FABRICAÇÃO E ENSAIOS ELÉTRICOS DE BOBINAS ESTATÓRICAS …
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Londrina 2018 WILLIAN BARBOSA CALDERON FABRICAÇÃO E ENSAIOS ELÉTRICOS DE BOBINAS ESTATÓRICAS PARA GERADORES DE 13,8 KV
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Londrina 2018
WILLIAN BARBOSA CALDERON
FABRICAÇÃO E ENSAIOS ELÉTRICOS DE BOBINAS ESTATÓRICAS PARA GERADORES DE 13,8 KV
Londrina 2018
FABRICAÇÃO E ENSAIOS ELÉTRICOS DE BOBINAS ESTATÓRICAS PARA GERADORES DE 13,8 KV
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Pitágoras Unopar, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
Orientador: Anderson iop
WILLIAN BARBOSA CALDERON
WILLIAN BARBOSA CALDERON
FABRICAÇÃO E ENSAIOS ELÉTRICOS DE BOBINAS ESTATÓRICAS PARA GERADORES DE 13,8 KV
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Pitágoras Unopar, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Londrina, 5 de dezemdro de 2018
De maneira especial, dedico este trabalho
a minha família que me apoiou e com
compreensão e paciência, sempre me
incentivaram para que o sonho desta
graduação se tornasse realidade.
AGRADECIMENTOS
A Deus, que supriu todas as minhas necessidades físicas e emocionais, me
concedendo forças para prosseguir e me fazendo acreditar que era possível.
A minha família, em especial minha esposa, pois sem seu apoio incondicional, sua
compreensão e paciência nos momentos mais difíceis, não teria sido possível chegar até
a conclusão desta graduação.
Aos meus pais, que sempre me incentivaram e através de seu exemplo de vida me
fizeram sonhar e por fim, viver a realidade deste momento.
Aos mestres professores que contribuíram neste processo de aprendizagem e
amadurecimento do saber, proporcionando oportunidades para o desenvolvimento
intelectual e profissional.
E por fim, aos amigos formados ao longo destes cinco anos de jornada, que por
tantas vezes fizeram a diferença, seja nos bons momentos de descontração ou nos
finais de semana estudando para as temidas provas de Cálculos.
A Empresa NISHI por ter ajudado com todo apoio técnico necessário
A estes, meus sinceros agradecimentos.
“O temor do Senhor é o princípio da Sabedoria” (Provébios 9:10)
CALDERON, Willian Barbosa. Fabricação e ensaios de bobinas estatóricas para geradores de 13,8kV. 2018. 49p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Pitágoras Unopar, Londrina, 2018.
RESUMO
Desde o surgimento dos geradores e motores de alta tensão um dos grandes problemas dos fabricantes é com o sistema isolante do bobinado estatórico, pois é um dos principais fatores que leva um equipamento a falhar, um equipamento com o sistema isolante mal projetado pode ocorrer falhas com menos de um ano de operação, levando assim uma indústria a grandes prejuízos. Os ensaios elétricos são a base para identificar a qualidade das bobinas fabricadas e essenciais para evitar problemas quando o equipamento entrar em operação, por isso, nesse trabalho será apresentado como os ensaios são realizados e os valores aceitáveis pelas normas, também será apresentado à importância dos sistemas isolantes e quais os melhores processos utilizados na fabricação de bobinas, para geradores 13.8 kV.
Palavras-chave: Geradores síncronos; bobinas estatóricas; materiais isolantes.
CALDERON, Willian Barbosa. Fabrication and testing of electrical generators for cops statoric 13,8kV. 2018. 49p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Pitágoras Unopar, Londrina, 2018.
ABSTRACT
Since the emergence of generators and high voltage motors one of the great problems of manufacturers with the system is insulating the stator winding as it is a major factor that leads to an equipment failure, a device with the isolating poorly designed system failures can occur with less than one year of operation, thus leading to an industry large losses. The electrical tests are the basis for identifying the quality of coils manufactured and essential to avoid problems when the equipment comes into operation, so this work will be presented as the tests are performed and the values acceptable standards, will also be introduced to the importance of insulating systems and what the best processes used in manufacturing coils for 13.8 kV generators.
Key-words: Synchronous generators; stator coils; insulating materials.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Instalação do enrolamento de campo no rotor de um gerador síncrono de
200 MW .................................................................................................................... 16
Figura 2 – Rotor de Polos Salientes de um hidrogerador. ....................................... 17
Figura 3 – Sistema trifásico com defasagem de 120º entre fases. .......................... 17
Figura 4 – Distribuição da tensão induzida no enrolamento do estator de um gerador
síncrono ................................................................................................................... 18
................................................................................................................................. 00
Figura 5 – Exemplo de um estator bobinado sem estar fechado a ligação ............. 21
Figura 6 – Exemplo de um estator bobinado já fechado a ligação .......................... 21
Figura 7 – Variação no tempo das FEM’s induzidas para o gerador da Figura 4 ... 22
Figura 8 – Tipos de ligação do bobinado estatórico; (A) ligação em triângulo e (B)
ligação em estrela. ................................................................................................... 23
Figura 9 – Bobina multivolta de um gerador de 13.8 kV acabada. ......................... 24
Figura 10 – Bobina multivolta de um gerador de 13.8 kV acabada. ........................ 24
Figura 11 – Barra roebel de um gerador de 71176 kVA .......................................... 25
Figura 12 – Corte transversal na parte reta da bobina ............................................ 27
Figura 13 – Classe térmica de serviço dos materiais isolantes utilizados para
fabricação de bobinas (NBR 7034). ......................................................................... 29
Figura 14 –- Exemplo de aplicação de fita de mica numa bobina .......................... 31
Figura 15 – Ciclo de cura da reina contida na fita de mica ..................................... 33
Figura 16 – Corte transversal em uma bobina de um motor de 6.6 kV com espaços
vazios na parede isolante ......................................................................................... 34
Figura 17 – Bobinado com sintomas de DP na saída de ranhura e entre cabeças
................................................................................................................................. 32
Figura 18 – Pintura condutiva e semicondutora ...................................................... 32
Figura 19 – Tensões indicadas pela norma IEEE 43-2000 para realização do ensaio
de resistência de isolamento
................................................................................................................................. 35
Figura 20 – Valores mínimos de resistência de isolamento recomendado pela norma
IEEE 43-2000
................................................................................................................................. 35
Figura 21 – Valores mínimos de índice de polarização recomendado pela norma IEC
60085-01
................................................................................................................................. 36
Figura 22 – Exemplos de defeitos encontrados pelo surge test .............................. 38
Figura 23 – Tensões indicas para o ensaio de surge test ....................................... 39
Figura 24 – Representação da corrente capacitiva e resistiva na parede isolante...40
Figura 25 – Valores de referência para FP e Tip-up em bobinas indicados pela
norma VDE 530 ........................................................................................................ 41
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
DC
AC
V
A
Hz
Corrente contínua
Corrente Alternada
Volts
Amperes
Hertz
VF
VL Vn
Tensão de fase
Tensão de linha
Tensão nominal
Fem Força eletromotriz
Rpm Rotação por minuto
