18ª Seminário Brasileiro de Manutenção Preditiva e Inspeção de Equipamentos

Excelência Empresarial São Paulo 20 e 21 de Junho

de 2012

Eng. Pedro AS Alvares Vitek Consultoria Ltda

Normalização em Testes Elétricos

PdMA

XIX Encontro Vitek de Técnicas Preditivas

Belo Horizonte 08 e 09

de Maio de 2012 Eng. Pedro AS Alvares Vitek Consultoria Ltda

Normalização em Testes Elétricos

PdMA

XIX Encontro Vitek de Técnicas Preditivas

Belo Horizonte 08 e 09

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Belo Horizonte 08 e 09

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XIX Encontro Vitek de Técnicas Preditivas

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de Maio de 2012 Eng. Pedro AS Alvares Vitek Consultoria Ltda

Normalização em Testes Elétricos

PdMA

INTRODUÇÃO

A execução da manutenção de estado em motores elétricos possui grande influência na continuidade operacional destes ativos, conservando sua disponibilidade, confiabilidade e planejamento de operação.

Os procedimentos devem estar alinhados às boas práticas de manutenção e acompanhamento preditivo baseados em parâmetros de avaliação recomendados por normas técnicas.

As aplicações PdMA através dos aparelhos da série Motor Circuit Evaluator, Emax, MCE e MCEmax, apresentam testes referenciados por normas internacionais de ampla aceitação.

EMAX para Teste Dinâmico – Motor em Serviço

MCE para Teste Estático – Motor Desligado

MCEMAX – Combinado (Dinâmico + Estático)

Módulos Especiais No Hardware Módulo 5kv – para motores

de Alta Tensão Análise de Corrente Elétrica

por FFT

No software Função Auto Análise:

Normas IEEE e NEMA Recomendações EASA

MCE, EMAX, MCEMAX

PdMA Corporation

Filosofia de Testes

Zonas de Falha

Estator Isolamento Rotor

Entre Ferro

Qualidade da Alimentação Circuito de

Alimentação

IEEE – Institute of Electric & Electronic Engineering

NEMA – National

Engineering Manufactures Association

EASA – Electrical

Apparatus Service Association

Normalização e Função Auto Análise Função Auto Análise do Software MCEGold permite que os resultados sejam automaticamente analisados por normas técnicas.

IEEE – Maior organização profissional do mundo dedicada ao avanço tecnológico e excelência para o benefício da sociedade. As norma IEEE são aprovadas pela ANSI nas áreas de amplificadores, antenas, circuitos, computadores, TV, conectores, cristais, dielétricos, diodos, geradores, veículos, para-raios, mísseis, motores, microfones, transformadores, transmissão e qualidade de energia, telemetria e muitos outros.

Normalização e Função Auto Análise

NEMA – É uma associação norteamerciana representante dos interesses dos fabricantes de produtos eletroindustriais utilizados na geração, transmissão, distribuição, controle e trabalho por energia elétrica. NEMA representa um fórum para padronização de equipamentos elétricos permitindo à sociedade garantia de eficiência, segurança e compatibilidade.

Normalização e Função Auto Análise

EASA – Associação para o Serviço de Aparelhos Elétricos é uma organização internacional cujo objetivo é indicar materiais, equipamentos e métodos atualizados para serviços, comercialização e reparos de motores, drives, controles e outros equipamentos eletromecânicos.

Normalização e Função Auto Análise

Testes Estáticos PdMA Testes Offline

Condição de Teste: Motor Desligado e Desenergizado

Testes

- Teste Padrão Offline - Absorção e Polarização - Tensão Escalonada - Teste de Influência do Rotor - RIC

Testes Padrão Estático Parâmetros

Resistência ao Aterramento - RTG

Integridade do Isolamento Segurança Operacional

Capacitância ao Aterramento – CTG Capacidade de Armazenar Energia Limpeza das bobinas, enrolamentos e cabos

Resistência Fase a Fase - Ohms

Conexões de alta resistencia no circuito

Indutância Fase a Fase – mili Henry Qualidade do campo indutivo formado pelo Rotor, Estator e EF

Teste de Influência do Rotor – RIC Mudança no campo magnético Comportamento do Rotor, Estator e EF

Teste Padrão Inicial MCE Standard Test

Conexão simples nas ligações do motor

Testes Offline Teste Padrão Estático

Para que serve: revela os principais parâmetros de interesse eletromecânico do motor. Abrange completamente a Zona de Falha do Isolamento e apresenta a condição dos elementos do Campo Indutivo: Rotor, Estator e Entreferro.

