tecnicas de inspeção eletrotecnica

PCO PROGRAMA DE CERTIFICAO

OPERACIONAL CST

TCNICAS DE INSPEO E

PROCEDIMENTOS DE TESTES

Janeiro de 2005

SUMRIO

SUMRIO ...................................................................................................................II

1 APRESENTAO........................................................................................ XI

2 INTRODUO ..............................................................................................12

3 MQUINAS ELTRICAS ROTATIVAS...................................................13

3.1 Fontes de Alimentao......................................................................................13

3.2 Proteo de Motores de Corrente Alternada.....................................................15

3.2.1 Proteo Contra Surtos de Tenso ..........................................................15

3.2.2 Proteo Contra Sobrecargas...................................................................17

3.2.3 Proteo Contra Curtos-Circuitos ...........................................................22

3.3 Proteo Contra Falta e Desequilbrio de Fases ...............................................25

3.4 Interao Motor e Mquina Acionada ..............................................................26

3.5 Inspeo de Motores Eltricos ..........................................................................29

3.5.1 Instalao do Motor Eltrico. ..................................................................29

3.5.1.1 Aterramento................................................................................29

3.5.1.2 Dispositivos de Bloqueio e Calos.............................................30

3.5.1.3 Medio da Resistncia de Isolamento ......................................30

3.5.1.4 Conexo de Fora do Motor.......................................................31

3.5.1.5 Conexes dos Condutores dos Circuitos de Proteo e Controle31

3.5.1.6 Fixao do Motor Base............................................................31

3.5.1.7 Protees do Motor ....................................................................31

3.5.2 Operao com o Motor Desacoplado ......................................................31

3.5.3 Acoplamento Motor Mquina Acionada..............................................33

3.5.4 Operao com o Motor Acoplado ...........................................................34

3.5.4.1 Indicadores e Proteo de Vibrao...........................................35

3.5.4.2 Indicadores e Proteo Trmica dos Mancais............................35

3.5.4.3 Indicadores e Proteo Trmica dos Enrolamentos ...................37

3.5.4.4 Dispositivos Auxiliares ..............................................................37

3.5.5 Inspeo Sistemtica ...............................................................................38

3.5.5.1 Sistema de Alimentao .............................................................38

3.5.5.2 Motor..........................................................................................38

3.6 Inspeo em Mquinas com Escovas de Carvo ..............................................38

3.6.1 Porta Escovas e Escovas..........................................................................45

3.6.2 Comutadores e Anis Coletores ..............................................................51

3.6.3 Interpolos e Linha Neutra........................................................................53

3.7 Principais Causas de Falhas de Mquinas Rotativas DE Corrente Alternada ..55

3.7.1 Introduo................................................................................................55

3.7.2 Rolamentos (Mancais).............................................................................56

3.7.3 Contaminao por Agentes Agressivos...................................................56

3.7.4 Degradao Trmica................................................................................57

3.7.4.1 Falta de Fase (Operao em Duas Fases)...................................58

3.7.4.2 Sobrecarga Mecnica .................................................................60

3.7.4.3 Rotor Travado ............................................................................61

3.7.4.4 Temperatura Ambiente Acima de 40 OC....................................62

3.7.4.5 Partidas Sucessivas.....................................................................62

3.7.4.6 Roamento Rotor-Estator...........................................................63

3.7.4.7 Tenses Anormais ......................................................................63

3.7.5 Abraso Mecnica ...................................................................................64

4 TRANSFORMADORES DE FORA..........................................................66

4.1 Anlise Fsico-qumica do leo Isolante..........................................................67

4.2 Cromatografia dos Gases Dissolvidos no leo Isolante...................................72

4.3 Relao de Transformao................................................................................76

4.4 Fator de Potncia do Isolamento.......................................................................78

4.5 Resistncia hmica dos Enrolamentos.............................................................79

4.6 Acessrios Para Indicao e Proteo ..............................................................80

4.6.1 Rel Buchholz (Trafoscpio) ..................................................................80

4.6.1.1 Caractersticas Gerais.................................................................81

4.6.1.2 Teste de Funcionabilidade do Rel Buchholz............................82

4.6.1.3 Teste de Inflamabilidade ............................................................83

4.6.1.4 Teste de Acetileno......................................................................83

4.6.1.5 Verificaes na Operao do Rel Buchholz.............................83

4.6.2 Rel de Fluxo de leo e Gs ...................................................................84

4.6.3 Rel de Presso Sbita ............................................................................84

4.6.3.1 Rel de Presso de Gs ..............................................................85

4.6.3.2 Rel de Presso de leo.............................................................86

4.6.4 Dispositivo de Alvio de Presso ............................................................87

4.6.4.1 Tubo com Diafragma .................................................................88

4.6.4.2 Tubo com Mola Espiral..............................................................88

4.6.4.3 Alavanca Articulada...................................................................89

4.6.5 Termmetros Tipo Mostrador .................................................................90

4.6.5.1 Termmetro para Lquido Isolante.............................................90

4.6.5.2 Termmetro para Enrolamento (Imagem Trmica) ...................91

4.7 Plano de Inspeo de Transformadores de Fora .............................................92

4.8 Coleta do leo para Anlise .............................................................................93

4.8.1 Coleta para Ensaio Fsico-Qumico.........................................................93

4.8.2 Coleta para Cromatografia de Gases Dissolvidos ...................................94

5 CABOS ISOLADOS.......................................................................................95

5.1 Introduo .........................................................................................................95

5.2 Tipos de Isolao de Cabos de Potncia ...........................................................96

5.3 O Fenmeno da Arborescncia (TREEING) ....................................................96

5.4 Temperatura ......................................................................................................97

5.5 Descargas Parciais ............................................................................................97

5.6 Erros de Instalao............................................................................................98

5.7 Erros na Especificao da Tenso de Isolamento do Cabo ..............................98

5.8 Terminais e Emendas........................................................................................99

5.9 Testes de Cabos Eltricos no Campo................................................................99

5.10 Inspeo de Cabos Isolados ............................................................................99

5.11 Ensaio de Tenso Eltrica (NBR 6881) .........................................................99

5.12 Ensaio de Tenso Eltrica Alternativo..........................................................102

6 CAPACITORES DE POTNCIA ..............................................................104

6.1 A inspeo de um capacitor ............................................................................105

6.1.1 Limpeza .................................................................................................105

6.1.2 Oxidao da Carcaa e Estruturas de Suporte.......................................105

6.1.3 Aterramento...........................................................................................105

6.1.4 Proteo Contra Curto-circuito .............................................................105

6.1.5 Deformao da Carcaa.........................................................................105

6.1.6 Isolamento .............................................................................................105

6.1.7 Teste da Integridade do Mdulo Capacitor ...........................................106

7 PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS E

ATERRAMENTO ...................................................................................................107

7.1 Inspeo do Sistema de Proteo Contra Descargas Atmosfricas (SPDA) ..107

7.1.1 Captores.................................................................................................107

7.1.2 Cabos de Descida ..................................................................................108

7.1.3 Eletrodutos de Proteo.........................................................................109

7.1.4 Conexes Eltricas ................................................................................109

8 SISTEMAS DE ATERRAMENTO E MALHA DE TERRA ..................111

8.1 Inspeo do Sistema de Aterramento..............................................................113

8.1.1 Estruturas Metlicas ..............................................................................113

8.1.2 Carcaa dos Equipamentos Eltricos ....................................................113

8.1.3 Cubculos e Painis Eltricos ................................................................113

8.1.4 Transformadores e Geradores ...............................................................113

8.1.5 Resistncia e Reatncia de Aterramento ...............................................114

8.1.6 Malha de Aterramento...........................................................................114

9 BATERIAS....................................................................................................116

9.1 Inspeo de Bancos de Baterias e Carregador ................................................118

9.1.1 Limpeza .................................................................................................118

9.1.2 Elementos ..............................................................................................118

9.1.3 Conexes ...............................................................................................119

9.1.4 Oxidao................................................................................................119

9.1.5 Pintura....................................................................................................119

9.1.6 Nvel do Eletrlito .................................................................................119

9.1.7 Medio de Tenso................................................................................120

9.1.8 Densidade ..............................................................................................120

9.1.9 Anlise do Eletrlito..............................................................................120

9.1.10 Descarga da Bateria.............................................................................121

9.1.11 Painel do Carregador ...........................................................................121

9.1.12 Retificadores........................................................................................122

9.1.13 Indicadores de Tenso e Corrente .......................................................123

10 EQUIPAMENTOS E INSTALAES ELTRICAS EM

ATMOSFERAS EXPLOSIVAS. ............................................................................124

10.1 Introduo .....................................................................................................124

10.2 Tipos de Inspeo .........................................................................................124

10.3 Tipo de Proteo ...........................................................................................125

10.4 Formulrio de Inspeo.................................................................................126

11 REOSTATOS E RESISTORES..................................................................131

11.1 Inspeo de Banco de Resistores Fixos ........................................................131

11.1.1 Inspeo Visual ...................................................................................131

11.1.2 Resistncia de Isolamento ...................................................................131

11.1.3 Alterao nas Caracterstica de Acelerao do Motor ........................132

11.2 Inspeo de Reostatos Lquidos....................................................................132

11.2.1 Tanque .................................................................................................133

11.2.2 Eletrlito ..............................................................................................133

11.2.3 Eletrodos..............................................................................................133

11.2.4 Alterao nas Caractersticas de Acelerao do Motor.......................133

11.2.5 Mecanismo de Curto-circuitamento e Levantamento das Escovas.....133

11.2.6 Contator de Curto-circuito do Reostato ..............................................134

12 GALERIAS, ROTAS DE CABOS, ELETRODUTOS E ACESSRIOS135

12.1 Inspeo em Galerias, Rotas de Cabos, Eletrodutos e Acessrios ...............135

12.1.1 Circuito de Iluminao ........................................................................135

12.1.2 Sistema de Drenagem de gua ...........................................................135

12.1.3 Limpeza da Galeria .............................................................................135

12.1.4 Bandejamento e Cabos Eltricos.........................................................136

12.1.5 Eletrodutos...........................................................................................137

12.1.6 Proteo Passiva ..................................................................................137

13 SISTEMA DE ALARME E INCNDIO ...................................................139

13.1 Sensores ........................................................................................................139