VA Volt-Ampères
W
DP
Watts
Descargas parciais
E
Ø
Tensão induzida
Fluxo magnético
13
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 14
1. GERADORE ELÉTRICOS ................................................................................ 16
1.1 TIPOS DE GERADORES ............................................................................... 16
1.1.1 Rotor de Polos Lisos ...................................................................................... 16
1.1.2 Rotor de Polos Salientes ................................................................................ 17
1.2 TENSÕES TRIFÁSICAS ................................................................................ 18
1.3 BOBINAS ESTATORICAS .............................................................................. 23
1.3.1 Bobinas Multivoltas ........................................................................................ 23
1.3.2 Barra Roebel .................................................................................................. 25
2. ISOLAMENTO ELÉTRICO ............................................................................ 27
1.4 MATERIAIS ISOLANTE ................................................................................. 29
1.4.1 Resinas .......................................................................................................... 29
1.4.2 Mica ................................................................................................................ 30
1.4.3 Fibra de vidro ................................................................................................. 31
1.4.4 Nomex ............................................................................................................ 32
1.5 TIPOS DE IMPREGNAÇÃO ........................................................................... 32
1.5.1 VPI (Vaccun Pressure Impregnation) ............................................................. 32
1.5.2 Resin-rich ....................................................................................................... 33
1.6 DESCARGAS PARCIAIS ................................................................................ 34
1.6.1 Pintura condutiva e semicondutora ................................................................ 35
3. ENSAIOS ELÉTRICOS .................................................................................. 38
1.7 RESISTÊNCIA DE ISOLAMENTO ................................................................. 38
1.8 ÍNDICE DE POLARIZAÇÃO ........................................................................... 39
1.9 SURGE TEST ................................................................................................. 40
1.10 VOLTAGE ENDURANCE ............................................................................... 42
1.11 FATOR DE POTÊNCIA E TIP-UP .................................................................. 43
1.12 CORONA VISUAL .......................................................................................... 44
1.13 HIPOT DC ....................................................................................................... 45
1.14 HIPOT AC ....................................................................................................... 46
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 47
5. REFERÊNCIA ................................................................................................. 48
14
INTRODUÇÃO
Em cargas mecânicas utilizam-se motores eléctricos, que são máquinas muito
potentes capazes de produzir uma transformação de energia eléctrica em energia
mecânica com algumas perdas de energia. Como essas perdas de energia são
muito baixas, os motores eléctricos apresentam um alto beneficio.
O motor eléctrico tornou-se um dos maiores inventos dos últimos tempos.
Na partida mecânica podem ser utilizados motores de corrente contínua ou de
corrente alternada convencionais (síncronos ou assíncronos, mono ou trifásicos).
Existem muitas aplicação para motor eléctrico. Assim, a seleção do motor e a
sua aplicação constituem um assunto complexo, que envolve a análise de diversos
tipos e parâmetros: a rede eléctrica, a ligação do motor eléctrico à carga mecânica
empregada em cima dele etc.
Os motores de corrente contínua são motores caros que necessitam de uma
fonte de corrente continua com um alto custo de manutenção. Podem funcionar com
velocidade regulável entre amplos limites, com grande facilidade de controlo e boa
precisão, sendo o seu atual uso restrito a casos especiais .
Uma vez que a geração e distribuição de energia eléctrica é geralmente
realizada em corrente alternada, os motores de corrente alternada são os mais
utilizados na atualidade. Os tipos mais usados são os motores síncronos e
assíncronos. Quando alimentado com frequência fixa, o motor síncrono funciona
com velocidade constante; na sua versão convencional (campo magnético criado por
enrolamento de excitação), é utilizado essencialmente para elevadas potências. Já o
motor de indução (assíncrono) roda com velocidade ligeiramente variável consoante
a carga mecânica aplicada ao seu veio e é de aplicação geral, desde a centena de
watts até vários milhares de quilowatts. Na sua versão trifásica, o motor de indução é
uma máquina com um princípio de funcionamento simples, com uma construção
robusta requerendo pouca manutenção, e preço pouco elevado.
Atualmente os altíssimos níveis de tensão utilizados em grandes máquinas
eléctricas exigem cuidados essenciais no seu isolamento, já que este constitui uma
das principais causas de falha eléctrica durante o seu operação do equipamento.
15
A potência utilizada e fornecida por uma máquina eléctrica é sempre menor
do que a potência por ela absorvida se chama rendimento percentual de qualquer
máquina é sempre vai ser menor a 100%. A diferença entre as duas potências
constitui na chamada potência de perdas da máquina, que no essencial é
transformada em calor, que aquecerá a máquina como um todo, nomeadamente, o
(s) enrolamento (s) da máquina isso, deverá ser dissipado para o exterior na troca de
calor por ventilação evitar uma elevação de temperatura excessiva, principalmente
dos materiais isolantes constituintes da maquina. É que, para além do natural
desgaste mecânico resultante do uso da máquina, tal como o verificado nas suas
escovas (máquinas de corrente contínua e de corrente alternada síncronas
convencionais) e nos seus rolamentos, a vida útil da máquina eléctrica é, no
fundamental, determinada pelo estado dos materiais isolantes nela existentes.
O material isolante dos circuitos eléctricos dos sistemas eletromecânicos de –
motores e geradores eléctricos - são dominante materiais sintéticos que, no caso de
máquinas de grande potência (média e alta tensão) envolvem um mineral – a mica..
Tendo a certeza de que qualquer material isolante é afetado por muitos
fatores externos - vibrações mecânicas, humidade, ambientes quimicamente,
corrosivos, temperatura de trabalho (em especial, dos materiais isolantes
impregnados).
Ao longo do trabalho reporta-se um estudo de sistemas de isolação, em
motores de média e alta tenção sempre presente a integração de tais materiais
isolantes no processo de fabrico das bobinas e ensaio elétricos de uma máquinas
eléctricas.
16
1. GERADORE ELÉTRICOS
O princípio do funcionamento de um gerador baseia-se nos fenômenos de
indução eletromagnética a que está sujeito um condutor ou uma espira quando sofre
uma variação de fluxo magnético (Rezek, 2011) .
Um gerador elétrico transforma energia mecânica em energia elétrica,
utilizando a indução magnética, para produção de energia mecânica pode ser
utilizada turbinas, motor de combustão, ou qualquer outra fonte mecânica.
O modelo de gerador mais simples é o dínamo, que foi inventado em 1832
por Hippolyte Pixii, utilizando como base a teoria de Faraday
O gerador síncrono também conhecido como alternadores é um dos mais
utilizado, porque apresenta maior facilidade de controle da potência gerada, como o
controle da tensão e da frequência, com o controle desses dois elementos, é
possível alimentar o sistema com uma energia elétrica de melhor qualidade. (Rezek,
2011).
