Home

universidade de brasília faculdade de tecnologia departamento de

1. a l EE o E a E 1000 z a LU E 8 1004 H 1 iy 2 10 2 N E 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo min e Fase U1 Fase V1 a Fase W1 e Fase U1V1W1 Figura 3 2 Medi es da resist ncia de isolamento no enrolamento do estator para 27 C Como mencionado anteriormente para evitar o efeito da temperatura recomendado que todas as medidas da resist ncia de isolamento sejam corrigidas para uma base comum de temperatura em 40 C A convers o feita com base na equa o 3 2 Os valores corrigidos para a temperatura de base s o descritos na tabela 3 4 29 IP Tabela 3 4 Valores da resist ncia de isolamento e l P do estator corrigidos para 40 C _ Ra 10min 3 31 Conexoes U1 V1 W1 U1 V1 W1 U1 V1 W1 MQ MQ 294 281 475 471 613 581 703 678 780 759 828 828 893 877 918 893 934 930 975 963 U1 V1 W1 137 258 358 394 520 581 617 686 768 5 61 O Z Plotando os resultados obtemos o gr fico da varia o do valor corrigido da resist ncia de isolamento mostrado na figura 3 3 30 o o oO g H e a o 2 E g f 2 104 G 1 3 2 o Ko s 10 oO em O D g om 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo min Fase U1 Fase V1 a Fase W1 e Fase U1V1W1
2. Carga 25 AV V Vo 14324 1 14155 4 168 7 gt AV 1 2 Carga 50 AV V V 14438 1 13833 605 1 gt AV 4 4 Carga 75 AV V Va 14360 3 13448 0 912 3 gt AV 6 8 76 Carga 100 AV V a Vo 147141 13611 3 11028 gt AV 8 Portanto com os resultados dos c lculos das varia es dos par metros significativos para o ensaio de rejei o e sabendo que o RT e RV atuaram nos tempos de respostas projetados a avalia o para mais um ensaio de comissionamento da m quina em estudo considerada satisfat ria dentro dos limites projetados 3 2 5 Curva de Fator de Pot ncia Zero e determina o da corrente de excita o nominal Conclu do os ensaios vazio e em curto circuito realiza se o ensaio de obten o da Curva de Fator de Pot ncia Zero e a determina o da corrente nominal de excita o Objetivo do ensaio O ensaio de obten o da Curva de Fator de Pot ncia Zero visa determinar a reat ncia de dispers o magn tica pelo m todo do Tri ngulo de Potier juntamente com a determina o da corrente nominal de excita o pelo m todo do Diagrama ASA M todo do ensaio No ensaio de Fator de Pot ncia Zero o gerador carregado com uma carga idealmente indutiva com baixo valor de fator de pot ncia Para isso inicia se o sincronismo com a rede el trica operando em uma tens o um pouco acima da tens o nominal assegurando a satura o do
3. 26 40 C for maior ou igual ao n vel do isolamento em kV somando se a unidade ou seja kV 1 3 4 arelho RAMO IV onde V paremo KV Tens o CC aplica nos terminais do enrolamento sob teste Conforme descrito no m todo do ensaio recomenda se para m quinas trifasicas que a medi o da resist ncia de isolamento do estator deve ser feita nas tr s fases separadamente com as outras fases conectadas ao terra e com as tr s fases conectadas De acordo com 7 o valor m nimo obtido para cada fase separadamente deve ser aproximadamente o dobro do valor obtido com as tr s fases conectadas ndice de Polariza o O ndice de polariza o um indicativo do declive da curva caracter stica da resist ncia do material isolante O seu c lculo feito para avaliar a condi o em que se encontra o material isolante De acordo com 7 o valor m nimo recomendado para o IP de m quinas rotativas descrito pela tabela 3 2 Os valores da tabela s o baseados nas classes t rmicas dos materiais isolantes descritas em 1 e s o aplicados para todos os tipos de materiais Tabela 3 2 Valores m nimos recomendados para IP Classe T rmica IP valor m nimo 27 An lise dos resultados Os resultados obtidos para a resist ncia de isolamento e ndice de polariza o do estator para uma temperatura de ensaio de 27 C s o descritos na tabela 3 8 Tabela 3 3 Valores da resist ncia de
4. altern ncia na polaridade dos p los consecutivos A alimenta o da m quina feita atrav s de an is e escovas conectados ao enrolamento do rotor O seu sistema de isolamento pertence a classe t rmica F definida de acordo com 1 O sistema de resfriamento formado por duas vias ar gua sendo que a temperatura projetada para este sistema de 30 C 2 3 2 Dados Nominais de Projeto Os principais valores nominais da m quina em estudo s o descritos a seguir Sabendo que a m quina um gerador s ncrono de p los salientes conforme descrito anteriormente temos e Tens o Nominal Tens o nominal definida como sendo a tens o de trabalho do enrolamento do estator Para o gerador em estudo tem se V nomi nal 13 8 kV Para manter a tens o nominal em uma margem pr xima ao valor de projeto a m quina deve ser conectada um regulador de tens o RT o qual atua em paralelo com o sistema de excita o e Freqii ncia Em uma m quina s ncrona o processo de convers o de energia ocorre quando o campo do estator e do rotor est o sincronizados isto eles rodam na mesma velocidade Essa velocidade de opera o denominada velocidade s ncrona e pode ser obtida da seguinte forma Sabendo que f 60 Hz frequ ncia de opera o e que a m quina possui 44 p los no seu enrolamento de campo tem se 163 64 rpm Ss o 120 60 44 e Pot ncia Nominal Um dos principais dados de proje
