BR102017018867B1

BR102017018867B1 - Processos on-line para monitoramento, acompanhamento e indicação dos mecanismos de degradação do isolamento e proteção instantânea contra sobrecorrente de fuga à terra para motores de indução trifásicos

Info

Publication number: BR102017018867B1
Application number: BR102017018867-1A
Authority: BR
Inventors: Armando Souza Guedes; Sidelmo Magalhães Silva
Original assignee: Fundação De Amparo À Pesquisa Do Estado De Minas Gerais - Fapemig; Universidade Federal De Minas Gerais
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2023-05-16
Also published as: BR102017018867A2

Abstract

O presente pedido de patente aplica-se a motores de indução trifásicos (MIT) e descreve os processos para a indicação de mecanismos de degradação do isolamento, o monitoramento e o acompanhamento preditivo da degradação do isolamento, além da proteção instantânea contra sobrecorrente de fuga à terra. Os processos propostos podem ser aplicados com o MIT em funcionamento (on-line). A tecnologia proposta utiliza um Transformador de Corrente de Alta Sensibilidade (TCAS) para medir a corrente diferencial entre as três fases do motor (corrente de fuga do isolamento I_L) e um transformador de potencial (TP) para medir a tensão em uma das fases; a partir destas medidas e da aplicação dos processos propostos é possível indicar se o mecanismo de degradação de isolamento está associado à umidade, temperaturas elevadas, contaminação por óleo ou sujeiras e também permite acompanhar de forma preditiva a situação do isolamento, além de propiciar uma proteção instantânea contra sobrecorrente de fuga à terra com maior sensibilidade. É possível ressaltar as seguintes vantagens da tecnologia: emprego em motores de baixa tensão (BT) e média tensão (MT) com 6 ou 3 terminais de ligação, facilidade e rapidez de instalação em motores novos ou que já estão em operação, utiliza somente um TCAS de forma não invasiva, não influencia na operação ou modo de falha do motor e dispensa a instalação de TP?s adicionais. A tecnologia aplica-se em motores trifásicos de baixa e média tensão presentes em diversos processos.

Description

[01] O presente pedido de patente aplica-se a motores de indução trifásicos (MIT) e descreve os processos para a indicação de mecanismos de degradação do isolamento, o monitoramento e o acompanhamento preditivo da degradação do isolamento, além da proteção instantânea contra sobrecorrente de fuga à terra. Os processos propostos podem ser aplicados com o MIT em funcionamento (on-line). A tecnologia proposta utiliza um Transformador de Corrente de Alta Sensibilidade (TCAS) para medir a corrente diferencial entre as três fases do motor (corrente de fuga do isolamento IL) e um transformador de potencial (TP) para medir a tensão em uma das fases; a partir destas medidas e da aplicação dos processos propostos é possível indicar se o mecanismo de degradação de isolamento está associado à umidade, temperaturas elevadas, contaminação por óleo ou sujeiras e também permite acompanhar de forma preditiva a situação do isolamento, além de propiciar uma proteção instantânea contra sobrecorrente de fuga à terra com maior sensibilidade. É possível ressaltar as seguintes vantagens da tecnologia: emprego em motores de baixa tensão (BT) e média tensão (MT) com 6 ou 3 terminais de ligação, facilidade e rapidez de instalação em motores novos ou que já estão em operação, utiliza somente um TCAS de forma não invasiva, não influencia na operação ou modo de falha do motor e dispensa a instalação de TP’s adicionais. A tecnologia aplica-se em motores trifásicos de baixa e média tensão presentes em diversos processos, por exemplo, os processos produtivos industriais, tais como os relacionados a petróleo e gás, energia, mineração, automobilística, etc.

