nominal, em volts, na freqncia

industrial )60( Hz , de acordo com [9], tendo como base as caractersticas nominais do enrolamento em teste.

Para a mquina em estudo, utilizou-se um HIPOT, aparelho utilizado na maioria dos testes que necessitam de uma fonte de corrente alternada com um nvel adequado de equilbrio no valor da tenso aplicada. Este aparelho fornece uma tenso estvel suficiente para assegurar que a sua forma no seja afetada pela variao da corrente de fuga. Produzida nas estruturas de isolamento submetidas a uma aplicao de alta tenso.

Caso no exista fonte CA disponvel, pode-se utilizar tenso contnua. Entretanto, de acordo com a norma [10] o valor aplicado deve ser 7,1 vezes maior que o valor especificado em corrente alternada. Esse valor determinado pela realizao de testes em tenso contnua e alternada (descritos em [11]), comparando a durabilidade de um material isolante contendo falhas em sua estrutura, e de testes em tenso contnua e alternada, comparando a durabilidade do isolamento em estruturas novas e intactas.

O ensaio em CA deve ser iniciado com uma tenso que no exceda a metade

do valor da tenso total aplicada, ou seja, menor que 2

10002 VxV nalnomi +. Ento,

deve-se elevar o valor da tenso a uma velocidade de skV /5,0 , que corresponde a

aproximadamente 2% da tenso total aplicada, at atingir o valor especificado, permanecendo neste nvel por um minuto, sendo ento reduzida a zero volt, tambm com a mesma velocidade. Essa velocidade de elevao da tenso aplicada permite obter grande acurcia nos valores medidos pelo equipamento de medio utilizado. [8]

Em caso de repetio do ensaio ou quando os enrolamentos no so novos, o valor da tenso a ser utilizado %85 do valor acima indicado. [4]

Aps o final do teste, conforme descrito em [10aterrada por um tempo quatro vezes maior nenhum resqucio de energia seja encontrado no enrolamento aps a execuo do ensaio. Deve-se evitar desligar a fonte com tenses superiores a 40% em relao tenso nominal do enrolamento em teste.

As seguintes observamonitoramento do ensaio realizado.

Os parmetros de ensaio como tenso, tempo de aplicao e temperatura do enrolamento (normalmente o ensaio realizado na temperatura ambiente) podem ser alterados conforme solcompra da mquina. Entretanto, isto deve ser feito por ocasio da oferta, atravs de especificao tcnica e/ou norma especfica, sofrendo anlise e aprovao dos setores competentes, quanto suportabilidade.

Para que os resultados obtidos sejam considerados satisfatrios, no deve ocorrer descarga entre o enrolamento energizado e os demais itens aterrados.

Para a realizao do ensaio utilizou

Figura 3.4: Esquema de ligao

Legenda:

HIPOT HIPOT para ensaio em tenso alternada.

teste, conforme descrito em [10], a mquina deve permanecer aterrada por um tempo quatro vezes maior que o de ensaio. Isso garante que nenhum resqucio de energia seja encontrado no enrolamento aps a execuo do

se evitar desligar a fonte com tenses superiores a 40% em relao tenso nominal do enrolamento em teste.

As seguintes observaes devem ser consideradas para um melhor monitoramento do ensaio realizado.

Os parmetros de ensaio como tenso, tempo de aplicao e temperatura do enrolamento (normalmente o ensaio realizado na temperatura ambiente) podem ser alterados conforme solicitao da empresa responsvel pela compra da mquina. Entretanto, isto deve ser feito por ocasio da oferta, atravs de especificao tcnica e/ou norma especfica, sofrendo anlise e aprovao dos setores competentes, quanto suportabilidade.

os resultados obtidos sejam considerados satisfatrios, no deve ocorrer descarga entre o enrolamento energizado e os demais itens

Para a realizao do ensaio utilizou-se o circuito esquematizado a seguir:

.4: Esquema de ligao para ensaio com tenso alternada no enrolamento estatrico.

HIPOT para ensaio em tenso alternada.