TIPOS DE GERADORES 1.1
1.1.1 Rotor de Polos Lisos
Rotor de polos lisos também é conhecido como de rotor cilíndrico, geralmente
é utilizado em maquinas com rotação de 1800 a 3600 RPM, para sistemas que
trabalham com frequência de 60Hz. Neste equipamento é reduzida a perda de
energia gasta para mover o ar em torno do entreferro que é o espaço livre entre o
rotor e o estator, estas perdas podem ser significativas em altas velocidades quando
o rotor possui saliências em suas superfícies (FITZGERALD, 2014).
Os geradores de polos lisos são horizontais e podem atingir até 10 metros de
comprimento e 5 de diâmetro, esse tipo de gerador pode ser acoplados a turbinas a
vapor ou a motores diesel e são chamados de turbo geradores (FITZGERALD,
2014).
17
Figura 1-1 Instalação do enrolamento de campo no rotor de um gerador síncrono de 200 MW e 2 polos.
Fonte: Fitzgerald (2014).
As bobinas de campo são alojadas nas ranhuras do núcleo magnético
existente no eixo e as cabeças das bobinas são travadas por uma capa de
contenção, já que as mesmas sofrem grandes esforços mecânicos, devido à alta
rotação que o rotor exerce (FITZGERALD, 2014).
1.1.2 Rotor de Polos Salientes
Geradores de polos salientes são equipamentos que trabalham em baixa
rotação, geralmente entre 60 a 600 RPM. Para conseguir a potência desejada à
construção do rotor é feita com um numero relativamente elevado de polos salientes
para compatibilizar os esforços mecânicos com a ventilação necessária e a sim
também garantir a frequência desejada (FITZGERALD, 2014).
Ao contrário dos rotores de polos lisos, esse equipamento não é utilizado em
altas rotações, um dos motivos são as perdas de energia gastas para mover o ar
pelo entreferro já que seus polos são salientes. Esse tipo de equipamento é utilizado
em usinas hidrelétricas, onde é acoplado a uma turbina, também chamado de
hidrogeradores (FITZGERALD, 2014).
Figura 2 Foto de Polos Salientes de um hidrogerador.
18
Fonte: Itaipu (2017).
Este equipamento trabalha na posição vertical, podendo atingir tamanhos
superiores a 10 metros de diâmetros (FITZGERALD, 2014).
Tensões Trifásicas 1.2
No Brasil o sistema utilizado para geração, transmissão e distribuição de
energia elétrica é o sistema trifásico, onde as senóides são equilibradas e defasadas
120º uma da outra, conforme figura abaixo.
Figura 3 Sistema trifásico com defasagem de 120º entre fases.
Fonte: Robocore (2018).
19
O princípio da geração da tensão trifásica tem que se analisar um gerador de
dois polos e com três bobinas no estator, colocadas simetricamente a 120° uma da
outra e não possuindo ligação entre si, o rotor é energizado com tensão DC, seja por
anéis coletores ou excitação brusshless para criar um campo magnético variável
(Rezek, 2011).
O campo girante criado pela tensão DC do rotor intercepta as espiras do
estator, produzindo nelas um fluxo variável, conforme a lei de Faraday, que diz que
uma bobina que esteja submetida a uma variação de fluxo é induzida nela uma
tensão, assim na saída do gerador aparecera uma tensão induzida (Rezek, 2011).
A figura 4 demonstra um gerador de dois polos com três espiras no estator
equilibradas e defasadas 120º e o rotor está girando no sentido anti-horário.
Figura 4 Distribuição da tensão induzida no enrolamento do estator de um gerador síncrono: (a) fase a num máximo positivo (tempo t1); (b) fase b num
máximo negativo (tempo t2).
Fonte: Del Toro (1994, p. 198).
20
De acordo com Del toro
Considere agora que o rotor é acionado por uma força motriz no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, na velocidade síncrona. Aplicando a regra V x B para o sentido do campo indicado tem que a tensão instantânea induzida nos lados da bobina a, b’, c
’ é dirigido para fora do papel, enquanto
nos lados de bobina a’, b, c é dirigida para dentro do papel. Outrossim, visto que os lados de bobina a e a’ estão colocados abaixo do valor máximo da onda de densidade de fluxo, a fem induzida na fase a está no seu valo máximo. A fem induzida correspondente na fase b, como identificado pelo lado da bobina b, pode ser observada como tendo um sinal oposto (está sob um fluxo de polo sul) e de menor módulo. Na realidade, visto que os lados de bobina b e b’ estão ambos deslocados da posição de densidade de fluxo máximo por 60º, segue-se que sua tensão instantânea está na metade (cos 60º) de seu valor máximo. Um raciocínio similar produz o mesmo resultado para a fase c. (DEL TORO, 1994, p. 198)
A seguir, considere-se que
O rotor avançou 60º no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. Isso coloca a amplitude do fluxo de polo norte diretamente embaixo de b’, indicando que a fem induzida é agora um máximo negativo na fase b. Também, a bobina c-c’ agora se encontra debaixo da influência de fluxo de polaridade invertida como indicado na Figura. 4 (b). Portanto, o sentido da fem em c é agora para fora do papel e pra dentro do papel em c’. Os valores instantâneos das tensões trifásicas para o primeiro e o segundo instante do tempo estão representado na Figura 5 e são identificados como t1 e t2, respectivamente. . (DEL TORO, 1994, p. 198).
Repetindo o procedimento
Precedente muitas vezes e pilotando os resultados para cada instante de tempo, obte as curvas completas da Figura 5. Observe-se que a variação da fem induzida para cada fase é idêntica às outras, exceto para o deslocamento no tempo de 120º a 240º, respectivamente. Na realidade, esta variação é uma consequência direta de se ter o início de cada fase deslocado no espaço por 120 graus elétricos. A ligação física dos pontos terminais de cada fase (pontos a’, b’, c’) dá um enrolamento de estator conectado em Y. (DEL TORO, 1994, p. 198).
21
Figura 5 Exemplo de um estator bobinado sem estar fechado a ligação.
Fonte: Martins (2010)
Figura 6 Exemplo de um estator bobinado já fechado a ligação.
Fonte: Martins (2010)
22
Figura 7 Variação no tempo das FEM’s induzidas para o gerador da Figura 4.
Fonte: Del Toro (1994, p. 198).
As bobinas do estator podem estar ligadas em triangulo ilustrada na figura 6
(A) ou em estrela ilustrado na figura 6 (B), porém, a ligação mais utilizada para as
bobinas estatóricas de geradores é a o estrela, conseguindo assim a referência que
é o ponto neutro, outra vantagem importante na ligação em estrela é o sistema
isolante, pois, o bobinado fica sujeita a tensão menores do que no triângulo porque a
tensão de fase é igual a: (Rezek, 2011).
