Detecção de Espiras em Curto do Rotor

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1 Detecção de Espiras em Curto do Rotor

2 Off-line Unidade fora de serviço Custo moderado / alto Sem geração / processo Enrolamento frio Sem vibrações Fonte de alimentação para os testes requerida Off-line vs On-Line On-line Unidade em serviço Baixo / zero custo Condições nominais presentes (tensão, temperatura e vibrações) Não requer equipamento extra Forças centrífugas presente

3 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

4 Tensão nas Espiras Grande Turbogerador: 5 a 15 volts por espira Turbogerador de kva, 3600 rpm: 0.52 volts por espira Hidrogerador de kva, 100 rpm: 0.16 volts por espira Motor de 800HP, 1200 rpm motor: volts por espira A isolação da espiras está sujeita a altos transientes de tensão

5 Corte de seção em um gerador de 2 pólos

6 Corte de seção em um gerador de 4 pólos

7 Corte de seção em um gerador de 12 pólos

8 Processos de agentes deteriorantes do Térmicos Ambientais Mecânicos Enrolamento do Rotor Processo de deterioração usualmente tomam muitos anos antes da falha (ou mesmo décadas)

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 A instalação do sensor Total Flux Probe Installation

18 Alimentação VAC Composição de sistema RFA II/ Flux Trac II/ Guard Fasor para o Monitoramento da rotação da máquina Caixa Terminal do Flux Probe Laptop ou PC Sensor TF instalado no entreferro

19 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

20 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

21 Sinal de fluxo em pólos salientes

22 Alteração do Padrão de Fluxo com as Alterações de Carga

23 Estudo de Caso 1

24 Estudo de Caso 1 Comparar com a média Comparar com a adjacente

25 Comparação com entreferro

26 Gráfico de pólo em curto

27 Estudo de Caso 2

28 Estudo de Caso 2

29 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

30 Probe Output Slot N Slot N+1 Slot N+2 Pole A Pole B Shorted Turns Time

31 Which Slot is Which? Zero crossing Lagging slots Pole face Quadrature axis

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