34

], a mquina deve permanecer que o de ensaio. Isso garante que

nenhum resqucio de energia seja encontrado no enrolamento aps a execuo do se evitar desligar a fonte com tenses superiores a 40% em relao

es devem ser consideradas para um melhor

Os parmetros de ensaio como tenso, tempo de aplicao e temperatura do enrolamento (normalmente o ensaio realizado na temperatura ambiente)

icitao da empresa responsvel pela compra da mquina. Entretanto, isto deve ser feito por ocasio da oferta, atravs de especificao tcnica e/ou norma especfica, sofrendo anlise e

os resultados obtidos sejam considerados satisfatrios, no deve ocorrer descarga entre o enrolamento energizado e os demais itens

se o circuito esquematizado a seguir:

para ensaio com tenso alternada no enrolamento

35

TP Transformador de potencial.

V Voltmetro CA.

A, B e C Fases do estator.

F Enrolamento do rotor.

Para o ensaio realizado em corrente contnua, deve-se utilizar o seguinte esquemtico.

Figura 3.5: Esquema de ligao do ensaio com tenso contnua no enrolamento estatrico.

Legenda:

kV Voltmetro.

A, B e C Fases do estator.

F Enrolamento do rotor.

mA Miliamperimetro.

Anlise dos resultados.

Neste ensaio utilizou-se um transformador de potencial (TP), conforme descrito no esquemtico da figura 3.4, para realizar o monitoramento da tenso

36

aplicada. Para garantir que a tenso de teste no seja afetada pela corrente de fuga, o TP deve fornecer uma corrente de curto-circuito suficiente para manter um nvel de tenso em 3% durante uma eventual descarga eltrica.

De acordo com [4], considera-se satisfatrio a realizao do ensaio de tenso aplicada no enrolamento estatrico se no decorrer da aplicao da tenso, nenhuma evidncia de distrbio ou falha no isolamento for observada. Essa falha no isolamento eltrico ou quebra do isolamento caracterizada por uma acentuada descarga capacitiva, chamada de disparo, no local onde se localiza a falha. Em alguns casos, entretanto, essa falha observada por uma mudana brusca na corrente de medio.

Para a mquina em estudo, sabendo que a tenso nominal do enrolamento do estator V13800 , tem-se que a tenso de teste em CA dada por:

VxVca 286001000)13800(2 =+=

O resultado do ensaio foi considerado satisfatrio, pois durante o tempo de aplicao da tenso (aproximadamente um minuto), nenhuma descarga eltrica foi evidenciada. Assim, pode-se considerar que o enrolamento do estator passou pelo teste de tenso aplicada e que o material utilizado o isolamento est em timas condies.

37

3.1.3 Medio da resistncia hmica do enrolamento do Estator.

A medio da resistncia hmica considerada como ensaio de rotina e deve ser realizado sempre antes dos ensaios dinmicos com a finalidade de se obter as caractersticas da mquina eltrica.

Diferente dos outros ensaios estticos descritos anteriormente, a medio da resistncia hmica dos enrolamentos da mquina deve ser realizada quando todas as estruturas da mquina j tiverem sido devidamente montadas. E de acordo com a norma [9], a resistncia hmica do enrolamento do estator deve ser medida em cada fase separadamente. Se, por alguma razo, a resistncia por fase no puder ser feita diretamente, a medio feita entre cada par do terminal de linha do enrolamento.

Objetivo do ensaio.

Este ensaio visa obter a resistncia hmica do enrolamento de armadura, a

qual poder ser usada para calcular as perdas ( aa RI 2 ), e determinar a componente ativa da queda de tenso interna em carga, ou para determinar a temperatura dos enrolamentos. Alm disso, importante sua comparao com os valores de projeto para se detectar possveis erros de ligao durante a bobinagem.

Mtodo do ensaio.

Existem diferentes mtodos de medio da resistncia hmica do enrolamento de uma mquina eltrica. A escolha do melhor mtodo depende da natureza do circuito formado pelo enrolamento da mquina em teste e do grau de acurcia que se deseja obter com a medio.

De acordo com [12], e tendo como base as caractersticas da mquina sncrona, descritas no captulo 2 deste trabalho, como valor de projeto da resistncia do enrolamento estatrico menor que aproximadamente 5 , tem-se que os dois

mtodos mais utilizados so o mtodo voltmetro-ampermetro, mais conhecido como mtodo da corrente e tenso, e o mtodo da ponte de Thomson.