[02] Younsi e Lee propuseram um sistema de monitoramento on-line para avaliação do estado do isolamento de MITs de MT baseado na medição da corrente de fuga (IL - Leakage Current). A corrente de fuga diferencial é medida por fase com a utilização de três Transformadores Corrente de Alta Sensibilidade (TCAS) - no inglês: High Sensitivity Current Transformers (HSCTs). Nessa técnica é necessário que o motor tenha disponível os 6 terminais na sua caixa de ligação e no cubículo para que seja possível a instalação dos HSCTs (S. B. Lee, J. Yang, K. Younsi, R. Bharadwaj, An Online Groundwall and Phase to Phase Insulation Quality Assessment Technique for AC Machine Stator Windings, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 42, (2006) 946-957. doi:10.1109/TIA.2006.876077.), (S. B. Lee, K. Younsi, G. B. Kliman, An On-line Technique for Monitoring the Insulation Condition of AC Machine Stator Windings, IEEE International Electrical Machines and Drives Conference, (2005) 286-294. doi:10.1109/IEMDC.2005.195736.) e (K. Younsi, P. Neti, M. Shah, J. Y. Zhou, J. Krahn, K. Weeber, D. Whitefield, Online Capacitance and Dissipation Factor Monitoring of AC Motor Stator Insulation, IEEE International Power Modulation and High Voltage Conference (IPMHVC), (2010) 530-533. doi:10.1109/IPMHVC.2010.5958411.).

[03] Um sistema semelhante à proposta de Younsi e Lee foi idealizada e, atualmente é comercializado, pela empresa americana Bently Nevada pertencente a General Electric (GE), é o sistema MSIM (Motor Stator Insulation Monitor). O MSIM apresenta uma arquitetura de medição contendo 3 HSTC’s. Entretanto, a proposta do fabricante menciona a aplicação do sistema apenas para MITs de MT e potência entre 1000 e 6000cv.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[04] FIGURA 1 - A figura 1 mostra o circuito equivalente simplificado para avaliação do isolamento a partir da medição da corrente 10 (componente de sequência zero para determinação de IL), estão representados também as correntes de fase do motor (Ia, Ib e Ic) somadas às parcelas das correntes de fuga respectivamente (IaL, IbL e IcL), o cubículo/derramador (1), a caixa de terminais do MIT (2), Transformador de Corrente de Alta Sensibilidade TCAS (3), o transformador de potencial TP (4), o MIT contendo em seu interior os enrolamentos (5) e o ponto de ligação com as fases A, B e C (6).

[05] FIGURA 2 - A Figura 2 apresenta o circuito equivalente simplificado para a avaliação do estado do isolamento do motor a partir de 10. Estão representadas as tensões nas fases A, B e C (Ua, Ub e Uc), as correntes de fase do motor (Ia, Ib e Ic) somadas às parcelas das correntes de fuga respectivamente (IaL, ibL e icL), as correntes de fuga (IL-ag, iL_bg e iL_cg) que circulam pelas respectivas resistências (Rag, Rbg e Rcg) e capacitâncias (Cag, Cbg e Ccg) até à terra.

[06] FIGURA 3 - A Figura 3 exibe uma representação gráfica da decomposição das parcelas de corrente resistiva (I0R) e capacitiva (I0C) da corrente 10 em 3(a) e 3(b). No diagrama estão representadas também, as tensões nas fases A, B e C (Ua, Ub e Uc), as correntes de fuga na forma de suas componentes resistivas e capacitivas em cada fase (IaL-R, IÒL-R e IcL-R) e (IaL-c, IbL-c e IcL-c). Em 3(a) e 3(b), são vistos o ângulo (θ0) da corrente 10 em relação a tensão da fase Ua. Em 3(C) é visto o ângulo (y) entre as componentes I0a e I0R e, M indica o sentido de giro dos fasores de tensão.

[07] FIGURA 4 - A Figura 4 apresenta os diagramas fasoriais das grandezas elétricas do circuito da figura 3 juntamente com uma representação da decomposição das parcelas de corrente resistiva (I0R) e capacitiva (I0C) da corrente 10 em 4(a) e 4(b). Utilizando-se o referencial ortogonal α-β e evidenciando as correntes I0a-R, I0a-C, I0β-R, I0β-C em 4(c), é determinada 10 a partir de I0a e lQβ.