√ (1)
Onde:
VF = Tensão de fase (V)
VL = Tensão de linha (V)
.
23
Figura 8 Tipos de ligação do bobinado estatórico; (A) ligação em triângulo e (B) ligação em estrela.
Fonte: Saber elétrica (2018).
BOBINAS ESTATORICAS 1.3
1.3.1 Bobinas Multivoltas
A bobina multivolta, é utilizada em praticamente todos os tipos de motores e
geradores abaixo de 50 MW, com exceção de quando o núcleo magnético é com
ranhura fechada. O sistema de impregnação da bobina multivolta pode ser tanto no
processo VPI como por Resin Rich conforme ver a seguir. Esta bobina antes de ser
aberta pode ser também chamada de bobina oval, pela forma que suas espiras
ficam posicionada.
24
Figura 9 Bobina multivolta de um gerador de 13.8 kV acabada.
Fonte: Martins (2010)
Figura 10 Bobina multivolta de um gerador de 13.8 kV acabada.
Fonte: Martins (2010)
25
O processo para fabricação da bobina multivolta depende da qualidade do
fabricante, ela pode ser moldada em formas ou em maquina apropriadas para abrir
bobina, esta última é a que mais garante qualidade (Kostenko, 1977). Na foto a
seguir ver uma bobina multivolta moldada por uma máquina de abrir bobina.
1.3.2 Barra Roebel
Em grandes geradores normalmente acima de 50 MW as bobinas são muito
grandes, por motivo da corrente elétrica ser elevada, se no processo de fabricação
das bobinas utilizasse bobinas multivoltas, haveria um grande trabalho
mecanicamente para montar as pernas topo e fundo ao mesmo tempo nas ranhuras
do estator, com riscos de danos no isolamento, por isso, são utilizadas as meia
barras, que são exatamente uma bobina cortada na meio, chamadas de barra
Roebel (Kostenko, 1977).
Figura 11 Barra roebel de um gerador de 71176 kVA.
Fonte: Irispower (2018).
26
As barras Roebel são montadas separadamente no estator e posteriormente
soldados os condutores da perna topo nos da perna de fundo, formando assim as
espiras das bobinas. Conformem mostra a figura (8) (Kostenko, 1977).
27
2. ISOLAMENTO ELÉTRICO
Um dos principais causadores de falhas em geradores e motores de alta
tensão é o isolamento elétrico, ao contrário do núcleo magnético e dos condutores
de cobre, o isolamento elétrico é passivo no funcionamento do equipamento, porém
tem uma das principais funções no equipamento, que é prevenir o curto-circuito
entre espiras ou para o terra, ocasionando assim a falha do equipamento (Martins,
2010).
Existem alguns fatores que podem vim a provocar o envelhecimento precoce
do isolamento, eles são: ciclo térmico, vibração, movimentos mecânicos das
bobinas, ataque químico e descargas parciais (Martins, 2010).
O sistema isolante também tem a finalidade de manter os condutores de
cobre fixos no lugar, para evitar que os mesmos se movimentem, além disso, tem
que ser um bom condutor térmico, para dissipar o calor causado pela passagem de
corrente nos condutores (Martins, 2010).
Figura 12 Corte transversal na parte reta da bobina.
Fonte: Martins (2010)
28
A parede isolante da bobina é um dos pontos mais importante na fabricação
das bobinas e tem que ter uma atenção a mais no projeto de isolação, pois se ela for
fina, o projeto terá problemas tanto eletricamente como mecanicamente, grandes
fabricantes utilizam uma solicitação dielétrica menor que 3 kV/mm, ou seja: se um
gerador tem uma tensão de linha de 13,8 kV, e o fechamento da ligação está em
estrela, a tensão de fase a terra será de 7,96 kV, a parede isolante utilizada é de 3
mm então a solicitação dielétrica será de:
(3)
Então:
Onde:
E = É a tensão entre o condutor e o núcleo (V)
V = É a tensão de fase a terra (V)
d = É a distancia entre o condutor e o núcleo. (mm)
Outro ponto a ser observado na isolação das bobinas é a classe térmica do
material, essa classe térmica é a temperatura máxima suportada pelo sistema
isolante, ela está ligada diretamente a sua vida útil. Segundo a lei de Ahrremiuhs, a
cada 10ºC acima da temperatura máxima do sistema isolante, o mesmo tem sua
vida útil reduzida pela metade. A tabela a seguir representa as classes térmicas dos
principais isolantes utilizados para fabricação de bobinas de alta tensão.
29
Figura 13 Classe térmica de serviço dos materiais isolantes utilizados para
fabricação de bobinas (NBR 7034).
CLASSE TEMPERATURA MÁXIMA ADMISSIVEL EM SERVIÇO
Y (O) 90ºC (algodão, seda e papel sem impregnação).
A 105ºC (algodão, seda e papel com impregnação).
E 120ºC (alguns vernizes, esmaltes e fibras).
B 130ºC (mica, asbesto com aglutinante EPR).
F 155ºC (mica, fibra de vidro com aglutinante).
H 180ºC (elastômeros de silicato).
C > 180º (porcelanas, vidro, quartzo e cerâmicas).
C 200ºC (fibra mista de vidro poliéster impermeável com verniz).
N 220ºC (capton, nomex).
R > 220ºC (materiais com propriedades térmicas combinadas).
Fonte: NORMA NBR 7034
Materiais Isolante 1.4
1.4.1 Resinas
A evolução das resinas é um dos pontos mais importantes nos processo de
isolamentos elétricos, podem ser à base de solvente natural ou sintético. Este
material trabalha normalmente sob efeito do calor, chamado de termocura sendo
utilizada a curva de temperatura característica de cada produto, sempre
recomendada pelo fabricante.
A utilização incorreta das resinas pode ocasionar espaços vazios na parede
de isolação da bobina o que pode levar a descargas parciais. Existe duas resinas
que são importantes destacar, as da família poliéster e do epóxi.
Onde era muito utilizada na área militar em embarcações, onde foram
combinadas com vibra de vidro para fazer um laminado de alta segurança. Algum
tempo após o fim da guerra, os engenheiros da Westinghouse Eletric Corporation
começaram a fazer trabalho de pesquisa utilizando a química do poliéster para um
novo sistema de isolamento de bobina para alta tensão, utilizadas em geradores e
motores, sistema chamado de “termalastic” (Stone, 2004).
30
As primeiras resinas a base de epóxi que surgiram no mercado foram os
solventes termoplásticos sólidos, não sendo muito adequado para uso como resina
de baixa viscosidade de impregnação. A resina de epóxi sólida pode ser misturada
com epóxidos monofuncionais de baixa viscosidade como, por exemplo, os éteres
de glicídio, utilizado para fazer um líquido viscoso á temperatura ambiente, sendo
que quando submetido a altas temperaturas faz com que a resina fique rígida, assim
sendo ideal para isolamentos elétricos (Stone, 2004).