38

Para os dois mtodos, deve-se monitorar a temperatura do enrolamento, pois de acordo com [6], o aumento da temperatura do enrolamento no deve ultrapassar

K1 durante a realizao do ensaio. Se o monitoramento da temperatura no for

feito, o valor da corrente, que passa pelo enrolamento em teste, no deve ultrapassar 10% do valor da corrente nominal do enrolamento e o tempo de aplicao no deve ser maior que 1 minuto.

Os dois mtodos so descritos a seguir.

Mtodo da corrente e tenso.

Esse mtodo consiste em fazer circular uma corrente contnua, que pode ser ajustada atravs de um reostato ligado em srie com a fonte CC e o enrolamento, medindo-se a queda de tenso nos terminais do enrolamento. Com alteraes no valor do reostato obtm-se diferentes valores de corrente e tenso.

Devem-se efetuar no mnimo trs medies de resistncia hmica com valores de correntes diferentes. O valor a ser considerado a mdia das medies. No caso de valor discrepante, ou seja, que diferem de 01,0 do valor da mdia em pu, recomenda-se no consider-lo e repetir a medio.

O esquemtico do mtodo descrito na figura 3.6 a seguir.

Figura 3.6: Esquemtico do mtodo voltmetro-ampermetro.

39

Legenda:

F Fonte CC.

V Voltmetro.

mV Milivoltmetro.

S Shunt.

R Reostato varivel.

A Fase A do enrolamento sob teste.

Mtodo da Ponte:

Neste mtodo utiliza-se um aparelho que realiza a medio da resistncia hmica de um enrolamento utilizando o mtodo da ponte de Thomson, tambm conhecida como Ponte dupla de Kelvin. O valor da resistncia obtido diretamente no aparelho.

De acordo com [6], ao utilizar o mtodo da ponte, necessrio realizar no mnimo trs medies da resistncia hmica. Para isso, deve-se modificar o balano da ponte, isto , o valor da corrente de medio deve ser modificado diretamente no aparelho. O valor a ser considerado a mdia das trs diferentes medies. Ao determinar o valor mdio, o valor da resistncia em cada medio que diferir de

01,0 desse valor mdio calculado, deve ser desconsiderado e uma nova medio

realizada.

Para a realizao do ensaio de medio da resistncia hmica do enrolamento do estator, o seguinte circuito deve ser montado com as devidas conexes.

40

Figura 3.7: Esquemtico para o mtodo da Ponte.

Legenda:

P Ponte de Thomson.

A Fase A do enrolamento sob teste.

Para todos os ensaios de medio da resistncia de um determinado material ou estrutura isolante, um fator que influencia bastante o resultado a temperatura em que se encontra a estrutura. Um aumento na temperatura do enrolamento ocasiona a liberao de cargas ionizantes reduzindo assim a resistividade.

Portanto, para se ter um padro na anlise de uma determinada caracterstica, para cada valor de resistncia hmica medido deve-se sempre associar o valor da temperatura do enrolamento no instante da leitura. Entretanto, atravs da frmula abaixo, pode-se referir este valor para qualquer outra temperatura:

11

22 )(

)(xR

TKTKR

+

+=

( 3.5)

onde:

- 1R a resistncia medida na temperatura 1T ;

- 2R a resistncia calculada na temperatura desejada 2T ;

41

- K = 234,5 para o cobre ou K = 228 para o alumnio.

De acordo com as caractersticas da mquina em estudo, o valor de K usado deve ser de 234,5.

O valor da resistncia hmica medido considerado satisfatrio, se no diferir mais que 10% em relao ao valor de projeto. Em adicional, no estator aplica-se a tolerncia de 3% entre fases.

Anlise dos resultados.

Para a mquina em estudo, utilizou-se para a medio da resistncia hmica do enrolamento do estator o mtodo da ponte de Thomson. Conforme descrio do mtodo, foram realizadas trs medies com os seguintes valores de corrente,

A0,10 , A5,7 e A0,5 .

Os resultados obtidos para os trs diferentes valores da corrente aplicada, juntamente com a mdia, so descritos na tabela 3.5 abaixo.

Tabela 3.5: Valores medidos da resistncia hmica do enrolamento estatrico para cada fase.