[08] FIGURA 5 - A Figura 5 apresenta os diagramas fasoriais da Figura 4 para uma condição de defeito/falha em cada uma das fases do motor. A Figura 5 explicita o ângulo (00) da corrente/0 em relação a tensão dta fase Ua, as relações entre I0a, I0β, as parcelas de corrente resistiva (I0R) e capacitiva (I0C) e as correntes de fuga na forma de suas componentes resistivas e capacitivas em cada fase (IaL-R, IbL-R e IcL-R) e (IaL-c, IbL-c e IcL-c). Em 5(a), 5(b) e 5(c) estão evidenciados os intervalos do ângulo (00) que indicam a fase (A, B ou C) que apresenta o processo de degradação do isolamento.

[09] FIGURA 6 - A Figura 6 apresenta as curvas do ensaio de envelhecimento acelerado de um MIT de BT. Em 6(a) tem-se a evolução das correntes resistiva IR (linha azul) e capacitiva Ic (linha vermelha). Em 6(b) está representado o Fator de Dissipação (FD) ao longo do ensaio.

[010] FIGURA 7 - A Figura 7 apresentas as curvas do ensaio de absorção de umidade de um MIT de BT. Em 7(a) tem-se a evolução das correntes IR (linha azul) e Ic (linha vermelha). Em 7(b) está representado o FD ao longo do ensaio.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA TECNOLOGIA

[011] O presente pedido de patente aplica-se a motores de indução trifásicos (MIT) e descreve os processos para a indicação do mecanismo de degradação do isolamento, o monitoramento e o acompanhamento preditivo da degradação do isolamento, além da proteção instantânea contra sobrecorrente de fuga à terra. A tecnologia proposta utiliza um Transformador de Corrente de Alta Sensibilidade (TCAS) para medir a corrente diferencial entre as três fases do motor (corrente de fuga do isolamento IL) e um transformador de potencial (TP) para medir a tensão em uma das fases.

[012] Os processos apresentados baseiam-se na decomposição da componente da corrente de sequência zero (10) obtida a partir da medição da corrente diferencial entre as três fases. A Figura 1 apresenta conceitualmente o circuito proposto. A corrente medida pelo TCAS é a soma fasorial das correntes de fase do motor (Ia, Ib e Ic) somadas às parcelas das correntes de fuga respectivamente (IaL, IbL e IcL). Como o circuito do motor é equilibrado, as correntes de fase serão equilibradas e se anularão. Assim, a corrente medida pelo sensor será devida às correntes de fuga por fase.

[013] A Figura 2 mostra o circuito equivalente simplificado para avaliação do isolamento a partir da medição da corrente 10. As correntes de fuga por fase podem ser decompostas em uma parcela resistiva (Ia,b,CL-R) e uma capacitiva (Ia,b,CL-c)• A corrente 10 pode ser escrita em termos destas componentes como:

[014] A Figura 3 mostra a decomposição fasorial das correntes de fuga por fase. A Figura 3(a) mostra a contribuição das correntes que estão em fase com a tensão, representado a parcela resistiva do isolamento, que somadas, resultam na corrente I0R. A Figura 3(b) mostra as correntes adiantadas 900 em relação à tensão, representado a parcela de corrente capacitiva do isolamento, cuja soma resulta na corrente I0C. A Figura 3(c) mostra que, a partir da soma I0R + I0C, a corrente 10 pode ser obtida.

[015] As correntes I0R e I0C podem ser escritas utilizando-se o referencial a- β. A Figura 6 mostra como pode ser realizada a decomposição. A Figura 4(a) e (b) mostra que as correntes I0R e I0C podem ser expressas em função de suas componentes no eixo α-β. A Figura 4(c) mostra que a soma das componentes nos respectivos eixos a-β também resulta na corrente 10.

