Teste de diagnóstico off-line do isolamento do enrolamento do estator

Muitos usuários finais, fabricantes e organizações de serviços agora empregam rotineiramente alguma forma de tecnologia de monitoramento on-line, por exemplo, descarga parcial (PD), como um componente significativo de um programa de manutenção preditivo ou baseado em condições. O uso generalizado e crescente de tais métodos fez com que algumas pessoas do setor questionassem o valor da realização de testes de diagnóstico off-line para avaliar a condição de isolamento do enrolamento do estator se eles tiverem monitoramento on-line.

Tradicionalmente, muitas concessionárias aproveitavam a oportunidade durante grandes interrupções para fazer um ou mais desses testes off-line; no entanto, devido às pressões econômicas, o intervalo entre essas interrupções aumentou significativamente. No passado, a frequência de interrupções em que o rotor era removido era de cerca de cinco a seis anos; no entanto, atualmente, intervalos de 10 a 12 anos se tornaram comuns.

Além disso, muitos gerentes de fábrica relutam em permitir testes elétricos devido à preocupação de que esses testes possam danificar o enrolamento, embora a tensão aplicada usada na grande maioria dos testes seja limitada à tensão nominal de operação da linha para o solo. A seguir, discutiremos a função que os testes off-line devem desempenhar, os testes comumente usados e sua aplicação adequada. Somente os testes cobertos pelos padrões IEEE ou IEC são discutidos, e os hipots AC e DC são excluídos porque são testes de ir/não ir com relativamente pouco valor de diagnóstico.

Resistência de isolamento & Índice de polarização

Uma medição de resistência de isolamento é um dos testes mais básicos e comumente empregados no setor. O teste envolve a aplicação de uma tensão CC prescrita ao longo do isolamento da parede de aterramento e, com base na corrente de fuga, é obtido o valor da resistência após um minuto de aplicação da tensão.

O índice de polarização é obtido por meio de uma nova medição da resistência do isolamento em 10 minutos e da divisão desse valor pelo valor medido após 60 segundos. Esses testes são regidos pela norma IEEE 43, que especifica, entre muitos fatores, a tensão aplicada apropriada (dependente da tensão nominal da máquina), bem como os critérios de aceitação para a resistência de isolamento e o índice de polarização.

Até recentemente, não havia uma norma IEC equivalente para esse tipo de teste; no entanto, essa situação mudará em 2016 ou 2017 com a publicação iminente da IEC 60034-27-4. Normalmente, esses testes são usados para determinar se o enrolamento do estator está apto a passar por outros testes de diagnóstico envolvendo altas tensões ou para verificar uma falha de aterramento no caso de um alarme ou disparo.

Embora o conteúdo de diagnóstico de um teste de resistência de isolamento tenha sido considerado limitado devido à sensibilidade às correntes de fuga da superfície, a versão mais recente do IEEE 43 inclui orientações sobre métodos mais sofisticados de interpretação que podem fornecer informações sobre a condição geral do isolamento. Se a máquina for desligada para manutenção, esse teste é altamente recomendado.

Capacitância e fator de dissipação

As medições de capacitância e fator de dissipação têm sido usadas rotineiramente pelos fabricantes há décadas como um meio de avaliar a qualidade e a uniformidade de barras e bobinas individuais do estator. O teste do fator de dissipação pertence à ampla gama de medições de perda dielétrica e também é comumente chamado de tan delta ou teste do fator de potência.

O fator de potência é a cotangente do ângulo de perda (delta), enquanto o fator de dissipação representa a tangente. Em valores baixos de ângulo de perda, a tangente e a cotangente são praticamente as mesmas. Quanto maior for a perda dielétrica em um material isolante, maior será o fator de dissipação. Os defeitos em um sistema de isolamento, como vazios e delaminação, resultam em descarga parcial, que é um mecanismo de perda.