Corrente (A) Fase Resistncia hmica ( )

10,00 A 0,007300 B 0,007292

C 0,007303

7,50

A 0,007300

B 0,007293

C 0,007305

5,00

A 0,007303

B 0,007292

C 0,007306

42

Mdia A 0,007301

B 0,007292

C 0,007305 Temperatura de medio C96,28

Sabendo que o valor de projeto da resistncia hmica do enrolamento do estator de 00731,0 , pode-se calcular a diferena entre esse valor e o valor

coletado em campo, para cada fase.

Fase A: %1,0109007301,000731,0 6 ==== amdioaprojetoaa RxRRR .

Fase B: %25,0108,1007292,000731,0 5 ==== amdioaprojetoaa RxRRR .

Fase C: %07,0105007305,000731,0 6 ==== amdioaprojetoaa RxRRR .

Baseando no critrio de avaliao conforme descrito anteriormente, dos resultados encontrados acima, pode-se concluir que o ensaio de medio da resistncia hmica do enrolamento de armadura foi considerado satisfatrio. Nenhum valor da resistncia coletado em campo ultrapassou a tolerncia de 3% em relao ao valor de projeto para cada fase.

43

3.1.4 Medio da resistncia de isolamento do Rotor.

A resistncia de isolamento definida como sendo a capacidade do isolamento eltrico de um enrolamento resistir circulao de uma corrente contnua. [7]

O rotor a estrutura rotativa de uma mquina eltrica. O ensaio de medio de sua resistncia de isolamento avalia o tipo e a condio em que se encontra o material isolante, bem como da tcnica utilizada na aplicao deste material para construo das estruturas que compe o enrolamento.

O sistema de isolamento eltrico do enrolamento do rotor de uma mquina sncrona, conforme descrito em [4], dividido em trs subsistemas. So eles: o isolamento da bobina e de seus acessrios, o isolamento das conexes e suportes do enrolamento, e as demais partes associadas estrutura do rotor.

O isolamento da bobina compreende todos os materiais isolantes que envolvem os condutores e seus componentes como fios e dobras, formando o isolamento entre esses materiais e a estrutura da mquina. Esse isolamento inclui a fita de blindagem, os cordes eltricos, as faixas de ranhura e o isolamento caracterizado pelo corpo dos plos.

O isolamento das conexes e suportes do enrolamento inclui todos os materiais isolantes que envolvem as conexes entre as bobinas, e entre as bobinas e o circuito externo, como tambm o isolamento dos suportes metlicos do enrolamento.

As demais partes associadas a estrutura do rotor completam o sistema de isolamento. So elas: os anis coletores, os suportes no metlicos do enrolamento e as bordas terminais.

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Objetivo do ensaio.

Este ensaio visa obter informaes sobre o estado em que o material isolante se encontra, podendo indicar se a estrutura rotativa da mquina est em condies de ser submetida aos ensaios dieltricos.

Mtodo do ensaio.

Como descrito para o enrolamento do estator, neste ensaio tambm utiliza-se um meghmetro para fazer a medio da resistncia de isolamento. Este aparelho utiliza uma fonte de corrente contnua e possui um ampermetro e um multmetro integrados, indicando diretamente o valor do quociente entre a tenso aplicada e a corrente que passa atravs do enrolamento.

A medio da resistncia de isolamento constitui um teste de aplicao de uma tenso contnua, sendo essa, restrita a um valor apropriado para cada tipo de enrolamento. Ao contrrio do enrolamento estatrico, no rotor este ensaio realizado quando todas as estruturas da mquina j estejam devidamente montada e conectadas.

A tenso de aplicao deve sempre ser ajustada para cada tipo de enrolamento em teste. A tabela 3.1 mostra os valores adequados da tenso de aplicao de acordo com o valor nominal da tenso do enrolamento.

Para a mquina em estudo, utilizou-se a tenso de V1000 em corrente

contnua. A aplicao da tenso deve ser feita entre o enrolamento e metal do eixo do rotor, com todos os outros equipamentos externos conectados a mesma malha de aterramento. Para evitar o efeito da polarizao, a leitura deve ser tomada aps um minuto da aplicao da tenso.

Concludas as leituras e desligado o meghmetro, conectar terra o enrolamento sob ensaio para descarga e deixar no mnimo quatro vezes o tempo de durao do ensaio.[7]

Para a realizao do ensaio deve-se utilizar o circuito esquematizado a seguir:

Figura 3.8: Esquema de ligao para medio da resistncia de isolamento do rotor.

