Detecção de Espiras em Curto do Rotor

Off-line vs On-Line Off-line

• Unidade fora de serviço

• Custo moderado / alto

• Sem geração / processo

• Enrolamento frio

• Sem vibrações

• Fonte de alimentação para os testes requerida

On-line

• Unidade em serviço

• Baixo / zero custo

• Condições nominais presentes (tensão, temperatura e vibrações)

• Não requer equipamento extra

• Forças centrífugas presente

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

Laptop ou

PC

RFA II/

Flux Trac II/

Guard

Alimentação

100-240

VAC

Sensor TF

instalado no

entreferro

Caixa Terminal

do Flux Probe

Fasor para o

Monitoramento

da rotação da

máquina

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

-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

Três algoritmos

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

Slot

N+1

Slot

N+2

Shorted TurnsP

rob

e O

utp

ut

Time

Pole A

Pole B

Which Slot is Which?

Zero crossing

Pole face

Lagging slots

Quadrature axis