Duração: Pelo procedimento normativo. Tempo Total do Teste: 6 minutos aprox.

Referências: Norma IEEE STD 2000 – 43 Norma NEMA MG 1 - 14.35 IEEE 43-1992 – Isolamento de Màquinas El. Rotativas

Melhores Práticas PdMA : Capacitância e Des. Indutivo

Testes Offline Teste Padrão Estático

Para que serve: revela importantes parâmetros de interesse eletromecânico do motor. Abrange completamente a Zona de Falha do Isolamento e revela a qualidade e a condição dos elementos do Campo Indutivo: Rotor, Estator e Entreferro.

Duração: Pelo procedimento normativo um minuto para o RTG. Tempo Total do Teste: 3 minutos aproximadamente,

Referências: Norma IEEE STD 2000 – 43 “ Recommeded Practice for Testing Insulation

Resistance of Rotating Machinery” Recomendações de Serviço EASA AR 100 – Rewind and Repair NEMA MG1 - National Electrical Manufacturers Association - Motors and

Generators

Resultados MCE Testes Padrão Estático

Parâmetros IEEE Resistência ao Aterramento - RTG Res. Aterramento Corrigida

IEEE STD 43 - 2000

TENSÕES DE TESTE IEEE Std 43-2000

Tensão Nominal nas Espiras (V)

Tensão Contínua Aplicada (V)

<1000

500

1000 – 2500

500 – 1000

2501 – 5000

1000 – 2500

5001 – 12,000

2500 – 5000

>12,000

5000 – 10,000

IEEE 43-2000 Table 1

Aplicação de Tensão DC em Testes de Resistência de Isolamento

Testes Offline Teste Padrão Estático

Resistência ao Aterramento - RTG

- Medida em Mohms

- Tensão DC / Tempo [segundos]

- Referência IEEE STD 43-2000

- Detemina se o motor se encontra apto e seguro para a operação

- Segurança Operacional

- Avalia Fuga de Corrente para a Terra

- RTG varia com a temperatura e deve ser corrigido

Efeito da Temperatura no valor RTG

Temperatura é inversamente proporcional ao valor RTG. Aumento da Temperatura diminui valor RTG

10°C de aumento diminui a vida útil do isolamento em 50%

IEEE recomenda que uma correção da temperatura para 40°C deve ser aplicado

Resistance (Mohms)

Temp (°C)

100

50

50 40 30 20 10

Temperature Effect on Insulation Resistance

Correção de Temperatura IEEE Standard 43-2000

Rc = Kt X Rt onde:

Rc = resistencia de isolamento (em

megaohms) corrigido a 40°C Rt = resistencia de isolamento medida

(em megaohms) a uma temperatura t Kt = coeficiente de correção da

temperatura a 40°C dado pela Norma

Resistência Corrigida - RTG

Resistência a Terra - Corrigida

- Corrigida por Temperatura

- Normalizado para

40 °C

- Valor a ser Tendenciado

RTG : Limites Normativos IEEE Std 43 - 2000

IEEE 43-2000 Table 3

Resistencia do Isolamento

Especificação

IR1min = kV + 1 Bobinados construidos antes de 1970 e todos Enrolamentos de Campo DC, e outros não descritos abaixo

IR1min = 100 Maioria dos Motores AC fabricados após 1970, Bobinas Moldadas e Armadura DC

IR1min = 5 Maioria dos motores de enrolamento randomico e concentricos abaixo de 1 kv

Testes Offline Teste Padrão Estático

Resistencia entre Fases

Desbalanceamento Resistivo Electric Power Research Institute - EPRI

Recomendações

Electrical Apparatus Service Association

Testes Offline Teste Padrão Estático

Resistência entre Fases Medida em Ohms Alta precisão % Desequilibrio Resistivo Indica Conexões de Alta Resistencia Curto entre Espiras Curtos nas bobinas Bobinas abertas Componentes inadequados Intervenção deficiente i

Testes Offline Teste Padrão Estático

Resistencia entre Fases EPRI

Desbalanceamento Resistivo

[ % ]

Condição

Recomendações EPRI

< 600 V Monitorar motor mais frequentemente.

3 % ATENÇÃO Identificar e isolar causa. Procure circuitos e

> 600 V conexões de alta resistência. Verifique o circuito

5 %

< 600 V Verificar e corrigir conexões e circuito.

12 % ALARME Repare antes de voltar a serviço.