Legenda:

F1/F2 Enrolamento do rotor submetido ao ensaio.

U, V, W Fases do estator.

M Meghmetro.

Aps a obteno dos resultados, deveobtidos seguindo os mesmos critrios descritos para o enrolamento do estator, ou seja, o ensaio considerado satisfatrio quando a resicorrigida para a temperatura de kV) somando-se a unidade, dado pela equao (3.4).

Se o enrolamento apresentar baixo valor, recomendaentre plos no meio do enrolamento, e medir a resistncia de isolamento de cada metade. Caso as duas metades apresentem valores de resistncia de isolamento prximos, existe grande probabilidade de ser umidade excessiva. Devemquina e sec-la atravs da circulao de ar. Opo final seria girar a mquina em curto circuito permanente, tomandocampo. Caso contrrio, ou seja, se os valores forem discrepantes, devem

.8: Esquema de ligao para medio da resistncia de isolamento do rotor.

Enrolamento do rotor submetido ao ensaio.

Fases do estator.

Meghmetro.

Aps a obteno dos resultados, deve-se efetuar uma avaliao dos valores obtidos seguindo os mesmos critrios descritos para o enrolamento do estator, ou seja, o ensaio considerado satisfatrio quando a resistncia do isolamento medida, corrigida para a temperatura de C40 , for maior ou igual ao nvel do isolamento (em

se a unidade, dado pela equao (3.4).

Se o enrolamento apresentar baixo valor, recomenda-se abrir uma conexo ntre plos no meio do enrolamento, e medir a resistncia de isolamento de cada

metade. Caso as duas metades apresentem valores de resistncia de isolamento prximos, existe grande probabilidade de ser umidade excessiva. Deve

ravs da circulao de ar. Opo final seria girar a mquina em curto circuito permanente, tomando-se o cuidado de no elevar demais a tenso de campo. Caso contrrio, ou seja, se os valores forem discrepantes, devem

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.8: Esquema de ligao para medio da resistncia de isolamento do rotor.

se efetuar uma avaliao dos valores obtidos seguindo os mesmos critrios descritos para o enrolamento do estator, ou

stncia do isolamento medida, for maior ou igual ao nvel do isolamento (em

se abrir uma conexo ntre plos no meio do enrolamento, e medir a resistncia de isolamento de cada

metade. Caso as duas metades apresentem valores de resistncia de isolamento prximos, existe grande probabilidade de ser umidade excessiva. Deve-se girar a

ravs da circulao de ar. Opo final seria girar a mquina em se o cuidado de no elevar demais a tenso de

campo. Caso contrrio, ou seja, se os valores forem discrepantes, devem-se efetuar

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novas divises e medies no lado com problema, at se identificar o(s) plo(s) com problema. Remover o plo problemtico e sec-lo em estufa.

Anlise dos resultados.

Os resultados obtidos para a resistncia de isolamento do rotor, para uma temperatura de ensaio de C27 , so descritos na tabela 3.6 abaixo.

Tabela 3.6: Resultado do ensaio da resistncia de isolamento do rotor, para C27 .

Tempo Resistncia isolamento (M ) 1 min. 1650

Temp. de medio ( C ) 27

Para evitar o efeito da temperatura recomendado que todas as medidas da resistncia de isolamento sejam corrigidas para uma base comum de temperatura, em C40 .

A converso feita com base na equao (3.2). Os valores da resistncia de isolamento do rotor, corrigidos para a temperatura de base, so descritos na tabela 3.7.

Tabela 3.7: Resultado do ensaio da resistncia de isolamento do rotor, para C40 .

Tempo Resistncia isolamento (M ) 1 min. 670

Temperatura Base ( C ) 40

Avaliando os resultados obtidos, aplicando o mesmo critrio de avaliao descrito para o ensaio no enrolamento do estator pela equao 3.4, tem-se:

47

)1)((670 +>= kVVMR aparelhoUVW

Portanto o ensaio de medio da resistncia de isolamento do enrolamento de campo foi considerado satisfatrio, pois o resultado est dentro do especificado em norma e pode-se dizer que o material isolante utilizado na construo do isolamento est em timas condies.