13.2 Painel Local...................................................................................................139

13.3 Painel Central................................................................................................140

13.4 Teste Simulado de Incndio..........................................................................140

14 SISTEMA DE ILUMINAO E TOMADAS DE FORA ....................141

14.1 Segurana e Meio Ambiente.........................................................................141

14.2 A inspeo nos Circuitos de Iluminao.......................................................142

14.2.1 Painis de Distribuio e Controle ......................................................142

14.2.2 Eletrodutos e Linhas Eltricas Inclusive Condutores..........................142

14.2.3 Luminrias e Acessrios .....................................................................142

14.2.4 Torres de Iluminao Escada de Acesso e Plataforma.....................143

14.3 Inspeo em Tomadas de Fora....................................................................143

14.3.1 Painis de Distribuio........................................................................144

14.3.2 Tomadas ..............................................................................................144

15 FREIOS ELETRO-HIDRULICOS .........................................................145

16 FREIOS ELETROMAGNTICOS............................................................146

17 DETECTORES DE METAL E SEPARADORES MAGNTICOS. ......147

17.1 Tcnicas de Inspeo ....................................................................................147

18 DISPOSITIVOS DE PROTEO E COMANDO DE CAMPO ............148

19 INVERSORES DE FREQNCIA ...........................................................149

19.1 Princpio Operacional ...................................................................................149

19.2 Potncia do Inversor e do Motor Acionado ..................................................152

19.3 Reatncia de Rede.........................................................................................154

19.4 Reatncia de Carga .......................................................................................154

19.5 Instalao Eltrica .........................................................................................155

19.6 Grau de Proteo e Ventilao......................................................................155

19.7 Interferncia Eletromagntica.......................................................................155

19.8 Inspeo ........................................................................................................156

19.8.1 Roteiro Para Inspeo..........................................................................157

20 DISJUNTORES ............................................................................................158

20.1 Geral..............................................................................................................158

20.2 Inspeo de Disjuntores ................................................................................159

20.3 Principais Causas de Falhas ..........................................................................159

21 CONTATORES ............................................................................................163

22 CHAVES SECCIONADORAS DE MDIA TENSO ............................165

23 CUBCULOS E PAINIS ELTRICOS...................................................166

23.1 Arco voltaico.................................................................................................170

23.2 Inspeo Detalhada .......................................................................................172

24 AVALIAO DO ISOLAMENTO ELTRICO UTILIZANDO

TENSES DE CORRENTE CONTNUA............................................................174

24.1 Introduo .....................................................................................................174

24.2 Isolamento Eltrico .......................................................................................174

24.3 Aplicando Tenso Contnua no Isolamento..................................................175

24.3.1 Corrente de Carga Capacitiva .............................................................175

24.3.2 Corrente de Absoro Dieltrica .........................................................175

24.3.3 Corrente de Conduo (Corrente de Fuga) .........................................176

24.4 Fatores que Afetam a Resistncia de Isolamento .........................................176

24.4.1 Efeito das Condies da Superfcie.....................................................176

24.4.2 Efeito da Umidade...............................................................................176

24.4.3 Efeito da Temperatura .........................................................................176

24.4.4 Efeito do Valor do Potencial de Teste.................................................177

24.4.5 Efeito da Durao do Teste .................................................................178

24.4.6 Efeito da Carga Residual.....................................................................178

24.5 Tenso Nominal e Mxima Tenso de Teste................................................178

24.6 Testes de Avaliao do Isolamento ..............................................................179

24.6.1 Resistncia de Isolamento a 1 Minuto.................................................180

24.6.2 Mtodo Resistncia - Tempo. ndice de Polarizao (IP)...................180

24.6.3 Teste de Multitenso ...........................................................................182

24.6.4 Teste com Tenses Acima do Valor Nominal do Equipamento .........183

24.7 Prticas Bsicas para Operao do Meghmetro..........................................186

24.7.1 Calibrao............................................................................................186

24.7.2 Indicao do Zero................................................................................186

24.7.3 Indicao de Final de Escala ...............................................................187

24.7.4 Terminais do Instrumento ...................................................................187

24.7.5 Pontas de Prova ...................................................................................187

24.8 Prticas para Teste de Isolamento com Tenso de Corrente Contnua.........187

24.9 Testes de Isolamento em Mquinas Eltricas Rotativas...............................189

24.9.1 Geral ....................................................................................................189

24.9.2 Posies de Ligaes para Teste .........................................................189

24.9.2.1 Estator e Rotor CA com Trs Cabos de Sada .......................189

24.9.2.2 Estator de Motor de CA com Seis ou Mais Terminais. .........190

24.9.2.3 Mquinas de Corrente Contnua.............................................194

24.9.2.4 Geradores de Corrente Alternada...........................................196

24.9.3 Avaliao dos Valores Medidos..........................................................197

24.10 Testes de Resistncia de Isolamento em Transformadores ........................197

24.10.1 Geral ..................................................................................................197

24.10.2 Posies de Teste Transformadores de 2 Enrolamentos ................198

24.10.3 Avaliao dos Valores Medidos........................................................201

24.11 Teste de Resistncia de Isolamento em Cabos Eltricos ............................203

24.11.1 Geral ..................................................................................................203

24.11.2 Posio de Teste ................................................................................203

24.11.2.1 Cabo Unipolar com Blindagem Metlica.............................203

24.11.2.2 Cabo Multipolar com Blindagem Metlica Envolvendo Cada

Condutor...............................................................................................204

24.11.2.3 Cabo Multipolar sem Blindagem. ........................................204

24.11.2.4 Cabo Unipolar (de um Circuito Tripolar) sem Blindagem ..205

24.11.3 Avaliao dos Valores Medidos........................................................205

24.12 Testes de Resistncia de Isolamento em Disjuntores e Contatores ............208

24.12.1 Geral ..................................................................................................208

24.12.2 Posies de Teste...............................................................................208

24.12.3 Avaliao dos Resultados dos Testes................................................210

25 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................211

1 APRESENTAO

As atividades de inspeo compreendem uma fatia importante das aes empreendidas por uma equipe de manuteno. Pode-se dizer, sem medo de errar, que uma inspeo bem implementada um fator de sucesso da manuteno.

As aes de manuteno podem ser divididas em aes com o equipamento em

operao e aquelas que s podem ser executadas com o equipamento parado. bvio que devemos privilegiar as atividades de inspeo que podem ser executadas com o equipamento operando. A manuteno existe para que os equipamentos operem o maior tempo possvel, com a mxima confiabilidade.

O plano e as aes de inspeo devem ser norteados para o acompanhamento do

estado do equipamento e instalao, acionando o rgo de planejamento e programao, sempre que as aes de manuteno preventiva (intervenes) se tornem necessrias para restaurar as condies operacionais.

Para que um inspetor possa executar sua funo com sucesso, necessrio uma

slida formao profissional, aliado a um profundo conhecimento do processo de degradao das diversas partes dos equipamentos e das tcnicas de inspeo e procedimentos de testes.

Esta apostila rene a experincia adquirida ao longo de vrios anos de manuteno

industrial e uma vasta literatura tcnica existente, porm dispersa.

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Tcnicas de Inspeo e Procedimentos de Testes

2 INTRODUO

Muitas pessoas que lidam com a manuteno tm a opinio que equipamentos eltricos so diferentes das outras mquinas e operaro em quaisquer condies.

O oposto verdadeiro. Equipamentos eltricos podem ser deteriorados mais

rapidamente devido s condies operacionais que qualquer outro equipamento. gua, poeira, calor, frio, umidade, atmosfera corrosiva, resduos qumicos, vibraes

e inmeras outras condies podem afetar a confiabilidade operacional e a vida til de equipamentos eltricos. Estas condies desfavorveis, combinadas com negligncia e descuido na manuteno do equipamento resultam em falha prematura desnecessria e, em muitos casos, na sua completa destruio.

Custos de reparos podem ser evitados implantando-se as recomendaes de

manuteno fornecidas pelo fabricante. De maneira geral, devemos praticar algumas aes muito simples, mas de

fundamental importncia para todo equipamento eltrico: Mantenha-o limpo Sujeira a principal causa de falhas eltricas. Sujeira a acumulao diria de

partculas atmosfricas, fiapos, partculas metlicas ou qumicas, vapores e neblinas de leo. Estes depsitos, se acumulados, contaminaro o equipamento eltrico, provocando sua falha. Roando com alta energia pode causar abraso e a destruio do isolamento. Depositado em enrolamentos e isoladores e combinado com umidade ou leo pode causar a reduo da tenso disruptiva, provocando descargas com conseqente falha. Acumulado sobre carcaas reduz a transferncia de calor, forando a operao em temperaturas superiores de projeto, reduzindo a sua vida til.