> 600 V

7 %

Segundo EPRI Desbalanceamento Resistivo > 3,5 % provoca Acréscimo de 25 % na temperatura das bobinas

Testes Offline Teste Padrão Estático

Resistencia entre Fases EASA

Segundo EASA Desbalanceamento de Tensão de 1 %

resulta em Desbalanceamento de Corrente de 6 – 7 % O Desbalanceamento de Tensão encontra-se diretamente relacionado ao Desbalanceamento Resistivo entre Fases.

Vimb = 2/3 (Rmax – Rmin) . FLA X 100 VL - 2/3 (Rmax – Rmin) . FLA

Desequilíbrio Resistivo Resultados PdMA

Acompanhamento da Tendencia do valor da resistencia entre fases previne conexões de alta resistencia no circuito

Testes Padrão Estático Indutância e Campo Indutivo

Indutancia entre Fases

Medida en mili Henry- mH Valor Altamente Sensitivo relacionado ao rendimento do motor. Valor da Indutância Média para Tendencia Valor da Desequilíbrio Indutivo para Diagnóstico

Indutância e Campo Indutivo Capacidade do enrolamento do estator induzir um

campo eletromagnético indutivo no estator e, por conseguinte, gerar torque no eixo do rotor.

- Indutância Fase a Fase [mH] - Desbalanceamento Indutivo [%] - Indutância Média [mH] - Formação do Campo Indutivo - RIC - Depende do numero de espiras, seção,

comprimento e permeabilidade magnética do ferro

L = (0.4 π N2 µA) X 10-8 l

Resultados PdMA Indutância

Campo Indutivo e Indutância

- Medida em mili Henry - mH

- Indutância Fase a Fase [pF]

- Indutância Média [pF]

- Desbalanceamento

Indutivo [%]

- Acompanhamento de Tendências

Testes Offline Indutância e Campo Indutivo

Indutancia entre Fases Indica - Qualidade do Campo Indutivo - Corrente de Fuga - Problemas no Rotor, Estator e Entreferro - Intervenção Comprometida

Indutância e Campo Indutivo

- Procedimentos de Teste:

- IEEE 1415 – 2006

Guide for Induction Machinery Maintenance Testing and Failure Analysis

- IEEE 1415 não recomenda valores absolutos de Alarme

- A realização do Teste de RIC é sugerida para caracterização do Campo Indutivo

PdMA: O acompanhamento da Média Indutiva e do Desbalanceamento Indutivo para diagnóstico.

Teste Offline do Campo Indutivo Teste de Influência do Motor

RIC

IEEE 1415 - 2006

IEEE 1415 - 2006

Campo Indutivo Teste de Influência do Rotor (RIC)

Descrição do Campo Indutivo através da leitura da Indutância versus Ângulo de Posição do Rotor mH x (°)

Realizado manualmente através do giro do eixo

18 Leituras realizadas por uma das faces do polo

Revela a presença de anômalias no Rotor, Estator, e Entre Ferro

Resultados PdMA Teste de RIC

Rotor Saudável Barras Quebradas

Estator Defeituoso Entreferro Desigual

IEEE 1415 - 2006

Efeitos da Contaminação Fatores que alteram o valor do isolamento

Corrente de Fuga Superficial é formada por óleo, carbono ou poeira na parte externa do enrolamento.

Poeira e sais nas superfícies isolantes, que são não condutoras, passam a conduzir quando exposta a óleo causando correntes de fuga.

Contaminação por estes ou outros elementos alteram o valor capacitivo do circuito.

Testes Offline Teste Padrão Estático

Capacitância a Terra - CTG

- Avalia a limpeza no bobinado e no

Circuito -Avalia a capacidade do motor em reter energia

PdMA: - Valor para ser tendenciado - Crescimento de CTG indica presença de contaminantes -Polarização poderá alterar Polarização

Capacitância a Terra – CTG Resultados PdMA

No motor avalia a contaminação nos enrolamentos e limpeza no circuito.

Indica a Capacidade de motor em reter energia.

Efeitos da Contaminação Umidade

A Resistência do Isolamento do motor irá reduzir com a presença de umidade ou óleo

Este efeito irá se agravar se houver contaminantes sólidos presentes.

Este efeito compromete a Polarização do Motor e altera sua capacidade de absorver as correntes de partida.

Testes Offline Indice de Polarização e Absorção Dielétrica

- Mede a habilidade do isolamento para polarizar-se.

- Busca degradação, ressequidade, humidade, ou contaminação do Isolamento do motor.