3.1.5 Ensaio de tenso aplicada no enrolamento do Rotor.

O ensaio de tenso aplicada deve ser realizado obrigatoriamente aps a concluso do ensaio de medio da resistncia de isolamento. Sendo o resultado do isolamento um pr-requisito para o incio do ensaio.

O local de realizao pode ser a rea de montagem da usina, durante a instalao das estruturas da unidade geradora, ou no poo do gerador, quando toda estrutura da mquina j esteja montada e conectada. Isso depende do contrato feito entre o fabricante e o comprador. No caso da mquina em estudo, este ensaio foi realizado no poo do gerador com todas as estruturas da mquina conectadas.

Objetivo do ensaio.

Este ensaio visa avaliar a integridade e desempenho do dieltrico da estrutura do rotor, quando submetido a tenses acima da nominal.

Mtodo do ensaio.

O valor da tenso de ensaio, aplicada no enrolamento do rotor, em corrente alternada, de dez vezes a tenso nominal do enrolamento com um valor mnimo de V1500 , na freqncia industrial )60( Hz , de acordo com [9], tendo como base as suas caractersticas nominais.

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Para a mquina em estudo, utilizou-se o mesmo aparelho descrito anteriormente no ensaio no enrolamento do estator, o HIPOT.

Caso no exista fonte CA disponvel, pode-se utilizar tenso contnua. Entretanto, de acordo com a norma [10] o valor aplicado deve ser 7,1 vez maior que o valor especificado em corrente alternada, ou seja,

)10(7,1 fCC xVxV = ( 3.6)

onde

CCV : Tenso de aplicao em corrente contnua.

fV : Tenso nominal do enrolamento do rotor.

O ensaio em CA deve ser iniciado com uma tenso que no exceda a metade

do valor da tenso total aplicada, ou seja, menor que 2

10 fxV. Ento, deve-se elevar

o valor da tenso a uma velocidade suficientemente pequena para garantir grande acurcia nos valores medidos, mais no muito pequena para no causar stress na mquina durante o ensaio. Quando o valor da tenso atingir o especificado, deve-se permanecer neste nvel por um minuto, sendo ento reduzida a zero volt. Essa reduo no pode ser imediata, para no causar uma mudana brusca no transitrio da mquina, podendo causar danos na estrutura do enrolamento. [8]

Em caso de repetio do ensaio ou quando os enrolamentos no so novos, o valor da tenso a ser utilizado %85 do valor acima indicado. [4]

No ensaio em tenso contnua deve-se elevar o valor da tenso em degraus monitorando-se a corrente de fuga, que deve permanecer em valores baixos, evitando assim o acmulo de cargas no dieltrico.

Aps o final do teste, conforme descrito em [10], a mquina deve permanecer aterrada por um tempo quatro vezes maior que o de ensaio

Para a realizao do ensaio utilizou-se o circuitos esquematizado a seguir:

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Figura 3.9: Esquema de ligao para ensaio com tenso alternada no enrolamento de campo.

Legenda:

HIPOT HIPOT para ensaio em tenso alternada;

TP Transformador de potencial;

V Voltmetro CA;

A, B e C Fases do estator;

F Enrolamento do rotor.

Para o ensaio em corrente contnua, deve-se utilizar o esquemtico descrito da figura 3.10.

Figura 3.10: Esquema de ligao do ensaio com tenso contnua no enrolamento de campo.

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Legenda:

A, B e C Fases do estator.

F Enrolamento do rotor.

mA Miliamperimetro.

Para que os resultados obtidos sejam considerados satisfatrios, no deve ocorrer descarga entre o enrolamento energizado e os demais itens aterrados.

Anlise dos resultados.

Neste ensaio utilizou-se um transformador de potencial (TP), com as mesmas caractersticas do TP utilizado no ensaio do estator, para realizar o monitoramento da tenso aplicada.

De acordo com [4], considera-se satisfatrio a realizao do ensaio de tenso aplicada no enrolamento de campo se no decorrer da aplicao da tenso, nenhuma evidncia de distrbio ou falha no isolamento for observada.

Para a mquina em estudo, sabendo que a tenso nominal do enrolamento do rotor V173 , tem-se que a tenso de teste em CA dada por:

VxVCA 1730)173(10 ==

O resultado do ensaio foi considerado satisfatrio, pois durante o tempo de aplicao da tenso, nenhuma descarga eltrica foi evidenciada. Assim, pode-se considerar que o enrolamento de campo est em timas condies de operao.