Mantenha-o seco Equipamentos eltricos operam melhor em uma atmosfera seca por muitas razes.

Uma que a umidade pode causar a oxidao do cobre, alumnio, ferro e ligas metlicas, afetando a resistncia de conexes e contatos eltricos. Alta umidade pode causar sua condensao no interior do equipamento, causando curto circuito e falha prematura. Umidade e sujeira potencializam a degradao do material isolante.

Mantenha as conexes torqueadas Os parafusos das conexes eltricas tendem a afrouxar em funo da dilatao e da

vibrao. Conexes frouxas so fontes de calor provocando danos nos materiais isolantes prximos. Mantenha todas as conexes torqueadas conforme instrues do fabricante.

13


3 MQUINAS ELTRICAS ROTATIVAS

3.1 FONTES DE ALIMENTAO Uma longa vida til de um motor de induo trifsico depende fundamentalmente

das boas condies da fonte de alimentao, ou seja, da qualidade da energia fornecida, a includo o sistema de proteo.

A tenso e freqncia nos terminais do motor devem ser muito prximas nominal.

O fluxo magntico do entreferro dado por:

fKE=

Onde: = fluxo de magnetizao (Wb) E= tenso no terminal do motor (V) f= freqncia da tenso estatrica (Hz) K= constante, funo da geometria do pacote magntico e da construo do

enrolamento. Os efeitos das variaes da tenso e freqncia sero mais danosos ao motor, quanto

mais prximo estiver operando da potncia nominal.

Fig 1 Centro de controle de motores (CCM)

14


A NBR 7094 estabelece as variaes permissveis de tenso e freqncia em relao

ao nominal, conforme figura 2.

Fig 2 Grfico de variao de tenso e freqncia conforme norma NBR 7094

Geralmente a freqncia firme, muito prxima de 60Hz, ocorrendo variao na

tenso da concessionria e quedas de tenses nos elementos internos da industria, transformadores e cabos, principalmente.

As oscilaes da tenso da concessionria podem ser minimizadas atravs de

transformadores equipados com comutador de tapes sob carga (Load Tape Changer). O transformador alimentador do Centro de Controle de Motores deve ser

especificado com tenso secundria 5% (cinco por cento) acima da tenso nominal dos motores, por exemplo 460V para motores de 440V e 480V para motores de 460V.

Os condutores de alimentao dos motores so calculados para que a tenso no

terminal dos motores, nas condies de partida e de regime, mantenha-se prximo da nominal (lembre-se que os conjugados de partida e nominal so proporcionais ao quadrado da tenso.

15


A zona A da figura 2 estipula as variaes de tenso e freqncia permitidas, dentro das quais o motor deve ser capaz de desempenhar sua funo principal continuamente,

podendo no atender completamente suas caractersticas de desempenho em

condies nominais, apresentando alguns desvios. Nesta zona a tenso pode variar em mais ou menos 5% e a freqncia em mais ou

menos 2%. Na zona B o motor ainda deve ser capaz de desempenhar sua funo principal,

apresentando desvios superiores quelas da zona A. Os valores mximos de desvio da tenso e freqncia so de 50%. Os efeitos das variaes da tenso e freqncia se anulam quando tem o mesmo

sentido. Por exemplo, um motor com tenso e freqncia nominal de 440V e 60Hz opera muito bem em um sistema com tenso de 380V (-14%) e freqncia de 50Hz (-17%).

Quando as variaes so de sinal contrrio, os efeitos sobre as caractersticas do

motor so cumulativos, reduzindo seu desempenho. Tenses e correntes desequilibradas provocam aquecimento no interior do motor que

podem levar degradao trmica e a conseqente falha do material isolante. Correntes harmnicas aumentam as perdas do motor, elevando a temperatura mdia

nos enrolamentos, reduzindo a vida til do material isolante por degradao trmica.

3.2 PROTEO DE MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA.

3.2.1 Proteo Contra Surtos de Tenso

O nvel de isolamento de mquinas rotativas muito menor do que de outros tipos de equipamentos eltricos, como por exemplo, os transformadores, sendo portanto mais suscetveis a danos por surtos de tenso.

As fontes comuns de surtos de tenso em motores so as operaes de manobras e as

descargas atmosfricas. O chaveamento de pequenas cargas indutivas e bancos de capacitores atravs de disjuntores a vcuo, so fontes de surtos.

16


Fig 3 Caracterizao da onda de um surto de tenso A forma de onda tem uma frente escarpada e uma cauda longa, conforme 0. A proteo do isolamento de mquinas rotativas compreende a limitao da tenso

de impulso e a reduo da inclinao da frente de onda da tenso, denominado achatamento de onda. O circuito de proteo compreende a instalao de pra-raios e capacitores adequadamente calculados, instalados entre os terminais da mquina e a malha de aterramento, conforme Fig 4.

Surtos de tenso podem levar o isolamento ao stress, ocasionando a falha do isolamento nas primeiras espiras do enrolamento.

17


Fig 4 Esquemas de ligao de motores de induo para proteo contra surtos utilizando capacitores e para-raios..

3.2.2 Proteo Contra Sobrecargas. O funcionamento do motor acima de sua potncia nominal acarreta uma corrente

acima da nominal circulando nos enrolamentos e um aumento na temperatura da mquina, podendo superar a temperatura mxima admitida pelo material isolante. A operao nesta condio levar a degradao trmica do material isolante e queima da mquina.

Os motores de baixa tenso so normalmente protegidos por um rel trmico,

percorrido pelas correntes das trs fases, provocando o aquecimento de lminas bimetlicas, que em condies de sobrecarga, desligar o contator, desenergizando o motor.

18


Fig 5 Rel de sobrecarga

A curva de operao do rel trmico dever ser compatvel com a curva trmica da

mquina protegida, conforme mostrado na Fig 6.

Fig 6 Curvas de um rel trmico de sobrecarga, um rel de sobrecorrente a tempo inverso e de integridade trmica de um motor

19


O rel trmico deve ser regulado para o valor da corrente nominal do motor protegido, mesmo em mquinas com fator de servio.

Nos casos em que o motor tem sobra trmica (Fator de Servio FS>1) e est

acontecendo a operao do rel trmico, possvel regular o trmico para um valor at FS IN . Neste caso recomenda-se verificar a temperatura no interior do enrolamento aps a

nova regulagem do rel trmico. Procedimento para verificao da temperatura do enrolamento.

1. Regule o rel trmico para at FSI N (corrente nominal vezes o fator de servio do motor)

2. Com o motor temperatura ambiente, mea a resistncia hmica dos enrolamentos R1. Mea a temperatura ambiente t1.

3. Opere o motor com a carga na condio que estava provocando a operao do rel trmico por um tempo suficiente para que seja alcanado o equilbrio trmico.

4. Desligue o motor e mea rapidamente a resistncia hmica dos enrolamentos R2, e a temperatura do ar de refrigerao ta,

5. Calcule a elevao de temperatura do enrolamento atravs da formula abaixo:

( ) aa tttRRRtt ++= 11

1

122 235

6. Calcule a temperatura do ponto mais quente considerando a temperatura

ambiente de 40C.

T=(t2-ta)+40C+K

onde: K=5C para mquinas com T de 60C e 75C K=10C para mquinas com T de 80C K=15C para mquinas com T de 100C e 125C T=elevao de temperatura de projeto da mquina A temperatura do ponto mais quente no deve ser superior a: 100C- para mquinas com materiais de classe trmica A 120C- para mquinas com matrias de classe trmica E 130C- para mquinas com matrias de classe trmica B 155C- para mquinas com matrias de classe trmica F

20


180C- para mquinas com matrias de classe trmica H Nos motores de maior porte, de mdia tenso, a proteo contra sobrecargas

confiada a rels de sobrecorrente associados a detectores de temperatura instalados no interior do enrolamento do motor. A curva de proteo do rel deve ser compatvel com a curva trmica do motor de forma que o rel opere antes que o material isolante seja comprometido.

Os detectores de temperatura mais utilizados em motores de grande porte so os

RTD - Resistence Temperature Dependent ou resistncia calibrada, tendo como caracterstica uma relao linear com a temperatura, propiciando uma indicao da temperatura no interior dos enrolamentos.

Os RTDs mais comuns so os de platina e cobre que tm, respectivamente, suas

resistncias a 0C de 100 e 10.

Tabela 1 Converso de resistncia x temperatura para RTD PT-

100

Os RTDs so instalados nas ranhuras dos motores, em contato com as bobinas,

dispostos nas trs fases, propiciando alarme e desligamento. Devido inrcia trmica, os detectores de temperatura no podem, na grande maioria

das situaes, atuar de forma suficientemente rpida para defeitos que ocasionam elevaes abruptas de corrente.

21


So muitos eficazes para motores sujeitos a regime intermitentes ou contnuos com carga intermitente e em casos em que ocorrem sobretemperaturas sem a correspondente sobrecorrente, como na obstruo no sistema de refrigerao ou perda de ventilao.

Os resistores so normalmente fornecidos com trs terminais, permitindo, quando

ligados em ponte, eliminar o efeito da resistncia dos condutores entre o resistor e o rel supervisor.