Assim, as medições do fator de dissipação podem ser usadas para determinar o conteúdo vazio de um sistema de isolamento. Ao contrário de um teste de descarga parcial, o fator de dissipação também incorpora informações sobre o sistema de isolamento em massa. Portanto, pode não haver uma correlação exata entre os resultados obtidos nos testes de PD e de fator de dissipação. Muitas vezes, o fator de dissipação é obtido em duas tensões diferentes, por exemplo, em 25% e 100% da tensão nominal de operação linha-terra, para derivar o fator de dissipação tip-up.

Na tensão mais baixa, presume-se que o sistema de isolamento não esteja sujeito a descarga parcial. Assim, o tip-up é usado como um meio de diferenciar entre os efeitos devidos ao volume e aos defeitos, como vazios. Esse teste é regido pela norma IEEE 286 e pela norma IEC 60034-27-3, publicada recentemente.

Os dois documentos orientam a realização do teste; no entanto, a norma IEC também inclui critérios de aceitação para barras e bobinas individuais do estator, o que, para alguns, é controverso. Devido às complicações causadas pelos componentes de classificação de tensão em máquinas de 6,6 kV ou mais, não há critérios disponíveis para medições realizadas em enrolamentos completos de estator. Assim, com a disponibilidade generalizada de testes de descarga parcial on-line ou off-line, esse teste está se tornando menos popular como teste de manutenção.

Descarga parcial

As medições de descarga parcial off-line são empregadas para fornecer informações sobre o conteúdo de vazios do sistema de isolamento. Ao contrário de uma medição do fator de dissipação, que calcula a média espacial do resultado do teste, um teste de descarga parcial é sensível aos vazios com as maiores dimensões (que são os mais preocupantes).

Quando um teste de descarga parcial on-line ou off-line indica magnitudes de descarga parcial anormalmente altas, o teste de sonda corona (ou TVA) pode ser implantado para ajudar a identificar o local dessa atividade. O teste de descarga parcial também é útil para descobrir outros defeitos, como contaminação da superfície e folgas inadequadas entre as fases.

A identificação desses problemas que ocorrem nas regiões de enrolamento final das máquinas é significativamente auxiliada pelo emprego de técnicas adicionais, como câmeras corona (ultravioleta), sondas corona e sondas ultrassônicas. A IEEE 1434 e a IEC 60034-27 fornecem orientações abrangentes sobre métodos de teste de descarga parcial off-line. Comparando o teste de descarga parcial on-line com sua contraparte off-line, há muitas vantagens em realizar o teste enquanto a máquina está operando. Entre elas estão:

• A distribuição de tensão está correta
• O enrolamento do estator está em uma temperatura elevada
• As forças da bobina/barra estão presentes

Em resumo, há vários mecanismos de defeito, por exemplo, enrolamentos soltos, que não podem ser detectados usando um teste de DP off-line. Além disso, muitas vezes os resultados das medições off-line devem ser tratados com certa cautela, pois podem ser pessimistas em relação à condição operacional. Por exemplo, o teste de DP off-line de máquinas resfriadas a hidrogênio é quase sempre feito no ar à pressão atmosférica, o que produz uma DP muito maior.

No entanto, se considerarmos que esses resultados seriam o pior caso, os dados assim obtidos ainda têm valor. Uma vantagem significativa que o teste de DP off-line oferece é que o operador do teste tem controle da tensão aplicada. Consequentemente, apesar da interferência elétrica de fundo sempre presente (que é um problema significativo para testes on-line), a atividade de descarga parcial (se presente) normalmente pode ser observada à medida que a tensão aplicada é variada. Além disso, as tensões de início e de extinção da descarga podem ser medidas, o que fornece mais informações sobre a probabilidade de a atividade de descarga parcial ser um problema durante a operação.

Resumo

Embora a experiência, até o momento, indique que os métodos de monitoramento de condições on-line, como a descarga parcial, são eficazes no fornecimento de informações sobre a condição de isolamento do enrolamento do estator, os testes off-line ainda têm um papel importante a desempenhar. Além de verificar os resultados dos testes on-line, os testes de diagnóstico off-line, especialmente quando mais de uma técnica é usada, fornecem informações adicionais para basear as decisões de manutenção.