[016] As correntes I0a-R, l0a-c, I0β-R, l0β-c podem ser expressas em função dos módulos das suas respectivas correntes de fuga por fase como:

[017] O módulo da corrente 10 pode ser escrito em função das suas componentes no eixo α-β como:

[018] As equações (9) e (10) mostra que existe um acoplamento entre as parcelas de corrente resistiva e capacitiva que determinam as componentes do módulo de 10 nos eixos α-β. Substituindo as equações (4), (5), (6) e (7) nas equações (9) e (10), pode-se expressar as correntes I0a e I0β como:

[019] A análise da Figura 4(c) mostra que o acoplamento existente entre as componentes é devido às contribuições de correntes de fuga das demais fases. Num processo de degradação do isolamento o ângulo Φ (ângulo entre as componentes I0a e I0R) tenderá a zero, pois é esperado que uma das fases apresente um processo mais acelerado para falha. Assim, as seguintes relações passam a ser válidas:

[020] No levantamento realizado na Refinaria Duque de Caxias (REDUC) (Levantamento de Dados de Manutenção de Motores na REDUC- Petrobras, Acesso Restrito, Contrato: AE06SMPR14, 2015), as falhas relacionadas ao baixo isolamento em uma das fases dos motores estão em torno de 80% para motores de baixa e média tensão. Desta forma, para avaliação da condição do isolamento por meio da corrente 10, é adotada a condição que apenas uma das fases terá seu isolamento afetado por vez. Assim, pela medição de 10 e do seu ângulo θ0 em relação à tensão da fase Ua, é possível à decomposição das correntes I0R e I0C para avaliação do estado do isolamento.

[021] A partir da consideração anterior, pode-se, através do ângulo θ0, identificar qual a fase está tendo seu isolamento afetado. A Figura 5 mostra as possíveis regiões da localização de θ0 e a respectiva fase em processo de degradação do isolamento.

[022] Com a identificação da fase em processo de degradação do isolamento, as equações (11) e (12) podem ser simplificadas e expressas em função das suas componentes de fase. Assim, as correntes resistiva IR e capacitiva Ic do isolamento também podem ser escritas em função destas componentes:

[023] Para fase a: 0 < θ0< 90° e IaL >> IbL e IaL >> icL:

[024] Para fase-b: 240° < θ0< 330° e IbL >> IaL e IbL >> icL:

[025] Para fase c: 120° < θ0 < 210° e 1^ >> laL e 1^ >> IbL:

[026] A partir as decomposições obtidas pelas equações 15 a 20, é possível determinar a Resistência (Req), Capacitância (Ceq) e Fator de Dissipação (FDeq) equivalentes.

[027] Onde UN é a tensão fase-terra nominal, incluindo a tensão na fase a (Ua).

[028] A partir das variações da Req, Ceq e do FDeq, obtidas de forma online com auxílio das equações (21), (22) e (23), é também possível determinar o mecanismo de degradação do isolamento. A Tabela 1 resume os limites de variações da Ceq(p.u.) e do FDeq(p.u.), em (p.u. por unidade) para determinação deste diagnóstico. Tabela 1 - Intervalos de variação de Ceq(p.u.) e do FDeq(p.u.') para determinação do mecanismo de degradação do isolamento on-line.

[029] O acompanhamento preditivo do isolamento é realizado através do acompanhamento da corrente resistiva IR e/ou da resistência de isolamento equivalente (Req). Caso os valores da resistência do isolamento equivalente alcance os valores de Req < 5MΩ. para motores de baixa tensão, ou Req < 100MΩ para motores de media tensão, um alarme é sinalizado para usuário diagnosticando que a resistência de isolamento (R^ do motor alcançou o valor mínimo recomendado pelo IEEE-43 (IEEE Standard 43: Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Electric Machinery, 2nd Edition, IEEE, 2013.). O usuário pode programar alarmes com valores superiores de resistência de isolamento Rj para um acompanhamento preditivo mais efetivo.