Outros dispositivos podem operar como detectores de temperatura, tais como os

bimetlicos e os termistores. Os termostatos so dispositivos bimetlicos que comutam um contato quando a

temperatura se aproxima de um valor estabelecido (fixo). Instalados nas cabeas de bobinas do lado oposto ao ventilador (individual, ou por fase), so ligados em srie com a bobina do contator, desligando o circuito quando da abertura do contato.

Os termistores (Fig 7b) so dispositivos semicondutores instalados dentro das

cabeas das bobinas, do lado oposto ventilao, podendo ser instalados em uma nica fase, mas preferencialmente nas trs. O termistor exige um rel que ir sentir a variao abrupta do valor da resistncia, prxima temperatura de operao, comutando um contato que ir provocar o desligamento do motor.

O termistor mais comumente usado na proteo de motores o PTC que tem um

coeficiente de temperatura positivo (resistncia aumenta com o aumento da temperatura).

Fig 7 Caractersticas tpicas de um RTD de platina (a) e de um termistor tipo PTC (b)

(a) (b)

22


O desligamento da proteo por detectores de temperatura deve ser ajustada para o

limite da classe de isolao

Tabela 2 Limites de temperatura para cada classe de isolao

Classe de Isolao A E B F H

Desligamento 105C 120C 130C 155C 180C

O alarme deve ser ajustado para o valor da temperatura mdia do enrolamento em

condies nominais (T+40C).

3.2.3 Proteo Contra Curtos-Circuitos

As correntes elevadas de curto-circuito podem ocasionar danos permanentes ao motor (fuso de cobre e colocao das lminas do pacote magntico em curto-circuito e at a fuso das lminas de ao) e aos outros elementos do circuito tais como cabos, dispositivos de comando, CCM, etc, devendo ser interrompidas muito rapidamente.

Os motores de baixa tenso so protegidos atravs de disjuntores com unidades

magnticas ajustveis ou fusveis do tipo Diazed e NH. Nos motores de mdia tenso a proteo contra curtos-circuitos confiada a um rel com atuao instantnea ajustados para um valor acima da corrente de rotor bloqueado, conjugado com uma funo temporizada.

Fig 8 Rel tipo MV Microprocessado - Westinghouse

23


A proteo contra falta para terra (corrente de seqncia zero) normalmente ligada

a um TC toroidal que abraa as trs fases, conforme Fig 9

Fig 9 Esquema de proteo de falta fase terra Em mquinas de grande porte comum a utilizao de proteo diferencial dos

enrolamentos. Um esquema de ligao possvel mostrado na Fig 10. As vantagens desta proteo so a alta confiabilidade, alta velocidade e pelo fato de operar somente para faltas internas ao motor.

24


Fig 10 Circuito tpico de um sistema de proteo diferencial

3 transformadores de

corrente no fechamento da

estrela

3 transformadores de

corrente na linha

Rel diferencial em cada

fase (somente mostrado

em uma fase)

25


Fig 11 Proteo diferencial de motor de mdia tenso

3.3 PROTEO CONTRA FALTA E DESEQUILBRIO DE FASES

Correntes desequilibradas provocam aquecimentos nos enrolamentos, capazes de levar o sistema isolante falha por degradao trmica. Para a proteo de motores de mdia tenso so utilizadas unidades que filtram as correntes de seqncia negativa, desligando o motor.

26


3.4 INTERAO MOTOR E MQUINA ACIONADA A transmisso consiste no conjunto responsvel pela transferncia da potncia

mecnica carga acionada. Quando vista pelo motor, a transmisso uma fonte de esforos externos, devendo-se garantir a compatibilidade entre o motor e a transmisso.

As transmisses diretas devem ser preferidas pelo fato de exercerem menores

esforos sobre a ponta do eixo do motor. Os motores padronizados pelos fabricantes nem sempre so adequados s aplicaes

com transmisses no-diretas, a includas polias e correias, rodas dentadas, engrenagens, etc, isso quando montadas diretamente sobre o eixo do motor.

A fora transferida ao eixo ser tanto maior quanto menor for a polia motora

montado no eixo do motor. As tabelas a seguir indicam o dimetro primitivo mnimo de polias motoras em correspondncia carcaa e a metade do comprimento da polia (fonte WEG).

Tabela 3 Dimetro primitivo mnimo de polias

27


A polia deve ser montada o mais prximo possvel do mancal do motor conforme Fig

12.

Fig 12 Exemplo de instalao de polias

As polias motoras e movidas devem estar perfeitamente alinhadas, reduzindo os esforos radiais desnecessrios nos mancais.

28


Fig 13 Alinhamento de polias

A tenso na correia dever ser suficiente para evitar o escorregamento durante o funcionamento. Tenses excessivas aumentam o esforo na ponta do eixo e mancal, causando fadiga, com reflexo na reduo da vida til do rolamento e eventual cisalhamento do eixo.

29


Fig 14 Instalao de correias

Mesmo quando todos os requisitos citados esto atendidos, pode acontecer falha prematura de rolamentos. Neste caso o fabricante deve ser consultado com respeito compatibilidade do motor para acionamento por correia.

3.5 INSPEO DE MOTORES ELTRICOS

3.5.1 Instalao do Motor Eltrico. Na atividade de instalao de um motor, o inspetor deve verificar os seguintes

pontos:

3.5.1.1 Aterramento

A carcaa do motor deve estar firmemente conectada ao potencial de terra atravs do quarto condutor ou diretamente malha de terra, conforme Fig 15.

30


Fig 15 Aterramento da carcaa

3.5.1.2 Dispositivos de Bloqueio e Calos

Os dispositivos de bloqueio e calos instalados para transporte, devem ser removidos

permitindo a livre movimentao do rotor.

3.5.1.3 Medio da Resistncia de Isolamento

Para que um motor seja energizado necessrio que a resistncia do isolamento para a massa e entre fases tenha um valor mnimo que permita sua energizao.

O valor mnimo definido pela equao:

1+= KVRm Onde, Rm = resistncia 1 minuto a 40C em megohms, na posio RST x massa KV = classe de tenso do motor em kV Para maiores informaes consulte o captulo 24 Avaliao de Isolamento

Eltrico Utilizando Tenses de Corrente Contnua.

Ponto de aterramento

31


3.5.1.4 Conexo de Fora do Motor

O inspetor dever verificar se a conexo do motor foi realizada de acordo com a tenso da rede. Dever ser verificado se a isolao dos cabos de conexo do motor est feita com um volume de fita isolante capaz de garantir tanto a resistncia eltrica quanto a mecnica exigida pelos esforos contra paredes da caixa de ligaes.

3.5.1.5 Conexes dos Condutores dos Circuitos de Proteo e Controle

Certificar-se da correta ligao dos resistores de aquecimento, dispositivos indicadores e de proteo (termostatos, termistores, termo-resistncias , sensores de vibrao, etc) e controle (solenides, etc).

3.5.1.6 Fixao do Motor Base

O motor dever estar firmemente fixado base, com todos os parafusos torqueados.

3.5.1.7 Protees do Motor

Certificar se os dispositivos de proteo (rels trmicos, fusveis, disjuntores, rels de sobrecorrente, diferencial e outros) esto ajustados corretamente para efetiva proteo do motor.

3.5.2 Operao com o Motor Desacoplado Na operao com o motor desacoplado so verificados o sentido de giro do motor e

rudos que possam caracterizar algum problema de mancal e a correta operao do resistor de aquecimento (space heater).

A medio de vibrao com o motor desacoplado tem como objetivo detectar

principalmente desbalanceamento, danos em rolamentos, desalinhamento entre furos das tampas, empeno de eixo e problemas magnticos.

A medio normalmente realizada com um medidor de velocidade de vibrao em seis pontos da carcaa, posies axial, vertical e horizontal, mancal lado acoplado (LA) e oposto ao lado acoplado (LOA), conforme Fig 16.

O maior valor medido deve ser comparado com a Tabela 4, obtida com base na

Norma ISO 10816 1, editada em 1995

32


Fig 16 Pontos de medida de vibrao

Tabela 4 Limites de vibrao de acordo com a faixa de potncia do motor

POTNCIA DO MOTOR LIMITE DE VIBRAO (mm/s) VALOR RMS

Menor que 20 cv 1,8 mm/s

20 cv at 100 cv 2,8 mm/ s

100 cv at 500 cv 4,5 mm/s

Caso algum valor medido supere o valor de tabela, recomenda-se uma anlise de vibrao para definio da causa do problema.

Durante a operao com o motor desacoplado importante fazer a medio da

corrente nas trs fases.

Caso as correntes estejam desequilibradas, calcular o desequilbrio:

33


%100=MTFDMDDI

onde:

DI = Desequilbrio de corrente em percentagem.

DMD = Maior desvio de corrente de fase em relao media das trs fases.

MTF = Mdia das trs fases. O limite do desequilbrio de corrente recomendado pela WEG : 10 % - para motores de 4, 6 e 8 plos.

20 % - para motores de 2 plos.

O desequilbrio pode ter como causa o prprio desequilbrio da tenso de

alimentao ou da impedncia dos enrolamentos do motor.

Desequilbrio de corrente ocasiona um sobreaquecimento nos enrolamentos e reduo da vida til do isolamento por degradao trmica.

3.5.3 Acoplamento Motor Mquina Acionada O processo de acoplamento exige um criterioso procedimento de alinhamento

executado com relgio comparador ou equipamento a laser. O motor deve estar firmemente fixado base.