1.4.2 Mica
A mica natural tem sido utilizada desde os tempos pré-históricos, onde era
utilizada como pó para pintura corporal. As principais características da mica é que
os seus minerais são do grupo dos filossilicato que tem a característica de ter a
divisão basal perfeita, podendo ser dividida em laminas finas, porém resistente
(Stone, 2004).
Quimicamente as micas são complexas de silicatos de alumínio com
magnésio, potássio, sódio, ferro, lítio, flúor, e vestígios de outros elementos. A mica
tem uma alta rigidez dielétrica e uma elevada resistência à temperatura, suportando
temperaturas acima de 550ºC, assim é ideal para sistemas isolantes. Os principais
tipos de micas utilizadas em sistema isolante são: lâminas de mica e papel de mica
(Stone, 2004).
A lamina de mica é mais rígida e é mais utilizada em geradores e motores
para isolação elétrica com áreas maiores, como anéis coletores e comutadores de
MCC, já o papel de mica é o principal componente do sistema isolante da bobina,
sendo sua espessura fina que varia entre de 0,12 até 1 mm, e é muito flexível sendo
perfeito para a isolação de bobinas (Stone, 2004).
As primeiras resinas a base de epóxi que surgiram no mercado foram os
solventes termoplásticos sólidos, não sendo muito adequado para uso como resina
de baixa viscosidade de impregnação. A resina de epóxi sólida pode ser misturada
com epóxidos monofuncionais de baixa viscosidade como, por exemplo, os éteres
de glicídio, utilizado para fazer um líquido viscoso á temperatura ambiente, sendo
que quando submetido a altas temperaturas faz com que a resina fique rígida, assim
sendo ideal para isolamentos elétricos (Stone, 2004).
31
Figura 14 Exemplo de aplicação de fita de mica numa bobina.
Fonte: Martins (2010)
É importante apresenta a excelentes características da mica, nomeadamente
a de resistir a descargas parciais, apresentar alticima estabilidade térmica, suavizar
os picos de intensidade do campo eléctrico; da sua parte, o papel de mica apresenta
alta rigidez dieléctrica e baixa resistência mecânica (Stone, 2004).
1.4.3 Fibra de vidro
A fibra de vidro assim como a maioria dos isolantes utilizados evoluiu a partir
da segunda guerra mundial. A fibra de vidro é basicamente feita a partir do
borosilicato de sódio que é muito resistente ao calor e a ataque químico (Stone,
2004).
A fibra de vidro por ser um material inorgânico é muito resistente às
descargas parciais, ao contrario dos materiais orgânicos, como resinas e micas, na
utilização em bobinados aplica-se resina na fibra de vidro para que a mesma fique
rígida, sendo utilizada para amarração das cabeças de bobinas. Na fabricação de
bobinas de 13.8 kV a fibra de vidro é utilizada na isolação das cabeças de bobinas
após a isolação da mica e posteriormente na amarração das cabeças das bobinas
montadas. Em bobinas abaixo de 6 kV ela é utilizada na em toda isolação da bobina,
para a que a bobina tenha uma resistência mecânica maior no isolamento (Stone,
2004).
32
1.4.4 Nomex
O Nomex é inteiramente feito de polímero sintético do aramid em dois
processos: fibras curtas e partículas microscopia da pasta do aramid. Visualmente o
Nomex é um papel isolante calandrado com uma rigidez dielétrica elevada, outras
qualidades do Nomex são: robustez mecânica, flexibilidade e resistência elástica
(Stone, 2004).
Em motores e geradores o Nomex é utilizado entre condutores para isolar as
espiras da bobina e também entre a bobina e a ranhura para evitar o contato da
parede isolante com o núcleo magnético, isto em motores e geradores até 6 kV,
porque em tensão maiores a parte reta da bobina está com a tinta condutiva e a
mesma tem que ficar em contato direto com o núcleo, para evitar as descargas
parciais, conforme ver a seguir (Stone, 2004).
Tipos de impregnação 1.5
1.5.1 VPI (Vaccun Pressure Impregnation)
O sistema VPI que em português significa impregnação por vácuo e pressão
é o sistema mais utilizado em geradores e motores com tensões abaixo 6 kV, o
mesmo não é utilizado em tensões maiores porque o a parede isolante da bobina
não é curada em formas sobre pressão e por isso não tem como garantir que a
parede isolante fique sem vazios, o que levaria a descargas parciais (Martins, 2010).
O processo VPI, consiste em aplicar a resina nas bobinas sobre pressão e
vácuo, posteriormente as bobinas são montadas no estator, ainda com a resina
molhada, e ao fim do rebobinamento o estator é levado para estufa onde é feito a
cura da resina. Esse processo mesmo tendo falhas em relação a vazios na parede
isolante tem ótimas características elétricas e mecânicas quando utilizado
corretamente (Martins, 2010).
33
1.5.2 Resin-rich
Resin-rich ou Pré-preg que vem do nome pré-impregnado é um dos sistemas
de impregnação mais evoluído é utilizado principalmente em bobinas 13.8 kV de
motores e geradores, esse sistema é composto de papel de mica impregnado com
resina epóxi semi curada (estagio “B” de polimerização).
A intrdodução do pré-preg pode ser manual ou em maquinas, e
posteriormente prensada em formas, projetada sobre a medida final desejada da
parede isolante da bobina e levada a estufa para cura final. Como a mica está
impregnada de resina, quando a temperatura chega ao primeiro estágio de cura a
resina é liquefeita e inserida entre as camadas de micas pelo efeito da pressão, o
ciclo de cura é demonstrado na figura (10) (Martins, 2010).
Figura 15 Ciclo de cura da reina contida na fita de mica.
Fonte: Martins (2010)
Depois de curado o sistema isolante torna se rígido e uniforme, com alta
resistência a temperatura e ataque químico e uma das principais características que
é a alta rigidez dielétrica (Martins, 2010).
35’ 65’ 90’ 150’ 180’
20
50
125
150
T (ºC)
t (min)
FIM DO PROCESSO
34
DESCARGAS PARCIAIS 1.6
Descargas parciais também chamado de efeito corona ocorre quando há
falhas na fabricação das bobinas, as mais conhecidas são:
Diferença de potencial na superfície da bobina em relação ao
terra;
Vazios na parede isolante;
Espaçamento entre o isolamento da bobina e o núcleo
magnético.
Esse efeito se da quando há a ionização do ar em um campo elétrico forte,
esse efeito pode ocorrer em geradores e motores acima de 4 kV ou quando o projeto
tem a solicitação dielétrica é acima de 3 kV/mm. Quando há vazios na parede de
isolação a alta tensão irá quebrar a rigidez dielétrica do ar e com isso haverá uma
faísca, a principio uma pequena faísca não interfere no funcionamento da maquina,
porém essa faísca vai corroendo a isolação, até levar a bobina a uma falha (Stone,
2004).