Índice de Polarização – IP Absorção Dielétrica - AD

Valores quantitavos e adimensionais retirados da leitura da Resistencia do Aterramento – RTG

IP = RTG 10 min / RTG 60 segs IA = RTG 1 min / RTG 30 segs Valores expressam a capacidade do motor em

polarizar e a presença de contaminantes Norma IEEE Std 43 – 2000 recomenda valores para IP

Índice de Polarização – IP Índice de Absorção Dielétrica - IA

Classe Térmica

IP Minimo

Classe A

1.5

Classe B, F e H

2.0

Recomendação Normativa IEEE Std 43 - 2000

Se RTG > 5.000 Mohms no primeiro minuto o IP pode não ser significativo

Índice de Polarização – IP Índice de Absorção Dielétrica - IA

Estado do Isolamento

Indice de Polarização

Índice de Absorção

Ruim < 1 -

Questionável 1 < IP < 2 1 < IA < 1,25 Aceitável 1,25 < IA < 1,4

Bom 2 < IP <4 1 ,4 < IA < 1,6 Muito Bom 4 < IP 1,6 < IA

Recomendações Práticas EASA

Motores antigos com IP > 5 pode indicar isolamento envelhecido ou ressecado

IA para motores de enrolamento randomico e IP para moldados

Testes Offline

Indice de Polarização e Absorção Dielétrica Perfil de Polarização – IP

• PdMA

Medida da Resistência a Terra em períodos de tempo fixo e apresentado por um gráfico RTG [MOhm] versus Tempo [Min]. Revela a qualidade do isolamento e seu possível conteúdo contaminante. Contaminantes alteram IP

Recomendação EASA Em grandes Motores AC com muito tempo de utilização, IP > 5 pode resultar de isolamento ressecado ou envelhecido..

Electrical Apparatus Service Association

Perfil de Polarização

Presença de Contaminantes ou de Umidade altera a qualidade da resposta do motor, favorecendo a queda da resistência

Teste de Indice de Polarização Valor final menor que 400 Mohm

Gráfico errático indicativo de humidade e/ou contaminação

Perfil de Polarização

Presença de Contaminantes ou de Umidade altera a qualidade da resposta do motor, favorecendo a queda da resistência

Testes Offline Teste de Tensão Escalonada

Step Voltage Test

Prova da Rigidez Dielétrica do motor submetido a passos de tensão uniforme em períodos de tempo regulares.

Revela a Corrente de Fuga e a capacidade de trabalho do motor quando submetido a picos de tensão,

Teste de Tensão Escalonada Step Voltage Test

Utilizado como Prova de Aceitação de Motores Elétricos Revela problemas no isolamento como:

Trincas e fissuras Vazios Contaminação Resina não curada Umidade Delaminação O teste é normalizado por IEEE P95 – Recommended Practice for Insulation Testing of AC Electric Machinery with High Direct Voltage

Teste de Tensão Escalonada Step Voltage Test

Aplicação de tenção DC em passos de 125V desde 250V até 1.000V

Resultados mostram a Corrente de Fuga e o comportamento Dielétrico do Motor

IEEE P95

Prova de Tensão Escalonada

Se aplica tensão ao isolamento de modo muito SEGURO

Teste Não Destrutivo

O Stress que recebe o isolamento é muitíssimo menor que um teste Hipot

IEEE P95

Prova de Tensão Escalonada

Resultado não Satisfatório

Teste de Tensão Escalonada Step Voltage Test

Resultado não Satisfatório

TESTES COM MCEmax

TESTES DINÂMICOS Online

Resultados MCEMAX

Testes Dinâmicos Partida e Retomada

Comportamento da corrente e tensão na partida, retomada e serviço

Influência do Estator e do Rotor

Condição do Rotor Análise de barras rotóricas Ecentricidade

Demodulação em FFT Presença de Sinais Mecânicos

Relação Tensão X Corrente Distorção Harmônica Total

Qualidade da Alimentação

Resultados MCEMAX

Testes Dinâmicos Qualidade do Sinal

Fator de Crista

Distorção Harmônico Individual - NEMA Qualidade da Alimentação e Reclassificação Relações Tensão X Corrente

Demodulação em FFT Presença de Sinais Mecânicos

Distorção Harmônica Total e Individual

Qualidade da Alimentação

Testes Online Teste da Alimentação

Para que serve: revela os principais parâmetros dinâmicos do motor em serviço e com carga. Através dos valores medidos de Tensão e Corrente, e dos dados de projeto cadastrado, revela a real eficiência, potência e, por processamento, a assinatura da corrente elétrica. Abrange as áreas da Qualidade da Alimentação e o estado de funciomento do Rotor, Estator e Entreferro.