O acoplamento deve ser flexvel o bastante para compensar o desalinhamento

residual. As partes do acoplamento devem ser montadas de tal forma que deixe uma folga

mnima de 3 mm e que permita o deslocamento (passeio) magntico do eixo, permitindo que o motor trabalhe no centro magntico.

34


Fig 17 Alinhamento motor - mquina acionada

Fig 18 Carcaa do mancal e folga axial

3.5.4 Operao com o Motor Acoplado O motor acoplado deve ser girado preferencialmente com carga mxima, quando

sero novamente verificados os nveis de vibrao, as correntes nas trs fases e a existncia de

35


rudos anormais. Em mquinas de grande porte, pode ser importante uma anlise das vibraes no espectro de freqncia.

Para mquinas acopladas valem os seguintes limites de vibrao global (Veff em

mm/s). Tabela 5 Valores de vibrao para motores com carga

GRUPO DE MQUINAS BOM ACEITVEL AINDA ACEITVEL NO

ACEITVELGRUPO K Mquinas pequenas. Motores at 15 kW fixadas rigidamente com a fundao.

0 a 0,7 mm/s 0,7 a 1,8 mm/s

1,8 a 4,5 mm/s > 4,5 mm/s

GRUPO M Mquinas mdias. Motores com potncia entre 15 e 75 kW fixadas rigidamente com a fundao.

0 a 1,1 mm/s 1,1 a 2,8 mm/s

2,8 a 7,1 mm/s > 7,1 mm/s

GRUPO G Mquinas maiores. Motores com potncia acima de 75 kW sobre fundaes rgidas.

0 a 1,8 mm/s 1,8 a 4,5 mm/s

4,5 a 11,0 mm/s > 11,0 mm/s

GRUPO T Mquinas montadas sobre fundaes de freqncia manual baixa (apoiadas elasticamente).

0 a 2,8 mm/s 2,8 a 7,0 mm/s

7,0 a 18,0 mm/s > 18,0 mm/s

Nas mquinas de grande porte devem ser verificadas todas as protees, instrumentos indicadores e dispositivos de controle.

3.5.4.1 Indicadores e Proteo de Vibrao

Observar se os valores de vibrao com carga esto dentro dos limites de controle, e se esto compatveis com os nveis operacionais normais da mquina.

3.5.4.2 Indicadores e Proteo Trmica dos Mancais

A temperatura dos mancais, com o motor operando com carga e aps atingir o equilbrio trmico no deve ser superior a 80 C. Temperatura superior deve ser investigada.

36


Fig 19 Sensores de vibrao e temperatura de mancal de motor de mdia tenso

37


Fig 20 Indicador de temperatura do mancal de motor de mdia tenso

3.5.4.3 Indicadores e Proteo Trmica dos Enrolamentos

Aps o motor atingir o equilbrio trmico, operando com carga, a temperatura dos enrolamentos no deve ser superior temperatura de alarme, igual a T+40C. Indicao de temperatura superior deve ser investigada.

3.5.4.4 Dispositivos Auxiliares

Observar a correta operao dos dispositivos de lubrificao forada dos mancais, refrigerao gua do motor e outro circuitos perifricos.

38


Fig 21 Indicador e pressostatos do sistema de lubrificao dos mancais de motor de mdia

tenso 3.5.5 Inspeo Sistemtica

3.5.5.1 Sistema de Alimentao

Verificar se o valor da tenso est compatvel com a nominal (10%). Verificar se as tenses esto equilibradas nas trs fases. As correntes nas trs fases esto equilibradas e so inferiores corrente

nominal? O painel de alimentao e componentes (inclusive proteo) esto

plenamente operativos? A linha eltrica e cabo de alimentao esto em perfeitas condies?

3.5.5.2 Motor

O motor est rigidamente fixado base? O aterramento da carcaa est efetivo? Os cabos no interior da caixa de

ligaes esto bem isolados, sem sinais de aquecimento e com o isolamento preservado?

O interior da caixa de ligaes est isento de contaminantes ? A carcaa est limpa, sem acmulo de materiais que comprometam a troca de

calor? O sistema de ventilao (ventilador, dutos, etc) est funcionando

adequadamente? Os sensores e indicadores de vibrao e temperatura esto instalados

corretamente, limpos e os condutores e prensa cabos em boas condies? A vibrao total do motor est dentro dos valores aceitveis por normas e os

valores esto de acordo com as medies anteriores? Os valores das medies de isolamento esto de acordo com as medies

anteriores? Os valores garantem uma operao segura? Os valores das medies de resistncia hmica indicam enrolamentos

equilibrados?

3.6 INSPEO EM MQUINAS COM ESCOVAS DE CARVO Motores de CA de rotor bobinado, motores de corrente contnua e geradores eltricos

utilizam escovas de carvo para transferir energia entre partes mveis e fixas. As mquinas que utilizam escovas exigem da manuteno um cuidado especial por

dois motivos bsicos:

39


Mquinas com escovas exigem da manuteno um esforo muito grande para manter a comutao em boas condies e o motor com uma grande confiabilidade.

O p de escova um contaminante que, associado com a umidade e leo, principalmente, reduz muito significativamente a resistncia de isolamento dos enrolamentos.

Para que haja uma boa comutao, ou seja, para que o trabalho das escovas sobre o

comutador ou anel coletor seja perfeito, necessrio que haja um depsito de grafite sobre sua superfcie, denominado filme ou patina.

A formao de um bom filme exige que a escova seja adequada s caractersticas

operacionais da mquina. Alm disto so necessrias condies especficas de umidade, temperatura e rugosidade do comutador ou anel coletor.

A patina uma camada semicondutora, imprescindvel a uma boa comutao que,

reduzindo o atrito, reduz o desgaste e gerao de p de escova. Patinas normais tem uma colorao uniforme e uma espessura ideal de 0,3 mm.

Patinas de aparncia normal P2, P4 e P6 - so exemplos de patinas com aparncia normal, indicando bom funcionamento. A patina apresenta-se lisa, ligeiramente brilhante, colorao uniforme desde o bronzeamento, o marron claro (P2), at o marron escuro, podendo ainda conter tonalidade cinza (P6) azuladas, avermelhadas ou outras. IMPORTANTE A REGULARIDADE, NO A TONALIDADE.

40


Patinas Anormais P12 - aspecto: Patina raiada com pistas mais ou menos largas. A cor alternadamente clara ou escura. No h desgaste no comutador. Causas: Alta umidade, vapores de leo ou de gases agressivos ambientais, baixa densidade de correntes nas escovas. P14 - aspecto: Patina rasgada, de modo geral como P12, com pistas mais estreitas e ataque ao comutador. Causas: Como P12, porm, a danificao perdura h tempo. P16 - aspecto: Patina gordurosa com manchas aperidicas, forma e cor desuniforme. Causas: Comutador deformado ou muito sujo.

Patina com manchas de origem mecnica P22 - aspecto: Manchas isoladas ou com espaamento regular, apresentando-se em uma ou vrias zonas do comutador. Causas: Ovalizao do comutador, vibrao da mquina, oriundas do desbalanceamento do rotor ou de mancais defeituosos. P24 - aspecto: Manchas escuras com bordas definidas, vide tambm T12 e T14. Causas: Lmina ou grupo de lminas defeituosos que provocam o erguimento das escovas e a conseqente perda de contato. P26 e P28 - aspecto: Lminas manchadas nas beiradas ou no centro. Causas: Freqentes dificuldades de comutao ou tambm comutador mal retificado.

41


Patina com manchas de origem eltrica P42 - aspecto: Lminas alternadamente claras e escuras. Causas: Desuniformidade na distribuio de corrente em dois bobinamentos paralelos de lao duplo ou, tambm, diferena de indutncia em caso de duas bobinas por ranhura. P46 - aspecto: Manchas foscas em intervalo duplo - polares. Causas: Geralmente soldagens defeituosas das conexes auxiliares ou nas asas das lminas.

B2, B6 e B8 - aspecto: Queimaduras no centro ou nas bordas lminas. Causas: Fascamento proveniente de dificuldades de comutao. B10 - aspecto: Patina perfurada, formao de pontos claros como densidade e distribuio variados. Causas: Perfurao da patina com conseqncia de excessiva resistncia eltrica da mesma.

42


Manchas no comutador T10 - Manchas escuras reproduzindo rea de contato das escovas. Causas: Prolongadas paradas desenergizadas ou curtas paradas sobre carga. T12 - aspecto: Queimaduras nas bordas de sada e na entrada da lmina subseqente. Causas: Indica a existncia de lminas salientes (vide L2). T14 - aspecto: Manchas escuras. Causas: Indica a existncia de lminas em nvel mais baixo (L4), ou de zonas planas no comutador. T16 - aspecto: Marcas escuras claramente delimitadas conjuntamente com queimaduras nas bordas das lminas. Causas: Isolao entre lminas, mica saliente (vide L6). T18 - aspecto: Manchas escuras. Causas: arestas das lminas mal ou no chanfradas (vide L8).

Desgaste do comutador R2 - Desgaste Normal: Aspecto de um comutador mostrando o desgaste do metal, pista por pista, com montagem correta, conseqente de um desgaste normal aps um longo perodo de funcionamento. R4 - Desgaste Anormal: Aspecto de um comutador, mostrando desgaste anormal do metal conseqente da montagem incorreta das escovas (n de escovas positivas diferentes do nmero de escovas negativas sobre a pista), ou qualidade inadequada ou ainda poluies diversas.