Figura 16 Corte transversal em uma bobina de um motor de 6.6 kV com
espaços vazios na parede isolante.
Fonte : Stone (2004)
35
Uma das principais maneiras de evitar as DP é optar para um processo de
fabricação que valorize os seguintes itens: tipo do material, a forma de prensar as
bobinas e respeitar o tempo de cura do tipo da resina utilizada, esses são os
principais fatores para evitar que a parede de isolação possua vazios no seu interior,
e para evitar as DP superficiais na bobina, existe a pintura condutiva e a
semicondutora que será explicada no tópico a seguir.
Para confiabilidade de que a bobina fabricada não possui vazios em seu
isolamento, existe o ensaio fator de potência que consegue identificar as perdas na
bobina causada por falha na isolação, esse ensaio ver no tópico de ensaios elétrico.
1.6.1 Pintura condutiva e semicondutora
Equipamentos com tensões de trabalho maiores que 6 kV necessitam de uma
pintura condutiva na parte reta, o material utilizado para fabricação dessa tinta é o
carbono, essa pintura condutiva ou fita condutiva dependendo do processo de
fabricação, serve para atenuar as correntes capacitivas que fluem do cobre até o
núcleo passando pela parede isolante, se não tem a pintura ou fita condutiva haverá
descargas parciais da parede isolante para o núcleo, ocasionando assim o
envelhecimento precoce do isolamento (Stone, 2004).
Um valor adequado da resistência da pintura condutiva é entre 500-5000 Ω
por quadrado, valores acima podem ter problemas com DP, outro fator importante é
o cuidado na aplicação da pintura condutiva, pois em alguns casos pode ocorrer de
ficarem bolsas de ar entre a parede isolante e a pintura, o que levará a uma DP
localizada (Stone, 2004).
O principal problema para pintura condutiva em maquina em funcionamento é
o movimento mecânico natural da bobina, esse atrito com o núcleo ou calço, faz que
a pintura perca as partículas de carbono com isso aumentando sua resistência,
ocasionando assim descargas parciais. A melhor forma de observar se o bobina está
sofrendo com descargas parciais por falha na pintura condutiva é observar a cor da
bobina, pois a pintura condutiva tem a cor escura, e quando há problemas de DP em
algum ponto da bobina os mesmo tende a ficar com cores mais claras (Stone, 2004).
36
Figura 17 Bobinado com sintomas de DP na saída de ranhura e entre cabeças.
Fonte: Stone (2004).
Já a pintura ou fita semicondutora é revestida com carboneto de silício, ao
contrario da pintura condutiva que tem baixa resistência ôhmica, a pintura
semicondutora não possui uma resistência linear, sua resistência é baixa nas
regiões que a tensão é alta e alta quando a tensão é baixa.
Figura 18 Pintura condutiva e semicondutora.
Fonte: Irispower (2018).
37
A pintura sem condutiva serve para que as cabeças de bobinas não flutuem,
ou seja, fiquem sem referência para terra, se isso ocorrer as correntes capacitivas da
superfície do isolamento tende a procurar o terra, onde ocorrem as DPs de cabeças
de bobinas (Stone 2004).
A ligação da pintura semicondutora ao terra é feita com uma sobreposição na
pintura condutiva, essa sobreposição entre a pintura condutiva e pintura
semicondutora é chamada de luva de supressão de corona, esta luva é localizada
do lado de fora da ranhura e um dos métodos mais utilizado para fazer a
sobreposição, é utilizar o dedo de aperto do núcleo magnético com referência,
deixando o meio da sobreposição no fim do dedo de aperto (Stone 2004).
38
3. ENSAIOS ELÉTRICOS
Resistência de isolamento 1.7
A norma de referência para o presente ensaio é a norma IEEE 43/2000.
O ensaio de resistência de isolamento é realizado aplicando uma tensão DC
na bobina ou no bobinado da máquina, esse ensaio é utilizado para verificação das
condições do isolamento, podendo detectar defeitos como: bobinado com curto para
massa, bobinado impregnado com sujeira, bobinado molhado ou bobinado
envelhecido. A resistência de isolamento varia proporcionalmente com a espessura
da parede isolante e diretamente com a área do condutor (Stone, 2004).
A resistência de isolamento por definição é o quociente da tensão aplicada
diretamente ao sistema isolante pela corrente total, que é a soma das três correntes
do circuito: Corrente de absorção, corrente de fuga, corrente de capacitância (Stone,
2004).
A tensão a ser utilizada no ensaio deve ser apropriada com a tensão do
equipamento, pois se aplicar uma tensão maior que a tensão de operação
dependendo do estado do isolamento, pode haver danos no bobinado (Stone, 2004).
A tabela 2 mostra a tensão a ser utilizada no ensaio, diretamente ligada a tensão de
operação do equipamento.
Figura 19 Tensões indicadas pela norma IEEE 43-2000 para realização do ensaio de resistência de isolamento.
Fonte: Norma IEEE 43-2000.
O equipamento utilizado para esse ensaio é o megômetro, que pode ter
tensões de saída entre 500 a 10000 V dependendo do fabricante. O ensaio é
realizado durante 1 minuto e logo em seguida são retirados os valores. Os valores
39
podem sofrer alteração dependendo da temperatura ambiente ou do equipamento,
sendo assim, quando os valores forem usados para comparativo, deve ser feita a
correção de temperatura. A tabela 3 apresenta os valores mínimos aceitáveis pela
norma IEEE 43-2000 (Stone, 2004).
Figura 20 Valores mínimos de resistência de isolamento recomendado pela norma IEEE 43-2000.
Resistência de
isolamento minima Teste específico
IR1 min= kV+1
Para a maioria dos enrolamentos feitos antes de 1970,
todos os enrolamentos de campo, e outros não
descritos abaixo.
IR1 min= 100 Para a maioria das armaduras dc e enrolamentos ac
construídos depois de 1970.
IR1 min= 5 Para a maioria das máquinas com tensão abaixo de 1
kV.
Fonte: Norma IEEE 43-2000.
Índice de polarização 1.8
A norma de referência é a norma IEEE std 118-1978
O índice de polarização é o tempo necessário para que as moléculas do
material isolante se orientem. Esse é o fenômeno de polarização interfacial entre
camadas de um isolamento composto, que origina a movimentação de cargas
elétricas entre elas até se atingir um equilíbrio. O índice de polarização é definido
pela razão entre o valor colhido com 10 minutos de ensaio sobre o valor colhido há 1
minuto, o valor medido aumenta rapidamente nos primeiros minutos, mais tende a
ficar constante aproximadamente entre 8 e 10 minutos de ensaios, porém se o
bobinado estiver sujo ou molhado um valor constante pode ser dar já nos primeiros 3
minutos (Stone, 2004).