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3.1.6 Medio da resistncia hmica do enrolamento de campo.

A medio da resistncia hmica considerada como ensaio de rotina e deve ser realizado sempre antes dos ensaios dinmicos.

Analogamente aos ensaios realizados no rotor, a medio da resistncia hmica do enrolamento de campo deve ser realizada no poo do gerador, quando todas as estruturas da mquina j tiverem devidamente montadas.

Objetivo do ensaio.

Este ensaio visa obter a resistncia hmica dos enrolamentos, a qual poder

ser usada para calcular as perdas no enrolamento de campo ( ff RI 2 ), e determinar a componente ativa da queda de tenso interna em carga. Alm disso, importante sua comparao com o valor especificado em projeto.

Mtodo do ensaio.

Analogamente ao ensaio no enrolamento de armadura, para a medio da resistncia hmica do enrolamento de campo existem diferentes mtodos de medio. A escolha do melhor mtodo depende da natureza do circuito formado pelo enrolamento da mquina em teste e do grau de acurcia que se deseja obter com a medio.

De acordo com [12], e tendo como base as caractersticas do enrolamento de campo, como o valor de projeto ser inferior a 5 , tem-se que os dois mtodos utilizados so o mtodo da corrente e tenso, e o mtodo da ponte de Thomson.

Para os dois mtodos, deve-se monitorar a temperatura do enrolamento, pois de acordo com [6], o aumento da temperatura do enrolamento no deve ultrapassar

K1 durante a realizao do ensaio. Se o monitoramento da temperatura no for

feito, o valor da corrente, que passa pelo enrolamento em teste, no deve ultrapassar 10% do valor da corrente nominal do enrolamento e o tempo de aplicao no deve ser maior que 1 minuto.

52

De acordo com [13], pode-se determinar o valor da resistncia em carga para determinao da temperatura do rotor estabilizada. Neste caso aplicvel o mtodo da corrente e tenso, onde se mede a resistncia com os anis coletores. E o rotor exposto em um ambiente, com temperatura constante, por um tempo suficientemente longo para que toda sua estrutura permanea na mesma temperatura.

Para um melhor entendimento dos dois mtodos utilizados para a medio da resistncia hmica dos enrolamentos da mquina sncrona em estudo, uma breve descrio ser feita.

Mtodo da corrente e tenso.

Esse mtodo consiste em fazer circular uma corrente contnua, que pode ser ajustada atravs de um reostato ligado em srie com a fonte CC e o enrolamento, medindo-se a queda de tenso nos terminais do enrolamento. Com alteraes no valor do reostato obtm-se diferentes valores de corrente e tenso. O valor da corrente no deve ultrapassar a 10% da corrente nominal do enrolamento, sendo suficiente para garantir uma perda pequena que no ir causar uma significativa mudana na temperatura do enrolamento durante o tempo de aplicao.

De acordo com [6], devem-se efetuar no mnimo trs medies de resistncia hmica com valores de correntes diferentes. O valor a ser considerado a mdia das medies. No caso de valor discrepante, ou seja, que diferem de 01,0 do valor da mdia em pu, recomenda-se no consider-lo e repetir a medio.

O esquema de ligao do mtodo descrito na figura 3.11 a seguir.

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Figura 3.11: Esquemtico do mtodo corrente e tenso para o enrolamento de campo.

Legenda:

F Fonte de corrente continua.

V Voltmetro.

mV Milivoltimetro.

S Shunt.

R Reostato varivel.

F1 / F2 Enrolamento sob teste.

Mtodo da Ponte de Thomson.

Neste mtodo utilizou-se o mesmo aparelho descrito no ensaio realizado no estator, ou seja, a Ponte dupla de Kelvin. O valor da resistncia obtido diretamente no aparelho.

Analogamente ao mtodo da corrente e tenso, ao utilizar o mtodo da ponte, necessrio realizar no mnimo trs medies da resistncia hmica. Para isso, deve-se modificar o balano da ponte, isto , o valor da corrente de medio deve ser modificado diretamente no aparelho. O valor a ser considerado a mdia das trs diferentes medidas.