Condição: Carga > 70% FLA Duração: 4 segundos de captura do sinal

60 segundos de demodulação

Referências: Norma NEMA MG 1 - 14.35 IEEE Std 519-1992 – Harmonic Control

Qualidade da Alimentação

Qualidade da Alimentação = Qualidade da Tensão Qualidade da Tensão afeta a performance do Motor Desbalanceamento de Tensão Fase a Fase

NEMA MG-1 Recommendations 1% Desbal. Tensão = 6-7% Desbal. Corrente

Tensão de Alimentação vs. Tensão de Placa Baixa vs. Alta

Harmonicas IEEE Voltage Distortion Limits NEMA MG-1 Recommendations

Teste de Alimentação PdMA Resultados

Fund RMS Tot RMS C.F THD kW kVar kVA PfVoltage 1-2 376.49 472.93 1.57 28.14 Phase 1 93.32 162.95 187.78 0.82Voltage 2-3 355.05 436.95 1.66 27.68 Phase 2 66.57 162.82 175.91 0.58Voltage 1-3 343.07 442.51 1.64 30.85 Phase 3 51.96 112.43 123.85 0.76

Average 358.20 450.80 Total 211.85 438.20 487.54 0.72% Imbalance 5.11 4.91 HVF 0.04 Pow er Sequence 211.85 202.58 293.12 0.72

%NEMA Derating 74.70 %NEMA Derating 98.42Efficiency

Voltage 1 212.89 319.99 1.68 51.40Voltage 2 222.05 320.67 1.55 48.01 Efficiency 95.72Voltage 3 185.03 309.06 1.70 65.15 HP Output 271.98Average 206.66 316.58 kW Output 202.78

% Imbalance 10.46 2.37 Torque Output 1595.54

Current Sequence

Current 1 537.50 586.83 1.99 18.24 Positive Negative ZeroCurrent 2 513.28 548.55 1.93 15.41 Volt Phase-Phase 357.93 19.70 0.00Current 3 367.46 400.74 1.74 20.28 Volt Phase-Neutral 206.65 11.37 11.04Average 472.75 512.04 Current 467.90 100.99 0.20

% Imbalance 22.27 21.74% FLA 78.66 85.20

Self Angle Mutual AngleImpedance Zero 0.44 43.30 0.45 282.62

Positive 0.07 265.25 0.10 47.74Real Magnitude Angle Negative 0.01 11.82 0.04 126.72

Phase 1 0.32 0.40 35.36Phase 2 0.25 0.43 54.26 Phase Configuration Line to Neutral 120 DegreePhase 3 0.38 0.50 40.16 Phase Rotation Clockw ise

% Imbalance 21.08

Presença de Cargas Não Lineares: FVD

Teste de Alimentação PdMA

Página de Resultados - Results

Tensão Fase a Fase

Corrente Fase a Fase

Tensão Média

Desbalanceamento Tensão

Tensão Fase Neutro

Impedância Fase a Fase

Média

Desbalanceamento

% Corrente Plena Carga

Desbalanceamento

TESTE PADRÃO DINÂMICO Página de Resultados - Results

Fator de Crista

Conteúdo Harmônico Total - IEEE

Potência

Fatores de Potência

Eficiência e Torque

EMAX

Limites de Tensão THD IEEE Std 519-1992

Nota: Sistema Geral, Harmônica Individual : Limite < 3%

Aplicações Especiais

Sistemas Gerais

Sistemas Dedicados

Tensão THD

3% 5% 10%

Profundidade de Fenda 10% 20% 50%

NEMA MG-1

Harmonic Voltage Factor (HVF) NEMA MG-1

Reclassificação de Potência de Motores relacionado ao Desbalanceamento de Tensão

Harmônicas de Sequencias Negativas produz rotação do fluxo magnético oposto à operação do motor.

Reclassificação não se aplica a Inversores de Frequencia.

Corrente Senoidal a 53.21Hz

Tensão e Corrente no Tempo

Corrente Senoidal a 53.19Hz

Tensão Senoidal a 53.19Hz

Interpretações Analíticas Assinatura da Corrente Elétrica

CSA

Estudo analítico das componentes de frequencia contidas no sinal da Corrente Elétrica, com a finalidade de identificar possíveis anomalias no seu interior.

-120

-100

-80

-60

-40

-20

046 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Amplitude (dB)

Frequency (Hz)

Low Res Spectrum (dB) -- 2A PULV SEAL AIR FAN 07/15/2002 02:04:57 PM

I 1I 2I 3x

Teste Online – CSA

Estado do Rotor

Assinatura da Corrente Elétrica - CSA Barras Quebradas

Teste Online – CSA Estado do Rotor

X

OBRIGADO A TODOS