A temperatura do equipamento não interfere no resultado final, desde que a
temperatura fique constante do começo ao fim do ensaio. Em materiais isolantes
antigos, como mica a base de resina asfaltica, o resultado do ensaio leva um tempo
40
maior, entre 10 a 15 minutos, é o tempo para que a corrente de polarização caia a
um valor próximo de zero (Stone, 2004).
Os valores colhidos no ensaio servem para comparação com valores
anteriores, com essa comparação é possível determinar as condições do isolamento
da maquina, desde que os parâmetros como tensão, temperatura e tempo sejam os
mesmo, também pode ser essencial para definir se o equipamento suporta um
ensaio de sobre tensão. Os valores indicados por normal é em relação à classe de
isolação do equipamento, conforme a tabela 3, porém se a resistência de isolamento
de 1 minuto for maior que 5000 MΩ, os valores de I.P. podem não ser significativas.
Figura 21 Valores mínimos de índice de polarização recomendado pela norma IEC 60085-01.
Classe Térmica Mínimo I.P
Classe A 1.5
Classe B 2.0
Classe F 2.0
Classe H 2.0
Fonte: Norma IEC 60085-01.
Surge test 1.9
A norma de referência para o presente ensaio é a norma IEEE 5282-2004
O ensaio de surge test foi um dos grandes avanços na engenharia preventiva
ligada a manutenção de motores e geradores, esse ensaio é capaz de identificar
falha nas bobinas ou no bobinado como curto entre espiras, curto entre fases, fases
interrompidas entre outras (Stone, 2004).
O principio de funcionamento do surge test vem do princípio da indução, pois
se um corrente é aplicada na bobina e essa corrente é rapidamente crescente, então
uma tensão será gerada através da bobina. Essa corrente é aplicada através de
pulso podendo ser controlado dependendo o modelo do surge test (Stone, 2004).
Se o isolamento entre espiras da bobina ou para o terra é fraco e a tensão
gerada é maior que a rigidez dielétrica do isolamento, um arco é formado, com isso a
41
onda observada na tela do aparelho fica distorcida com relação a onde de referência
da bobina boa, identificando assim que a bobina possui falhas (Stone, 2004).
Figura 22 Exemplos de defeitos encontrados pelo surge test.
Fonte: Martins (2010).
O surge test é um otimo equipamento para ser utilizado na fabrição das
bobinas, tanto estatóricas como rotóricas, porém, tem que ter um bom treinamento
para utilizar o mesmo, pois, se utilizar tensão acima do suportavel pelo isolamento
42
do equipamento pode danificar o bobinado. A tabela a seguir apresenta as tensão
indicadas para o ensaios de surge test pelas normas de refência (Stone, 2004).
Figura 23 Tensões indicas para o ensaio de surge test.
Fonte: Martins (2010).
Voltage Endurance 1.10
A norma de referência para esse ensaio é a IEEE 1043-2000 que também
descreve como fazer o ensaio.
O ensaio de endurance voltage ou resistência à tensão é um dos ensaios
mais complexos para aprovação na fabricação de bobinas, este ensaio é aplicado
nas 4 primeiras bobinas do lote de fabricação. O ensaio tem o intuito de representar
o estresse sofrido pelo sistema isolante ao longo dos anos que o equipamento tende
a funcionar, este ensaio pode pré determinar quantos anos um isolante pode resistir.
O processo para realizar o ensaio é fixar resistências de aquecimento na
parte reta de cada bobina, de modo que o sistema isolante trabalhe com uma
temperatura controlada, podendo variar entre 90 a 135°C, tentando assim simular a
temperatura de trabalho do equipamento na pior situação, a tensão utilizada no
ensaio indicada pela norma IEEE 1043-2000 é de 4,4 vezes a tensão de fase e o
tempo de duração do ensaio pode ir de 250 a 400 horas continuas, podendo ser
interrompido apenas para retoque da pintura condutiva. No período de 250 horas
nenhuma bonina pode falhar, e depois 250 horas somente 1 das 4 boninas pode ter
falha, se alguma bobina for reprovada antes das 250 horas, ou mais de uma, depois
das 250 horas as bobinas são descartadas e deve ser alterado o processo de
fabricação para melhorar o isolamento e refeito novamente o ensaio. As bobinas ou
barras que passarem por este ensaio, não podem ser aproveitadas na bobinagem,
43
pois, após 400 horas sobre o estresse da temperatura e tensão, o sistema isolante
estará envelhecido (Stone, 2004).
Fator de potência e Tip-up 1.11
A norma de referência para o presente ensaio é a norma IEEE 286/2000
O ensaio de fator de potência é utilizado para medir o fator de dissipação que
também é chamado de tangente delta esse ensaio é utilizado para teste de controle
de qualidade na fabricação de bobinas ou para saber a qualidade que o bobinado se
encontra, na fabricação o ensaio pode ser realizado bobina por bobina ou por
amostra (Stone, 2004).
O fator de dissipação é uma propriedade do isolamento que altera quando o
isolamento está envelhecido ou tem algumas alterações quimicamente, pois criam
moléculas que aumentam a polarização, também podem ser alterados por
fabricações pobres de bobinas, como por exemplo, a qualidade dos produtos a
serem utilizados. Em bobinados em uso o acompanhamento do fator de dissipação
pode prevenir uma parada repentina do gerador, já que quando à um aumento da
tangente delta indica que o isolamento está envelhecendo (Stone, 2004).
Um sistema isolante seria perfeito se não houvesse perdas de potência útil. A
corrente que flui pelo dielétrico é a soma das correntes resistivas e capacitivas, a
razão entre as duas é que se dá o nome de fator de dissipação ou tangente delta. A
figura seguir representa as correntes que circulam pela parede isolante (Stone,
2004).
Figura 24 Representação da corrente capacitiva e resistiva na parede isolante.
Fonte: Norma VDE 530.
44
Em um sistema ideal não haveria as perdas resistivas e tem um capacitor
puro em paralelo com a resistência infinita e consequentemente não tem percas
dielétricas.
Para a realização do ensaio de fator de potência é necessário aterrar a parte
reta da bobina simulando o núcleo magnético e retirar a pintura semicondutiva do
circuito para evitar que a mesma influencie no resultado do ensaio, isto é realizado
retirando uma fita cerca de 5 mm da pintura condutiva antes da sobreposição. É
utilizados degraus da tensão nominal da maquina como referência, o primeiro
degrau é chamado de tg inicial que é (0,2 x Vn) por que essa tensão caracteriza o
tipo de isolação ou a polimerização da isolação, a sequencia de degraus é: 0,4, 0,6,
0,8, 1, e 1,2 a Vn (Stone, 2004).