43


Fig 22 Defeitos nas lminas Uma operao adequada da comutao em mquinas de corrente contnua est

intimamente ligada s condies dos interpolos e ao funcionamento da comutao com a linha neutra ajustada.

44


Fig 23 Nveis de faiscamento

Exercem influncia na comutao tambm a presso das escovas (molas), o nvel de assentamento (superfcie especfica da escova em contato com o comutador) das escovas, a carga aplicada ao eixo (porcentagem do conjugado nominal da mquina) e condies ambientais (vapores qumicos).

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Uma operao ideal de uma mquina com escovas acontece quando:

1. A patina tem aspecto normal. 2. No existe faiscamento ou existe faiscamento pouco perceptvel em situaes

de sobrecarga. 3. As escovas tm vida longa e a taxa de formao de p mnima. 4. No existe desgaste perceptvel no comutador ou anis coletores.

3.6.1 Porta Escovas e Escovas

Nem sempre as escovas originais fornecidas pelos fabricantes so as mais indicadas

para uma operao confivel. Os primeiros dias e semanas de operao de uma mquina com anis devem ser

acompanhados pelo inspetor. Se qualquer uma das quatro condies listadas no estiverem atendidas necessrio atuar rapidamente no desenvolvimento de uma outra qualidade de escova.

Esta ao realizada em conjunto com um tcnico da empresa fabricante de escovas

de carvo, que de posse de informaes de velocidade perifrica, densidade de corrente na escova, regime de trabalho e condies ambientais, definir uma qualidade de escova.

A troca de escovas deve ser precedida da remoo da patina formada pela escova

anterior, antes que a nova seja instalada. Aps instalada, o desempenho da nova escova deve ser acompanhado intensamente

at a certeza de que a comutao tem um desempenho que propicie uma operao confivel e duradoura da mquina.

Aps a instalao de um jogo de escovas sempre necessrio que a superfcie das

escovas em contato com o comutador ou anis coletores tenham a mesma curvatura, garantindo, pelo menos, 80% de rea de contato.

Um dos mtodos mais utilizados para o assentamento de escovas consiste na

instalao de uma fita de lixa sobre o comutador ou anel coletor, com o dorso abrasivo voltado para o lado externo em contato com as escovas, montadas no interior do porta-escovas.

O rotor com lixa posto a girar manualmente, atritando a superfcie das escovas

contra o abrasivo, at que se atinja o mnimo de 80% de rea de contato em cada uma das escovas.

46


A lixa recomendada deve ter uma granulao em torno de 150. Aps o processo o p de carvo gerado deve ser totalmente aspirado e a limpeza complementada com pano seco.

As escovas devem trabalhar livremente no interior da bainha do conjunto porta-

escovas. Para isto necessrio que as medidas interiores das superfcies das bainhas e as medidas das faces das escovas estejam dentro das tolerncias permitidas.

Tabela 6 Tolerncias para t e a em micrmetros e para r em milmetros para escovas de grafite natural e metal-grafite

PORTA-ESCOVA (1) ESCOVA ELTRICA (2) FOLGA ESCOVA VALORES NOMINAIS

t a t a

mm Mx. Mn. Dif. Mx. Mn. Dif. Mx. Mn. r

1,6 2

2,5 + 54 + 14 40 - 120 - 60 60 174 74 0,3

3,2 4 5

+ 68 + 20 48 -150 - 70 80 218 90 0,3 6,3 8 10

+ 83 + 25 58 - 170 - 80 90 253 105 0,3 12,5 16 + 102 + 32 70 - 260 - 150 110 362 182 0,5 20 25 + 124 + 40 84 - 290 - 160 130 414 200 0,5 32 40 + 150 + 50 100 - 330 - 170 160 480 220 0,8 50 + 150 + 50 100 - 340 - 180 160 490 230 0,8 64 + 180 + 60 120 - 380 - 190 190 560 250 0,8 80 + 180 + 60 120 - 390 - 200 190 570 260 0,8 100 125 1,0

(1) As tolerncias para os porta-escovas so conforme a tolerncia E10 da ISO. A verificao dimensional dos porta-escovas efetuada com o calibrador passa, no passa.

(2) As tolerncias para as escovas so conforme a tolerncia b11 da ISO para dimenses > 12,5 mm e c11 da ISO para dimenses < 12,5 mm.

* Tabela extrada da norma ABNT.

47


48


Fig 24 Dimenses de escovas eltricas

t = Dimenso da escova em sentido tangencial. a = Dimenso da escova em sentido axial. r = Dimenso da escova em sentido radial.

Escovas e bainhas com dimenses fora das tolerncias permitidas devem ser eliminadas.

As escovas devem trabalhar com presses dentro das tolerncias recomendadas.

Todas as escovas devem ter presses aproximadamente iguais.

Tabela 7 Recomendaes de presso nas escovas para cada tipo de mquina

TIPOS DE MQUINAS PRESSO NA ESCOVA

Mquinas estacionrias livres de vibrao e rudo 150 a 200 g/cm2

Anis deslizantes 170 a 250 g/cm2

Motores de trao 250 a 570 g/cm2

Mquinas com alta vibrao at 350 g/cm2

Motores fracionrios at 450 g/cm2

A medio da presso das escovas realizada com um dinammetro que mede a

fora aplicada na escova para se contrapor fora exercida pela mola. Introduz-se uma tira de

49


papel entre a escova e o comutador, ou anel coletor, para determinar o momento da leitura no instante em que o papel arrastado, com leve trao exercida pela mo.

Fig 25 Medio de presso na escova Todas as escovas instaladas em um comutador ou anis coletores devem ter a mesma

qualidade (granulometria). O comprimento das escovas um item de inspeo e controle da qualidade da

comutao e da confiabilidade operacional da mquina. Medir o comprimento das escovas, registrar as medies, trocar as escovas quando o comprimento atingir valores mnimos garantidos para a operao e controlar o desgaste das escovas em mm/ms, importante para garantir uma vida longa com confiabilidade para a mquina. Um aumento do desgaste das escovas sem uma correspondente alterao operacional que o justifique, deve ser motivo de averiguaes e de aes para que a qualidade da comutao seja reconstituda.

muito comum a operao de motores eltricos com carga reduzida e conseqente

baixa densidade de corrente nas escovas. Na maioria das vezes uma mquina nestas condies no consegue produzir uma boa patina e a m comutao conduz a um filetamento

Fazer a leitura da balana quando a tira de papel puder ser puxada de entre a escova e o coletor

50


(raiamento) do comutador com comprometimento de sua vida til, devido necessidade de usinagens freqentes.

Uma das solues, normalmente adotada, para aumentar a densidade de corrente para melhorar a comutao, a reduo do nmero de escovas.

Toda pista dever ser percorrida por escovas positivas e negativas, sempre em igual

nmero. Pista a faixa que uma escova determina sobre o comutador quando este est em movimento, tendo a largura igual largura da escova.

Fig 26 Disposies corretas e incorretas de escovas ao longo do comutador

Os porta-escovas devem ficar dispostos paralelamente s lminas do comutador. A

distncia entre a face inferior do porta-escova e o comutador deve estar compreendida entre 1,5 e 2,0 mm.

51


Fig 27 Distncia da bainha ao comutador ou anel coletor

3.6.2 Comutadores e Anis Coletores

52


Fig 28 Vista interna de um motor de corrente contnua com comutador em primeiro plano

A inspeo de comutadores e anis coletores deve compreender: A excentricidade total no deve superar os 20m e a diferena entre lminas

adjacentes deve ser inferior a 2m. A alta excentricidade ocasiona uma dificuldade da mola em manter a escova em

contato com o comutador, conduzindo ao centelhamento e baixa qualidade da comutao. A soluo passa pela usinagem do comutador ou anel coletor.

O controle da altura da mica e seu rebaixamento um item importante de inspeo.

Quando a mica est alta ou aps usinagem, deve-se proceder o rebaixamento da mica com uma ferramenta cortante a uma profundidade de cerca de 1mm a 1,5 mm.

Fig 29 Rebaixamento da mica do comutador

As lminas de cobre do comutador no podem operar com quinas vivas (ngulo de

90). As quinas devem ser chanfradas com ngulos variveis entre 60 e 90, Fig 31.

53


Fig 30 Ferramenta para desgaste de cantos

Fig 31 Valores limites do ngulo de chanfro dos cantos A comutao influenciada pela vibrao da mquina. Altos valores de vibrao

provocam o trepidamento das escovas, prejudicando a qualidade da comutao.

3.6.3 Interpolos e Linha Neutra A m qualidade na comutao pode estar associada aos defeitos no circuito dos

interpolos e a operao fora da linha neutra. Defeitos nos interpolos podem estar associados a curto-circuito nas bobinas ou erro

de ligao. A verificao do ajuste da linha neutra pode ser realizada da seguinte maneira

(recomendaes WEG). Ajuste grosso

Afrouxar os parafusos que fixam o anel do porta-escovas Energizar a armadura (50 a 80% da corrente nominal por no mximo 30s),

com o campo desligado. Se a zona neutra estiver desajustada, o rotor ir girar. Gira-se o anel dos porta escovas em sentido contrrio ao sentido de giro do rotor.

A zona neutra estar ajustada, quando o rotor ficar parado.