5. Figura 3 14 Esquem tico para o levantamento da caracter stica vazio Legenda TP Transformador de potencial V1 V2 e V3 Volt metro de CA S Shunt mV Milivolt metro CC Conforme descrito no esquem tico utiliza se TPs para realizar as medi es da tens o induzida em cada fase do enrolamento de armadura A corrente de excita o monitorada pelo circuito de excita o independente caracterizado pelo Shunt An lise dos resultados Para a m quina em estudo a tabela 3 9 mostra os resultados obtidos em campo para o ensaio a vazio 59 Tabela 3 9 Dados do ensaio vazio coletados em campo Corrente Tens o Excita o de excita o Es E m dia I medido calculada A Ea 16528 7 16532 8 132 18 15113 9 15119 1 101 16 13716 3 13721 1 83 02 12326 5 12330 9 70 46 10988 3 10993 0 60 80 9505 1 9509 7 51 38 8102 9 8107 7 43 09 6770 6 6769 3 35 33 5409 6 5408 3 27 93 4018 1 4017 5 20 61 2733 7 2735 3 13 68 1356 0 1356 3 6 54 2460 2461 o 0 E Yo Tens o nos terminais E Fase Fase Te rico A B medido medido 119 80 16535 1 16534 7 109 56 15121 6 15121 9 99 43 13723 5 13723 4 89 35 12333 2 12333 1 79 66 10994 7 10995 9 68 91 9511 5 9512 6 58 75 81096 81106 49 05 6767 8 6769 5 39 19 5406 2 54092 29 11 4015 6 40189 19 82 2736 1 2736 2 9 83 13561 1356 8 1 78 2460 2463 A parti
6. Legenda P Ponte de Thomson F1 F2 Enrolamento sob teste O valor da resist ncia nmica medido considerado satisfat rio se n o diferir mais que 10 em rela o ao valor de projeto An lise dos resultados Para a m quina em estudo utilizou se para a medi o da resist ncia hmica do enrolamento de campo o m todo da ponte de Thomson Conforme descri o do m todo foram realizadas tr s medi es com os seguintes valores de corrente 10 0 A 7 5 A e 504 54 Os resultados obtidos para os diferentes valores de corrente juntamente com a m dia s o descritos na tabela 3 8 Tabela 3 8 Valores medidos da resist ncia hmica do enrolamento de campo Coreto Temp de Medi o 28 96 C Sabendo que o valor de projeto da resist ncia hmica do enrolamento de campo 0 11400 Q pode se calcular a diferen a entre esse valor e o valor coletado em campo AR R Ry sig 9211400 0 112890 11x10 gt AR 1 for projeto m di Baseando no crit rio de avalia o do resultado encontrado acima pode se concluir que o ensaio de medi o da resist ncia hmica do enrolamento de campo foi considerado satisfat rio O valor da resist ncia coletado em campo n o ultrapassou a toler ncia de 10 em rela o ao valor de projeto ficando bem abaixo 55 3 2 Ensaios Din micos Depois de conclu da a fase de ensaios est ticos com a correta verifica o dos valores obtidos para os
7. TC Transformador de corrente TP Tranformador de potencial W1 W2 evar Wattimetro S Shunt V Volt metro de CC mV Milivolt metro CC Os resultados s o considerados satisfat rios se os reguladores RV e RT atuarem dentro dos valores e tempos de resposta projetados e se o gerador n o apresentar nenhuma avaria Quanto aos par metros el tricos medidos estipulam se n veis toler veis de varia o entre os valores m ximos e m nimos An lise dos resultados Os resultados obtidos para o ensaio de rejei o de carga s o descritos na tabela 3 11 para os diferentes valores de carga 74 Tabela 3 11 Dados do ensaio de rejei o de carga Carga 25 50 75 100 Par metros M ximo M nimo M ximo M nimo M ximo M nimo M ximo M nimo Ro 70 852 58912 77 32 5892 83 41 59 0 86 68 59 08 Tens o 14324 1 14155 4 14438 1 13833 14360 3 13448 0 14714 1 13611 3 Estator V i i i Tens o Rotor V 97 77 63 65 102 75 41 78 108 27 23 98 133 09 25 43 Corrente Rotor A 762 02 547 46 812 09 479 89 843 73 427 98 1012 54 420 74 Corrente Estator A 774 69 9 45 1457 56 5 79 2187 13 5 78 2815 39 5 43 Pot ncia Ativa kW 19138 3 81 31 36129 5 65 35 53916 1 54 86 70241 4 53 30 Pot ncia Aparente 19153 9 232 08 36146 5 174 42 54145 5 134 91 70291 5 127 44 kVA Pot ncia Reativa 2881