O Tip-up é a diferença do fator de potência medido no primeiro e o terceiro
degrau, não podendo ser maior que 0,5%, na fabricação de bobinas quando a
diferença é maior que 0,5%, pode ser problemas de material, ou no processo de
cura do isolamento, por isso é recomendado esse ensaio já nas bobinas de amostra,
alguns clientes mais exigentes solicitam que o Tip-up seja no Maximo 0,3% (Stone,
2004).
Figura 25 Valores de referência para FP e Tip-up em bobinas indicados pela
norma VDE 530.
Tensão Nominal da
máquina
Valores limites
Fator de potência
(Tg 0,2 x Un (%))
Tip-up
(tg 0,2 - tg 0,6 )
< 6,6 kV 20 0.5 %
6,6 kV 30 0.5 %
Fonte: Norma VDE 530.
Corona visual 1.12
Esse ensaio consiste em avaliar as condições do bobinado em relação à
existência de corona. O ensaio é realizado em uma câmara escura para não ter
interferência de luzes externas e o inspetor deve permanecer pelo menos 2 minutos
antes do ensaio na câmara, para que se acostume com o escuro. O procedimento
para o ensaio é aplicar a tensão de fase do equipamento e mais 10%, por exemplo:
45
Um gerador com ligação em estrela, com tensão nominal de 13.8 kVA a
tensão de fase será:
√ (4)
Assim que chegar a tensão 8,8 kV, deve se observar se há o efeito corona em
algum ponto do bobinado, se houver o mesmo deve ser identificado com um giz, o
giz deve estar fixado a um bastão isolado para que o inspetor não corra o risco de
levar choque. Após identificar os pontos, a tensão deve retornar a tensão de fase, no
caso 8 kV, e visualizar se os pontos que existia corona permanece, se permanecer,
deve retocar a pintura condutiva ou semicondutiva.
Hipot DC 1.13
O nome Hipot DC é abreviatura de alto potencial em inglês, esse ensaio é
primordial para certificar que a parede de isolação da bobina está em ótimas
condições, antes de colocar o equipamento em operação. O teste baseia em aplicar
uma tensão continua maior que a tensão de trabalho do equipamento, a fim de obter
a certeza de que o isolamento está bom, pois se o isolamento das bobinas ou
bobinado suportar uma tensão aplicada superior a de trabalho então em
funcionamento normal de trabalho o bobinado não irá falhar por um curto tempo
(Stone, 2004).
O principal problema desse ensaio é que o mesmo é destrutivo, se o
isolamento não foi bem projetado ou está com alguma avaria o mesmo irá falhar,
ocasionando um furo na isolação, por consequência o mesmo deve ser substituído
(Stone, 2004).
Para realizar o teste de Hipot DC, antes deve ser realizado o ensaio de
resistência de isolamento, para certificar que o bobinado não tenha nenhum fator
que prejudique o ensaio, como por exemplo: umidade ou sujeira. O nível de tensão
utilizado no ensaio pode variar conforme a norma orientativa adotada, vai pegar
como exemplo a IEEE 95, que diz que maquinas novas tem que utilizar 1,7 vezes a
tensão utilizada no Hipot AC, que é de (2E + 1000), e para maquina em manutenção
deve utilizar apenas 75% do valor utilizado para bobinados novos (Stone, 2004).
46
Hipot AC 1.14
O teste de Hipot AC é realizado com freqüência de (50 a 60 Hz) esse ensaio é
utilizado para determinar a integridade do sistema isolante tanto para aprovação de
bobinas novas, quanto na manutenção do equipamento (Stone, 2004).
Esse ensaio é muito parecido com o ensaio DC, sendo que a principal
diferença entre os dois ensaio é a distribuição da tensão pelo isolamento do da
bobina. No ensaio com tensão DC, a tensão distribui entre o isolamento da bobina e
o enrolamento, dependendo da resistência, por isso componentes com uma menor
resistência terá uma menor queda de tensão. Já o ensaio AC a tensão cai entre
todos os componentes da parede isolante e no final do enrolamento dependendo da
capacitância e a constante de cada componente, assim a distribuição das tensão DC
e AC são completamente diferentes no isolamento (Stone, 2004).
O ensaio Hipot AC produz uma distribuição de tensão no isolamento idêntica
a de funcionamento da maquina em operação, por isso o teste de Hipot AC tem mais
chances de encontrar falhas graves do que a do Hipot DC. Por esse motivo a IEEE
95 em cima de estudos definiu que a tensão de ruptura de ensaio Hipot DC é 1,7
vezes maior que a utilizada no AC que é de (2xVn + 1000), onde Vn é a tensão
nominal do equipamento. Porém grandes empresas de manutenção adotam tensões
de ensaios maiores para fabricação de bobinas de 13,8 kV, sendo a mais utilizada
(3xVn), ou seja, 41,4 kV (Stone, 2004).
O ensaio é baseado em critério de passa ou não passa, então tem que ter
uma atenção especial à corrente de fuga, pois se tiver um aumento repentino na
corrente de fuga, é um indicio que há algum problema com o sistema isolante e
poderá haver danos na bonina ou bobinado, tendo que o mesmo ser reparado ou
substituído (Stone, 2004).
47
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Conforme foi revisado nesse trabalho, em equipamentos de alta tensão a
isolação é um dos componentes mais importantes para o funcionamento do
equipamento, sendo assim, em grandes projetos de rebobinagem a isolação pode
levar o fabricante a grandes prejuízos se for mal projetada.
A definição da qualidade do material e que tipo de processo a ser utilizado na
fabricação de bobinas para geradores 13,8 kV, pode definir diretamente o tempo de
vida útil do equipamento a sim empaquetando diretamente no custo empregado ao
equipamento.
Como foi estudado nesse trabalho, na fabricação de bobinas não pode haver
erros de processo, a escolha dos materiais a ser utilizado, o tipo de processo na
fabricação e o conhecimento nessa área, são variáveis que determinam a qualidade
do produto final.
A sim como foi verificado no estudo e revisado tem de a obedecer um critério
de em saios, para atingir uma perfeita, segurança de operação a maquina assim
suscetivelmente obtendo um produto com qualidade e evitando possíveis danos ao
produto.
48
5. REFERÊNCIA
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IEEE 95-1977, “IEEE Recommended Practice for Insulation Testing of Large AC Rotating Machinery with High Direct Voltage.” IEC Standard 60894 (1987), “Guide for the Test Procedure for the Measurement of Loss Tangent on Coils and Bars for Machine Windings.”
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IRISPOWER: Technical Features and Criteria That Should Be in the Service Specifications. Disponível em: <https://irispower.com/wp-content/uploads> Acesso em 15 de Set./2018.
49
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FITZGERALD, A.E.; KINGGSLEY, CHARESLES; UMANS, Stephen D. Máquinas Elétricas de Fitzgerald e Kingsley. 7. Ed. Porto Alegre, 2014.
APÊNDICES
.
50
APÊNDICE A
51
ANEXOS
52
ANEXO A
Título do Anexo
