TT 262 - Abraman

Detecção de Espiras em Curto do
Rotor
Off-line vs On-Line
Off-line
On-line
•
•
•
•
•
•
• Unidade em serviço
• Baixo / zero custo
• Condições nominais
presentes (tensão,
temperatura e vibrações)
• Não requer equipamento
extra
• Forças centrífugas presente
Unidade fora de serviço
Custo moderado / alto
Sem geração / processo
Enrolamento frio
Sem vibrações
Fonte de alimentação
para os testes requerida
Máquinas Síncronas
• Enrolamento do Rotor fornece campo magnético
• Enrolamentos fornecem ampere/turns focando a
geração nominal do gerador/motor dentro dos limites
máximos de tensão e temperatura
• Requerimentos mínimos de isolação elétrica
• Requerimentos mecânicos e térmicos severos
• Diâmetro do rotor até 20 metros, e o peso em
centenas de toneladas
Tensão nas Espiras
• Grande Turbogerador: 5 a 15 volts por espira
• Turbogerador de 21.200 kVA, 3600 rpm: 0.52 volts por
espira
• Hidrogerador de 63.000 kVA, 100 rpm: 0.16 volts por
espira
• Motor de 800HP, 1200 rpm motor: 0.098 volts por
espira
• A isolação da espiras está sujeita a altos transientes de
tensão
Corte de seção em um gerador de 2 pólos
Corte de seção em um gerador de 4 pólos
Corte de seção em um gerador de 12 pólos
Processos de agentes deteriorantes do
Enrolamento do Rotor
•
•
•
•
Térmicos
Ambientais
Mecânicos
Processo de deterioração usualmente tomam
muitos anos antes da falha (ou mesmo décadas)
Forças Centrífugas
• A falha mecânica da isolação pode resultar de:
Forças centrífugas contínuas ou cíclicas durante a
operação e partidas/paradas
• Estas forças podem causar falhas no enrolamento de:
Projeto ou bobinagem inadequada nos suportes
entre-espiras, ou mesmo seu encolhimento
relativo ao tipo de material utilizados, em
unidades de enrolamentos com pólos salientes ou
round
Surtos Repetitivos de Tensão
• Altos surtos de tensão poderão ser induzidos no
enrolamento do rotor a partir de uma excitatriz
estática
• Fenômeno que leva às falhas de isolação
Detection of Shorted Turns
Off-line
• Testes CA de pole drop, IR
• RSO test
On-line
• Incremento das vibrações no mancal
• Incremento da excitação para obter o mesmo MVA
• Monitoramento do fluxo magnético no entreferro
Teste de “Pole Drop”
• Aplicar 120 Vca através do enrolamento de
campo e medir a queda de tensão através de
cada pólo
• Medir a impedance indutiva de 60 Hz de cada
pólo afim de detectar pólos com menor espiras
ativas, e assim menor indutância
• Pólos com níveis mais baixos que a média da
atenuação de tensão podem ter espiras em curto
• Curtos podem desaparecer quando o rotor não
estiver em giro, e vice versa
Monitoramento de Fluxo Magnético para
Detecção de Espiras Curto-Circuitadas
• Método on-line
• Bem estabelecido no mercado para detectar
espiras em curto no enrolamento round rotor
field
• Uma sonda TF é instalada em um pacote do
núcleo do estator para medir a tensão induzida
do fluxo magnético na passagem de cada pólo
pelo sensor
As Espiras do Rotor em Curto
• Indicam falha na isolação no rotor
• Resultam em maior perda elétrica – e assim
reduzindo a potência e eficiência do gerador – ainda
podem limitar a geração da unidade
• Podem resultar em desbalanceamento térmico e
magnético, além de vibrações mecânicas uma vez
que as espiras em curto estarão mais frias
Medições de Fluxo
• Um sensor de fluxo permanentemente instalado
no entreferro da máquina é sensitivo à densidade
de fluxo radial conforme o rotor passa pelo
sensor
• A densidade de fluxo em cada ranhura é uma
função do número de espiras ativas em cada
ranhura, distocida pela densidade do fluxo do
entreferro naquele ponto
• As espiras em curto, resultam na redução da
propagação do fluxo na ranhura afetada
Dificuldades com os Testes
Convencionais Portáteis
• O operador necessita estar presente para coletar
dados em pontos específicos de carga
• A distorção do sinal radial de fluxo é mínima onde a
curva da densidade de fluxo no entreferro atravessa
através de zero – uma função de carga da máquina
• Devem então tomar múltiplas medições em
diversas condições de carga do gerador para a
máxima sensitividade a espiras em curto
A instalação do sensor Total Flux™ Probe
Installation
Composição de sistema
Alimentação
100-240
VAC
RFA II/
Flux Trac II/
Guard
Laptop ou
PC
Fasor para o
Monitoramento
da rotação da
máquina
Caixa Terminal
do Flux Probe
Sensor TF
instalado no
entreferro
Análise de sinal
• Alta magnitude de resolução e conversão A/D em
tempo real
• Medição do fluxo pólo a pólo
• Algoritmos desenvolvidos para reduzira influência
do assimetria do rotor ou estator, variações do
entreferro, etc.
• Caso seja esteja disponível um sensor para detectar
a específica localização durante a rotação (o “key
phasor”), então o número do pólo errático será
identificado
Três algoritmos
-Comparar o pólo com a média de todos os pólos
-Comparar o pólo com seus adjacentes
-Comparar o pólo com os demais de mesma
polaridade
Sinal de fluxo em pólos salientes
Alteração do
Padrão de Fluxo
com as
Alterações de
Carga
Estudo de Caso 1
Estudo de Caso 1
Comparar com a média Comparar com a adjacente
Comparação com entreferro
Gráfico de pólo em curto
Estudo de Caso 2
Estudo de Caso 2
Sumário
• Um sistema aperfeiçoado para detecção de espiras
em curto do rotor foi desenvolvido
• Diagnósticos iniciais de curtos serão possíveis em
qualquer carga, a partir de qualquer sensor de fluxo
• O uso de vários algoritmos eliminam a influência do
entreferro variável nas medições de fluxo
• A detecção de espiras em curto também é possível
em rotores irregulares de pólos salientes
OBRIGADO
Slot
N+1
Probe Output
Slot
N
Slot
N+2
Pole A
Pole B
Time
Shorted Turns
Which Slot is Which?
Lagging
slots
Zero
crossing
Pole face
Quadrature
axis