54


Ajuste Fino Energizar o campo e a armadura com tenso nominal e corrente nominal nos dois

sentidos de rotao. A diferena de rotao no poder ser maior que 1%. IMPORTANTE: Se ao girar o anel do porta-escovas para a direita o rotor girar ao contrrio, os cabos

dos plos de comutao que so ligados aos porta-escovas esto invertidos. Ligar corretamente os cabos e proceder ajuste grosso da zona neutra novamente.

55


3.7 PRINCIPAIS CAUSAS DE FALHAS DE MQUINAS ROTATIVAS DE

CORRENTE ALTERNADA

Fig 32 Motor de mdia tenso de 13,2 kV

3.7.1 Introduo As falhas em mquinas eltricas rotativas tm como conseqncia, danos aos

enrolamentos. Os principais fatores de falha so os seguintes:

Especificao incorreta da mquina para as condies reais de operao. Falhas de fabricao e de reparao das mquinas, tais como na fabricao de

materiais, processos e falhas de mo de obra. Inexistncia, erros de calibrao e de especificao dos dispositivos de

proteo. Falhas ou exageros de operao. Manuteno inadequada ou inexistente

Os fatores acima esto, em maior ou menor intensidade, presentes na quase totalidade das instalaes com mquinas eltricas.

56


Estes fatores conduzem condio de falha atravs de quatro causas principais:

Rolamentos (mancais) Contaminao por agentes agressivos Degradao trmica do material isolante Abraso mecnica

3.7.2 Rolamentos (Mancais) Desgaste acentuado nos mancais das mquinas eltricas rotativas pode ocasionar a

frico entre rotor e estator e sobreaquecimento devido ao atrito. As partes atritadas se apresentaro com aspecto polido ou, em casos extremos

azulados, devido ao aquecimento. A isolao se apresentar danificada pelo calor na rea de roamento, freqentemente com curto entre espiras e para a massa. Com freqncia, este tipo de defeito provoca, alm da queima do enrolamento, danos ao eixo, tampas e pacote magntico, levando muitas vezes ao sucateamento da mquina.

3.7.3 Contaminao por Agentes Agressivos Nenhuma mquina, por mais estanque que seja, est livre de contaminantes em seu

interior. leo, poeira, umidade, vapores qumicos, etc, penetram no interior da mquina

atravs de lubrificaes mal conduzidas, fendas na carcaa, ou simplesmente atravs do ar ambiente, no processo de contrao e dilatao do ar, em funo das variaes de temperatura e presso no interior da mquina.

Em geral a atmosfera industrial est carregada destes contaminantes, em especial na

faixa litornea, onde a umidade relativa do ar muito elevada. Estes contaminantes penetram no sistema isolante, agredindo fsica e quimicamente o

material, formando caminhos de menor resistncia de isolamento, elevando as correntes de fuga e as perdas dieltricas, at a falha do isolamento e da mquina.

Vrias medidas podem ser adotadas para impedir ou retardar este processo de

degradao do isolamento: Utilizao de mquinas totalmente fechadas. Especificao detalhada dos contaminantes presentes, de forma que o fabricante ou reparador possa desenvolver uma impregnao que resista a estes contaminantes.

57


Acompanhamento da evoluo da contaminao do isolamento atravs das medies sistemticas de resistncia de isolamento. O ndice de polarizao (IP) de valor inestimvel e rejuvenescimento dos enrolamentos quando a contaminao atingir nveis que possam comprometer o isolamento do motor.

3.7.4 Degradao Trmica Os materiais isolantes so agrupados em classes trmicas estabelecidas em norma,

que so basicamente, as seguintes: CLASSE A 105OC CLASSE E - 120 OC CLASSE B - 130 OC CLASSE F - 155 OC CLASSE H - 180 OC CLASSE C - 220 OC A quase totalidade das mquinas modernas utiliza materiais isolantes das classes

B, F e H. Um material isolante, classificado dentro de uma classe trmica, capaz de suportar

a temperatura limite da classe, por um tempo definido, sem que as suas propriedades isolantes fiquem prejudicadas.

Quando este isolante submetido a temperaturas superiores a de sua classe trmica,

os efeitos da deteriorao de suas propriedades dieltricas e mecnicas far-se-o sentir num perodo de tempo menor.

Os efeitos da temperatura sobre os isolantes so funo do tempo de exposio ao

calor. A figura abaixo mostra o tempo de vida de um isolante em funo da temperatura.

Vida til (horas)

58


Fig 33 Reduo da vida til do isolante em funo da temperatura Em geral, a cada 10 graus de sobre-temperatura a vida til do isolante fica reduzida

metade. Durante o funcionamento, as mquinas eltricas liberam calor que transferido para

o meio ambiente atravs da carcaa. Os motores so projetados para, em condies normais, terem uma elevao de

temperatura, no ponto mais quente, de um certo valor acima da temperatura ambiente (40 OC pela ABNT), conhecido como variao de temperatura da mquina.

Escolhe-se ento a classe trmica do material, igual ou superior temperatura do

ponto mais quente da mquina. Em condies normais de operao os materiais isolantes vo ficar submetidos a uma

temperatura inferior de sua classe trmica, de forma que a deteriorao trmica se dar em perodo de tempo muito longo, da ordem de anos e at dcadas.

Entretanto, algumas condies anormais de operao do origem a um aumento das

perdas da mquina ou reduo da dissipao do calor gerado, aumentando a temperatura no enrolamento e a reduo de sua vida til.

A manuteno eltrica deve conhecer estas condies, identific-las atravs de aes

preventivas, corrigindo-as antes que levem as mquinas a falhas de isolamento.

3.7.4.1 Falta de Fase (Operao em Duas Fases)

Temperatura (C)

59


Se uma fase de um motor eltrico trifsico, em funcionamento, for interrompida, o motor tentar manter-se em funcionamento, mesmo com torque reduzido, em funo da alimentao monofsica.

Se o conjugado mximo do motor for superior ao conjugado resistente da carga, o

motor continuar funcionando, caso contrrio, ir parar. Se o motor estiver parado e for energizado com duas fases, no rodar, por falta de

conjugado de partida. Em todas estas condies, o motor estar submetido a condies de sobretemperatura

em funo das altas correntes circulando nos enrolamentos, salvo casos especiais em que o conjugado da carga to baixo que as correntes absorvidas pelo motor permanecem inferiores s correntes nominais.

Os motores devero estar protegidos por rels trmicos com caractersticas de

proteo contra falta de fase ou dispositivos sensores de temperatura no enrolamento do motor (termistores ou protetores trmicos), ou ainda rels de seqncia negativa.

A identificao de um isolamento queimado por sobretemperatura em funo de falta

de fase muito fcil:

Motores ligados em estrela: dois grupos queimados, seguidos de um em bom estado e assim sucessivamente.

Motores ligados em tringulo: um grupo queimado, seguido de dois outros

em bom estado e assim sucessivamente.

60


Fig 34 Danos causados ao enrolamento

3.7.4.2 Sobrecarga Mecnica

uma condio anormal em que o conjugado resistente da carga maior que o

conjugado nominal do motor, continuamente, ou em ciclos, de forma que as temperaturas do enrolamento excedem aquelas estabelecidas em projeto.

Para evitar que essas sobrecargas levem reduo da vida til e queima prematura

do motor, os rels trmicos (ou os protetores no enrolamento) devem estar bem ajustados e aferidos.

Toda operao dos dispositivos de proteo deve ser acompanhada atravs de

medies de correntes absorvidas pelo motor e comparadas com a corrente nominal. Corrente de operao acima da nominal pode ser uma evidncia de sobrecarga mecnica.

A operao de motores com tenses inferiores nominal pode ocasionar

sobrecorrentes capazes de provocar sobretemperaturas no motor. A queima por sobretemperatura caracterstica e o enrolamento se apresenta com os

condutores uniformemente enegrecidos e a isolao quebradia, podendo ter evoludo para curto entre espiras, fase-terra ou fase-fase em funo da falha de isolamento, Fig 35.

61


Fig 35 Queima por sobrecarga

3.7.4.3 Rotor Travado

um caso particular de sobretemperatura que acontece quando da partida de um

motor, por um tempo prolongado, em razo do travamento da mquina acionada, do prprio motor ou ainda em condies de falta de fase ou tenses reduzidas, etc.

A partida de um motor de induo, rotor de gaiola, muito delicada em funo da

alta corrente as perdas so proporcionais ao quadrado da corrente (I2R) e da precariedade da ventilao, em funo das baixas velocidades.

Os tempos mximos permissveis de rotor travado no passam de 20 segundos para

os motores mais modernos. Em caso de rotor travado, o rel trmico e os protetores de temperatura no

enrolamento devem desligar o motor antes que o isolamento venha a falhar. Os dispositivos de proteo devem estar aferidos e ajustados para operar antes da

degradao e falha do isolamento. O aspecto visual de um enrolamento de um motor queimado por rotor travado

similar ao da queima por sobrecarga, Fig 36.

62


Fig 36 Queima por rotor travado

3.7.4.4 Temperatura Ambiente Acima de 40 OC

Motores operando com carga prxima nominal, em locais com temperatura

ambiente superiores a 40 OC, podem estar com o isolamento submetido a sobretemperatura. Entretanto, nestes casos, o rel trmico no ser capaz de proteger adequadamente o

motor. O aspecto do enrolamento queimado assemelha-se ao dos casos anteriores. Os motores no especificados para esta condio devem ter o seu sistema isolante

trocado para uma classe de maior temperatura. Os motores novos devem ser adquiridos com informaes de que a temperatura

ambiente excede os 40 OC.