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Ao determinar o valor mdio, o valor da resistncia em cada medio que diferir de 01,0 desse valor mdio calculado, deve ser desconsiderado e uma nova

medio realizada.

Para a realizao do ensaio de medio da resistncia hmica do enrolamento de campo, o seguinte circuito deve ser montado com as devidas conexes.

Figura 3.12: Esquemtico do mtodo da ponte de Thomson para o enrolamento de campo.

Legenda:

P Ponte de Thomson.

F1/F2 Enrolamento sob teste.

O valor da resistncia hmica medido considerado satisfatrio, se no diferir mais que 10% em relao ao valor de projeto.

Anlise dos resultados.

Para a mquina em estudo, utilizou-se para a medio da resistncia hmica do enrolamento de campo o mtodo da ponte de Thomson. Conforme descrio do mtodo, foram realizadas trs medies com os seguintes valores de corrente,

A0,10 , A5,7 e A0,5 .

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Os resultados obtidos para os diferentes valores de corrente, juntamente com a mdia, so descritos na tabela 3.8.

Tabela 3.8: Valores medidos da resistncia hmica do enrolamento de campo.

Corrente (A) Resistncia hmica ( ) 10,00 0,112880

7,50 0,112880

5,00 0,112920

Mdia 0,112890 Temp. de Medio C96,28

Sabendo que o valor de projeto da resistncia hmica do enrolamento de campo 11400,0 , pode-se calcular a diferena entre esse valor e o valor coletado

em campo.

%1101,1112890,011400,0 3 ==== fmdiofprojetoff RxRRR .

Baseando no critrio de avaliao, do resultado encontrado acima, pode-se concluir que o ensaio de medio da resistncia hmica do enrolamento de campo foi considerado satisfatrio. O valor da resistncia coletado em campo no ultrapassou a tolerncia de 10% em relao ao valor de projeto, ficando bem abaixo.

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3.2 Ensaios Dinmicos

Depois de concluda a fase de ensaios estticos, com a correta verificao dos valores obtidos para os parmetros da mquina, deve-se efetuar a segunda parte de testes na unidade geradora. Entende-se por ensaios dinmicos, todos os testes realizados quando a mquina se encontra em movimento (giro mecnico).

Antes de iniciar esta etapa, devem-se efetuar algumas preparaes para garantir o correto funcionamento do gerador nessa fase de comissionamento. Por exemplo, verificar se as escovas esto instaladas corretamente, ajustar as protees de corrente para no atuarem durante o ensaio e verificar se o regulador de velocidade est operando satisfatoriamente, garantindo assim uma rotao constante.

3.2.1 Ensaio a vazio.

Em uma mquina sncrona, conforme descrito no captulo 2, a tenso induzida no enrolamento de armadura proporcional a velocidade de rotao da mquina e ao fluxo de excitao, sendo esse ltimo dependente da corrente de campo que circula no enrolamento do rotor. Variando-se a corrente de campo, tem-se uma variao na tenso induzida.

Inicialmente a tenso aumenta linearmente com o aumento da corrente de campo. Quando o valor da corrente cresce consideravelmente, percebe-se o efeito da saturao do circuito magntico, pois o fluxo produzido no cresce mais linearmente com o aumento da corrente.

Para efeito de comparao, a figura 3.13 mostra a caracterstica terica da mquina sncrona em estudo [2].

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Figura 3.13: Caracterstica terica do Gerador Sncrono W42.

A determinao de uma das caractersticas do gerador sncrono, a caracterstica a vazio, um dos principais ensaios realizados em uma mquina eltrica. O objetivo, a metodologia e a anlise dos resultados coletados em campo sero descritos a seguir.

Objetivo do ensaio.

Este ensaio visa determinar a caracterstica de saturao da mquina sncrona, alm de permitir a determinao da reatncia sncrona de eixo direto no

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saturada. Alm disso, permite-se comparar as caractersticas encontradas em campo com os valores especficos de projeto.

Mtodo do ensaio.

Com os terminais da mquina abertos, eleva-se a rotao da mesma at seu valor nominal (velocidade sncrona), mantendo-se esta constante, durante todo o ensaio.

Alterna-se gradualmente a excitao (independente), em degraus, variando os valores da tenso induzida na armadura desde fE*2,0 at fE*2,1 , mede-se a

tenso e corrente de excitao, utilizando-se