[030] Por fim, é implementado um novo método para proteção de fuga à terra ANSI 50GS (ANSI IEEE Standard C37.2: Electrical Power System Device Function Numbers, Acronyms, and Contact Designations, 2nd Edition, IEEE, 2008). A possibilidade da medição da corrente de fuga do isolamento com alta sensibilidade acarreta no desligamento do motor antes de uma falha catastrófica do seu isolamento. A proteção pode ser ajustada para desligamento (TRIP) do motor quando IR > 2mA, funcionando satisfatoriamente.

[031] Com base nas decomposições obtidas pelas equações 15 a 20, o que possibilita o cálculo da Resistência (Req), Capacitância (Ceq) e Fator de Dissipação (FDeq) equivalentes, e levando-se em conta os dados da Tabela 1 e os critérios baseados em resistência de isolamento (Rj) para acompanhamento preditivo do isolamento, além de um método para proteção de fuga à terra de forma equivalente à ANSI 50GS, apresenta-se os processos:

[032] O processo on-line para monitoramento da degradação do isolamento e indicação de mecanismo de degradação do isolamento para motores de indução trifásicos compreende as seguintes etapas: a) medir o valor instantâneo da corrente diferencial entre fases do motor 10 através de um sensor de corrente de alta sensibilidade; b) medir o valor instantâneo da tensão Ua (tensão na fase a) através do TP; c) determinar o ângulo (θ0) da corrente 10 em relação a Ua (tensão da fase a); d) determinar os valores eficazes de Ua e 10; e) identificar a fase (a, b ou c) cujo isolamento está em processo de degradação e calcular as componentes capacitiva (Ic) e resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação por meio da aplicação dos seguintes critérios: - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 0o< 00<90°, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase a; Calcular IR e Ic por meio das expressões (15) e (16), respectivamente; - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 24Oo<00 <330o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase b; Calcular IR e Ic por meio das expressões (17) e (18), respectivamente; - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 120o<£0 <210o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase c; Calcular IR e Ic por meio das expressões (19) e (20), respectivamente; - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" não estiver compreendido nos intervalos apresentados, descartar a medição; g) se a degradação do isolamento for identificada na etapa "e", utilizar os valores calculados de IR e Ic para determinar a capacitância (Ceq) e Fator de Dissipação (FDeq) equivalentes por meio das expressões (22) e (23), respectivamente; Transformar os resultados obtidos em unidades p.u. (por unidade); Tomar como base comparativa da análise os primeiros valores medidos (5 medições) e realizar a comparação com os próximos valores para determinação da variação em p.u. da CgqÇp.u.') e do FDeq(p.u.); Exemplo: o valor de Ceq(1) a Ceq(5') « 1nF (primeiras 5 medições de capacitância equivalente) e Ceq(10) « 1,5nF (décima medição), então a variação em p.u. será Ceq(p.u.) « Ceq(10)/Ceq(1) « 1,5; O valor em p.u. obtido é que será utilizado para avaliação do mecanismo de degradação do isolamento; h) identificar o mecanismo de degradação do isolamento utilizando os valores de Capacitância (Ceq(p.u.)) e Fator de Dissipação (FOeq(p.u.)) equivalentes, em p.u., calculados na etapa "g" por meio da comparação com os seguintes critérios de identificação: - se 0,9<Ceq(p.u.)<1,1 e 0,9<FOeq(p.u.)<1,5, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: ausente, o estado do isolamento encontra-se muito bom; - se Ceq(p.u)>2,0 e 1,5< FDeq(p.u.')<5, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: causado por umidade; - se 1,1<Ceq(p.u)<2,0 e FDeq(p.u.')≥8,0, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: causado por óleo/sujeira; - se Ceq(p.u)≤0,9 e 1,5<FDeq(p.u.')<5, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: causado por elevação excessiva de temperatura.