3.7.4.5 Partidas Sucessivas

Partidas sucessivas podem levar os enrolamentos a temperaturas muito altas,

comprometendo a vida dos materiais isolantes.

63


Os intervalos entre partidas devem ser suficientemente longos para permitir a

dissipao do calor gerado durante a acelerao do motor. A norma NBR 7094 determina um regime de partida mnimo que os motores devem

suportar: A frio, duas partidas sucessivas, com retorno ao repouso entre as partidas. A quente, uma partida aps ter funcionado nas condies nominais. Uma partida suplementar ser permitida somente se a temperatura do motor,

antes da mesma, no exceder temperatura de equilbrio trmico sob carga nominal.

O nmero mximo de partidas permissvel para um motor, por unidade de tempo,

difcil de ser calculado, em funo do nmero de variveis envolvidas: conjugado lquido de acelerao, potncia requerida do motor e momento de inrcia do motor e da carga.

Na especificao de motores para acionamento de cargas que requeiram um nmero

elevado de partidas, reverses, com ou sem frenagem, etc, deve ser indicado a seqncia de funcionamento do motor e as potncias exigidas pela carga ao longo do ciclo de trabalho.

3.7.4.6 Roamento Rotor-Estator

Desgastes acentuados nos rolamentos podem ocasionar a frico entre rotor e estator

e sobreaquecimento, devido ao atrito. As partes atritadas se apresentaro com aspecto polido ou, em casos extremos,

azulados, devido ao aquecimento. A isolao se apresentar danificada pelo calor na rea de frico, freqentemente com curto entre espiras e para a massa.

A audio sistemtica do rudo dos rolamentos com estetoscpio ou a medio de

vibraes nos mancais das mquinas podem reduzir a zero a ocorrncia deste tipo de falha.

3.7.4.7 Tenses Anormais

Os motores de induo devem funcionar satisfatoriamente bem, dentro das condies

de potncia nominal, se as tenses eltricas em seus terminais no diferirem da tenso nominal, em mais ou menos 10%, com freqncia nominal.

Um motor operando prximo a potncia nominal, com tenses fora do limite de 10%,

pode estar com o seu isolamento submetido sobretemperatura.

64


Em geral, as tenses nos terminais dos motores so inferiores s nominais. Na

maioria dos casos isto se deve especificao de transformadores com tenso secundria igual nominal dos motores. As quedas de tenses no prprio transformador e nos cabos condutores reduzem a tenso a valores substancialmente inferiores s tenses de placa dos motores.

As tenses desbalanceadas provocam a circulao de correntes desiguais nos

enrolamentos. O efeito da tenso desbalanceada em motores trifsicos de induo equivalente ao

aparecimento de uma tenso de seqncia negativa com sentido de rotao oposto ao da tenso balanceada. Esta tenso de seqncia negativa produz um fluxo rotativo contrrio rotao do motor, acarretando altas temperaturas nos enrolamentos.

O percentual de desbalanceamento da tenso calculado pela frmula:

mdiaTensorededatensodamxDesvio .% =

A percentagem de desbalanceamento no deve ser superior a 1% durante perodos

prolongados, ou 1,5% durante curtos perodos. Um desbalanceamento de tenso de 2% ocasionar uma elevao de temperatura na

fase de maior corrente em torno de 8%. Em geral, a elevao de temperatura mdia do enrolamento, percentualmente, um pouco menor que duas vezes o quadrado do desbalanceamento percentual.

A manuteno deve mapear, atravs de medies e registros, as tenses em todos os

barramentos dos Centros de Controle de Motores e nos terminais dos motores mais prximos e distantes destes CCMs, corrigindo os desbalanceamentos e os nveis de tenses muito diferentes do nominal.

3.7.5 Abraso Mecnica A abraso mecnica ou vibrao do enrolamento causada pela movimentao

relativa entre espiras de uma bobina, entre bobinas, entre bobinas e ncleo, bobinas e estecas e bobinas e amarraes.

As foras envolvidas so de natureza eletrodinmica e proporcionais ao quadrado da

corrente.

65


A vibrao tem uma freqncia igual ao dobro da freqncia da rede, ou seja, 120 hertz.

Durante a partida dos motores, quando a intensidade da corrente algumas vezes

superior corrente nominal, a intensidade das foras pode superar em 60 vezes a fora em condies de regime.

Nos motores que operam com partidas freqentes, deve-se tomar cuidados especiais

com a rigidez do enrolamento. Quando um motor em que os condutores esto soltos, entra em funcionamento, as

bobinas e os condutores, individualmente, vibram no interior e nas cabeas de bobinas, desenvolvendo-se uma abraso, por frico mecnica, do material isolante.

medida que ocorre a movimentao e a abraso, as folgas aumentam, permitindo

um maior grau de liberdade dos condutores, aumentando a amplitude de vibrao. A abraso provoca a fadiga do material isolante dos condutores, do isolamento das ranhuras e das cabeas de bobinas, nas regies das amarraes.

Este tipo de falha ocorre tanto em motores de fio redondo, como nos de fio

retangular. Para evitar falhas deste tipo, deve-se tomar muito cuidado com a amarrao das

bobinas, enchimento das ranhuras e estecagem, escolha do verniz a ser empregado e do processo de cura do impregnante.

As falhas produzidas por abraso podem conduzir a curto circuitos entre espiras,

fase-fase e fase massa.

66


4 TRANSFORMADORES DE FORA

A vida til de um transformador a vida do isolamento slido, normalmente papel

kraft, de natureza celulsica. Os trs grandes inimigos do sistema de isolao de um transformador so a temperatura, a gua e o oxignio.

O tanque de um transformador imerso em leo mineral isolante um lugar onde

reaes qumicas so iniciadas to logo o transformador cheio com leo. O processo de oxidao do leo tem incio quando o oxignio entra em combinao

com os hidrocarbonetos instveis, na presena dos catalizadores existentes no transformador (cobre, ferro, gua, etc). O oxignio existe livre no ar presente no interior do transformador e dissolvido no leo isolante.

A degradao da celulose fonte de oxignio e as reaes no interior do

transformador tem como subproduto a gua. O leo possui inibidores naturais, compostos orgnicos de enxofre, termicamente

estveis. Alm disto so acrescentados inibidores sintticos, tais como o ditercirio-butilparacresol (DBCT). O calor o principal acelerador das reaes de oxidao, sendo um fator determinante no tempo de vida til e nos cuidados de manuteno que se fazem necessrios.

67


Fig 37 Transformador de potncia 4.1 ANLISE FSICO-QUMICA DO LEO ISOLANTE

O leo isolante o meio refrigerante com caractersticas isolantes do transformador e

imerge todo o enrolamento slido, ncleo magntico e outras partes internas do transformador.

Os produtos das reaes qumicas e da deteriorao do leo isolante e do isolamento

slido esto total ou parcialmente diludos no fluido isolante. A anlise fsico-qumica do leo isolante um conjunto de testes recomendados para

o acompanhamento das condies dos materiais isolantes do transformador: Os testes mais comumente utilizados para a avaliao do estado operacional de um

transformador so os seguintes: Rigidez dieltrica ABNT/IBPM-530, ASTM(D877)80 e ASTM(D1816)79 Umidade ASTM(D1535)79 Fator de potncia ASTM(D924)81 Nmero de neutralizao ABNT/IBP MB-101, ASTM(D974) e ASTM(D1534)78 Tenso interfacial ABNT/IBP MB320 e ASTM(D-971)77 As anlises fsico-qumica, normalmente so realizadas com um intervalo varivel de

1 a 2 anos. A observao criteriosa dos valores dos testes fsico-qumicos indica a contaminao

do leo e do isolamento slido com a umidade e a deteriorao do leo mineral isolante. A gua pode existir no leo sob a forma dissolvida, no dissolvida (em suspenso) ou

livre (depositada). A quantidade de gua em soluo no leo funo da temperatura e do grau de

refinao do leo. Quando o contedo de umidade no interior do transformador reduzido, as pequenas

quantidades de umidade ficam impregnando o papel isolante e dissolvidas no leo mineral isolante.

Quando o contedo de umidade aumenta, o excedente absorvido pelo papel isolante

e se dissolve no leo isolante at atingir o limite de solubilidade no leo (funo de temperatura). A umidade excedente passar para a forma livre, sendo retido pelo papel isolante.

68


Rigidez dieltrica A gua livre em suspenso no leo e as partculas slidas em suspenso (fibras celulsicas, carvo, poeira, etc) diminuem acentuadamente sua rigidez dieltrica. A gua dissolvida no leo afeta muito pouco sua rigidez dieltrica. O mtodo D-877 da ASTM, eletrodos de disco de 1 polegada, afastadas de 0,1 polegada menos sensvel que o mtodo ASTM D-1816 que usa eletrodos esfricos.

A rigidez dieltrica determina a capacidade de uma amostra de leo resistir tenso

eltrica sob condies especificadas expressa em kV. Contedo de umidade A quantidade de umidade contida no leo isolante um

fator importante para se inferir a quantidade de gua presente no interior do transformador. A determinao do contedo de umidade no leo isolante realizada atravs da

titulao de uma amostra do lquido com o reagente Karl Fisher. O mtodo ASTM D-1533 utilizado para a determinao do contedo de umidade,

expresso em ppm (partes por milho). A gua contida no interior do transformador pode ser proveniente de:

Resduo da secagem do papel isolante e do leo nos processos de fabri

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