[033] O processo on-line para o acompanhamento preditivo da degradação do isolamento para motores de indução trifásicos por compreende as seguintes etapas: a) medir o valor instantâneo da corrente diferencial entre fases do motor 10 através de um sensor de corrente de alta sensibilidade; b) medir o valor instantâneo da tensão Ua (tensão na fase a) através do TP; c) determinar o ângulo (00) da corrente 10 em relação a Ua (tensão da fase a); d) determinar os valores eficazes de Ua e 10; e) identificar a fase (a, b ou c) cujo isolamento está em processo de degradação e calcular a componente resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação por meio da aplicação dos seguintes critérios: - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: O°<00 <90o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase a, calcular IR por meio da expressão (15); - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 24Oo<00 <330o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase b, calcular IR por meio da expressão (17); - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 12Oo<00 <210o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase c, calcular IR por meio da expressão (19); - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" não estiver compreendido nos intervalos apresentados, descartar a medição; g) se a degradação do isolamento for identificada na etapa "e", utilizar o valor calculado de IR para determinar a Resistência Equivalente (Req) por meio da expressão (21); h) emitir alarme indicativo da degradação do isolamento por meio da comparação do valor da resistência equivalente (Req), calculado na etapa "g", com os seguintes critérios de identificação: - se o motor de indução trifásico a ser acompanhado é de baixa tensão e Req<5MQ, emitir alarme indicando a presença de mecanismo de degradação do isolamento; - se o motor de indução trifásico a ser acompanhado é de média tensão e Req<100MQ, emitir alarme indicando a presença de mecanismo de degradação do isolamento.

[034] O processo on-line para proteção instantânea de motores de indução trifásicos contra sobrecorrente de fuga à terra compreende as seguintes etapas: a) medir o valor instantâneo da corrente diferencial entre fases do motor 10 através de um sensor de corrente de alta sensibilidade; b) medir o valor instantâneo da tensão Ua (tensão na fase a) através do TP; c) determinar o ângulo (00) da corrente 10 em relação a Ua (tensão da fase a); d) determinar os valores eficazes de Ua e 10; e) identificar a fase (a, b ou c) cujo isolamento está em processo de degradação e calcular a componente resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação por meio da aplicação dos seguintes critérios: f) se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: Oo<00 <90o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase a, calcular IR por meio da expressão (15); - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 24Oo<00 <330o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase b, calcular IR por meio da expressão (17); - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 12Oo<00 <210o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase c, calcular IR por meio da expressão (19); - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" não estiver compreendido nos intervalos apresentados, descartar a medição; g) se a degradação do isolamento for identificada na etapa "e", utilizar o valor calculado de IR para realizar a proteção instantânea do Motor de Indução Trifásico contra sobrecorrente de fuga à terra por meio da aplicação do seguinte critério: - se no motor de indução trifásico a ser protegido a componente resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação for superior a 2mA, efetuar o desligamento instantâneo do motor.

[035] A invenção pode ser mais bem compreendida por meio do exemplo abaixo, não limitante a:

Exemplo 1 - Ensaio de envelhecimento acelerado e absorção de umidade de um MIT de BT.

[036] A Figura 6 mostra os resultados dos testes de envelhecimento acelerado para um MIT de BT. O isolamento do motor foi submetido a uma temperatura constante de 2000C até a sua falha intencional (aproximadamente 800 horas). O ensaio de envelhecimento reproduz o processo de degradação do isolamento devido à ação da temperatura.

[037] A Figura 6(a) mostra o comportamento das correntes IR e Ic ao longo do ensaio. Como esperado a corrente capacitiva Ic quase não sofre variação, permanecendo praticamente constante e apresentando redução com a acentuação do processo de falha (em torno de 500 horas). A corrente Ic é reduzida em função da secagem e do preenchimento de ar nos espaços vazios do isolamento que, de forma geral, reduz a sua capacitância.

[038] A perda da característica isolante é percebida pelo aumento da corrente resistiva IR observada na Figura 6(a) e do aumento substancial do Fator de Dissipação (FD). O aumento destas grandezas, que possui comportamentos quase análogos, evidencia a perda da característica dielétrica do isolamento devido à ação da temperatura.

[039] A Figura 7 mostra os resultados dos testes de um MIT de BT submetido à absorção de umidade. Este efeito foi obtido pela injeção de uma névoa de água no isolamento do motor por aproximadamente 90 horas. O objetivo deste ensaio é reproduzir o efeito de absorção de água pelo isolamento.

[040] A Figura 7(a) mostra a evolução das correntes IR e Ic e, a Figura 7(b), apresenta o FD ao longo do ensaio. A corrente Ic aumenta de forma semelhante a corrente IR, sendo seu módulo ligeiramente inferior. Como esperado, o FD aumenta pouco, pois neste caso, ao contrário do mecanismo de degradação térmica, a corrente Ic aumenta de forma semelhante a corrente IR aumentando pouco o FD.

[041] No mecanismo de absorção de umidade os espaços vazios do isolamento são preenchidos pelas moléculas de água que alteram substancialmente as características dielétricas do material. Nota-se que o processo de absorção de umidade é rápido devido à característica higroscópica do isolamento (poder de absorção de umidade). Assim, os processos propostos apresentaram-se eficazes para o acompanhamento preditivo desta falha, pois o desligamento do motor ocorreu antes da falha total do isolamento.

[042] Testes iniciais comprovaram que o mecanismo de degradação devido a óleo/sujeira é semelhante ao mecanismo de absorção de umidade. Ocorre aumento das correntes IR e Ic e do FD, entretanto, este efeito é mais lento. Outro aspecto observado é que a corrente capacitiva aumenta de forma menos acentuada acarretando num valor de FD ligeiramente maior.

[043] Os testes da tecnologia mostram excelentes resultados para a medição e acompanhamento preditivo de falhas, classificação do mecanismo de degradação e proteção do isolamento de MITs de BT e MT.

Claims

1. PROCESSO ON-LINE PARA MONITORAMENTO DA DEGRADAÇÃO DO ISOLAMENTO E INDICAÇÃO DE MECANISMO DE DEGRADAÇÃO DO ISOLAMENTO PARA MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) medir o valor instantâneo da corrente diferencial entre fases do motor 10 através de um sensor de corrente de alta sensibilidade; b) medir o valor instantâneo da tensão Ua (tensão na fase a) através do TP; c) determinar o ângulo (00) da corrente 10 em relação a Ua (tensão da fase a); d) determinar os valores eficazes de Ua e 10; e) identificar a fase (a, b ou c) cujo isolamento está em processo de degradação e calcular as componentes capacitiva (Ic) e resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação por meio da aplicação dos seguintes critérios: - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 0o< 00<9Oo, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase a. Calcular IR e Ic por meio das expressões (15) e (16), respectivamente; - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 24Oo<00 <330o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase b. Calcular IR e Ic por meio das expressões (17) e (18), respectivamente; - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 12Oo<00 <210o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase c. Calcular IR e Ic por meio das expressões (19) e (20), respectivamente; - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" não estiver compreendido nos intervalos apresentados, descartar a medição; g) se a degradação do isolamento for identificada na etapa "e", utilizar os valores calculados de IR e Ic para determinar a capacitância (Ceq) e Fator de Dissipação (FDeq) equivalentes por meio das expressões (22) e (23), respectivamente. Transformar os resultados obtidos em unidades p.u. (por unidade). Tomar como base comparativa da análise os primeiros valores medidos (5 medições) e realizar a comparação com os próximos valores para determinação da variação em p.u. da Ceq(p.u.) e do FDeq(p.u.); h) identificar o mecanismo de degradação do isolamento utilizando os valores de Capacitância (Ceq(p.u.)) e Fator de Dissipação (FDeq(p.u.)) equivalentes, em p.u., calculados na etapa "g" por meio da comparação com os seguintes critérios de identificação: - se 0,9<Ceq(p.u.)<1,1 e 0,9<FDeq(p.u.)<1,5, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: ausente, o estado do isolamento encontra-se muito bom; - se Ceq(p.u)>2,0 e 1,5< FDeq(p.u.')<5, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: causado por umidade; - se 1,1<Ceq(p.u)<2,0 e FDeq(p.u.')≥8,0, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: causado por óleo/sujeira; - se Ceq(p.u)≤0,9 e 1,5<FDeq(p.u.')<5, indicar o mecanismo de degradação do isolamento como: causado por elevação excessiva de temperatura.

2. PROCESSO ON-LINE PARA ACOMPANHAMENTO PREDITIVO DA DEGRADAÇÃO DO ISOLAMENTO PARA MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) medir o valor instantâneo da corrente diferencial entre fases do motor 10 através de um sensor de corrente de alta sensibilidade; b) medir o valor instantâneo da tensão Ua (tensão na fase a) através do TP; c) determinar o ângulo (θ0) da corrente 10 em relação a Ua (tensão da fase a); d) determinar os valores eficazes de Ua e 10; e) identificar a fase (a, b ou c) cujo isolamento está em processo de degradação e calcular a componente resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação por meio da aplicação dos seguintes critérios: - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 0°<00 <90o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase a, calcular IR por meio da expressão (15); - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 24Oo<00 <330o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase b, calcular IR por meio da expressão (17); - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 120o<£0 <210o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase c, calcular IR por meio da expressão (19); - se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" não estiver compreendido nos intervalos apresentados, descartar a medição; g) se a degradação do isolamento for identificada na etapa "e", utilizar o valor calculado de IR para determinar a Resistência Equivalente (Req) por meio da expressão (21); h) emitir alarme indicativo da degradação do isolamento por meio da comparação do valor da resistência equivalente (Req), calculado na etapa "g", com os seguintes critérios de identificação: - se o motor de indução trifásico a ser acompanhado é de baixa tensão e Req<Valor limite, valor limite preferencialmente 5 MQ, emitir alarme indicando a presença de mecanismo de degradação do isolamento; - se o motor de indução trifásico a ser acompanhado é de média tensão e Req<Valor limite, valor limite preferencialmente 100 MQ, emitir alarme indicando a presença de mecanismo de degradação do isolamento.

3. PROCESSO ON-LINE PARA PROTEÇÃO INSTANTÂNEA DE MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS CONTRA SOBRECORRENTE DE FUGA À TERRA, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) medir o valor instantâneo da corrente diferencial entre fases do motor 10 através de um sensor de corrente de alta sensibilidade; b) medir o valor instantâneo da tensão Ua (tensão na fase a) através do TP; c) determinar o ângulo (00) da corrente 10 em relação a Ua (tensão da fase a); d) determinar os valores eficazes de Ua e 10; e) identificar a fase (a, b ou c) cujo isolamento está em processo de degradação e calcular a componente resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação por meio da aplicação dos seguintes critérios: f) se o ângulo θ0 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: Oo<00 <90o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase a, calcular IR por meio da expressão (15); - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 24Oo<00 <330o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase b, calcular IR por meio da expressão (17); - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" estiver compreendido no intervalo: 12Oo<00 <210o, a degradação do isolamento está ocorrendo na fase c, calcular IR por meio da expressão (19); - se o ângulo 00 determinado na etapa "c" não estiver compreendido nos intervalos apresentados, descartar a medição; g) se a degradação do isolamento for identificada na etapa "e", utilizar o valor calculado de IR para realizar a proteção instantânea do Motor de Indução Trifásico contra sobrecorrente de fuga à terra por meio da aplicação do seguinte critério: - se no motor de indução trifásico a ser protegido a componente resistiva (IR) da corrente de fuga que circula pelo isolamento em processo de degradação for superior a 2mA, efetuar o desligamento instantâneo do motor.