8. o entre a pot ncia ativa e a velocidade de rota o angular da m quina tva 2 7 Oo Ss Para a maquina em estudo tem se pio is o 17 13 Ss A tabela 2 2 a seguir descreve os dados mecanicos quantitativos das estruturas do gerador Tabela 2 2 Dados mec nicos 6278 mm Rotor 5350 mm 2181 Estator 1001 e Dados de Estado Transit rio Nos t picos anteriores foram descritos as principais caracter sticas da m quina operando em estado permanente Entretanto quando um dist rbio ocorre 16 o comportamento da m quina um pouco diferente Esse per odo entre o estado permanente inicial e final denominado de Estado Transit rio De acordo com 5 em uma m quina s ncrona um dist rbio pode ocorrer de v rias maneiras Um curto circuito acidental pode ocorrer entre a fase e o neutro entre uma fase e outra e entre as tr s fases Um dist rbio tamb m pode ser evidenciado pela aplica o de carga na m quina Todo tipo de dist rbio caracteriza um estado transit rio Nesta se o ser o descritos os principais par metros de estado transit rio de uma m quina s ncrona definidos em 3 e 6 e ser o dados os valores dos par metros da m quina em estudo Reat ncia Transit ria eixo direto X A Reat ncia Transit ria de eixo direto definida como o quociente entre a componente AC da tens o de armadura gerada pelo fluxo total de armadura no eixo direto e o valor
9. 2 10 do valor da tens o total aplicada ou seja menor que Ent o deve se elevar o valor da tens o a uma velocidade suficientemente pequena para garantir grande acur cia nos valores medidos mais n o muito pequena para n o causar stress na m quina durante o ensaio Quando o valor da tens o atingir o especificado deve se permanecer neste n vel por um minuto sendo ent o reduzida a zero volt Essa redu o n o pode ser imediata para n o causar uma mudan a brusca no transit rio da m quina podendo causar danos na estrutura do enrolamento 8 Em caso de repeti o do ensaio ou quando os enrolamentos n o s o novos o valor da tens o a ser utilizado 85 do valor acima indicado 4 No ensaio em tens o cont nua deve se elevar o valor da tens o em degraus monitorando se a corrente de fuga que deve permanecer em valores baixos evitando assim o ac mulo de cargas no diel trico Ap s o final do teste conforme descrito em 10 a m quina deve permanecer aterrada por um tempo quatro vezes maior que o de ensaio Para a realiza o do ensaio utilizou se o circuitos esquematizado a seguir 48 Figura 3 9 Esquema de liga o para ensaio com tens o alternada no enrolamento de campo Legenda HIPOT HIPOT para ensaio em tens o alternada TP Transformador de potencial V Volt metro CA A BeC Fases do estator F Enrolamento do rotor Para o ensaio em corrente cont nua deve se utilizar o esquem
10. Assim consegue se construir a Curva de Fator de Pot ncia Zero pelo deslocamento do tri ngulo a b c ponto com tens o terminal zero at o tri ngulo abc ponto de tens o nominal de armadura ao longo da caracter stica vazio De acordo com 15 para uma m quina de p los salientes tem se que a reat ncia de Potier 3 vezes o valor da reat ncia de dispers o Para a determina o da corrente nominal de excita o tem se o seguinte m todo de c lculo e Diagrama ASA Para determinar a corrente de excita o nominal pelo m todo do Diagrama ASA necess rio conhecer a caracter stica vazio a caracter stica em curto circuito e a reat ncia de Potier A figura 3 23 descreve o m todo do Diagrama ASA 79 Diagrama ASA 150 ZE 125 100 75 50 Tens o de armadura Corrente de armadura 25 Corrente de excita o A Figura 2 23 Diagrama ASA Da figura 3 23 tem se que o segmento Fg o valor da corrente de excita o tirada da linha de entreferro para uma tens o nominal de excita o O vetor Ifk representa o valor da corrente de excita o obtida do ensaio em curto circuito correspondente corrente nominal de armadura e o ngulo n o ngulo de carga representado pelo fator de pot ncia nominal de 0 95 Pelo gr fico pode se obter a corrente nominal de excita o pela seguinte equa o 80 1a AL AU Sing U cos 3 10 onde AI Diferen a
11. durante a fase de comissionamento da Unidade Geradora 1 92 al i tL as nif ta Tes Set E S Z MARANEH aan an Figura A3 Estrutura do rotor 93 Figura A5 Turbina Kaplan 94 Figura A6 Vista panor mica da m quina em fase final de comissionamento 95
12. o pois o fluxo no entreferro permanece em n vel baixo A reat ncia do eixo direto n o saturada X da m quina s ncrona definida como a rela o entre a tens o nominal e a corrente de armadura obtida com a mesma corrente de campo no ensaio em curto circuito A partir da curva caracter stica de curto circuito obt m se a seguinte equa o linear em pu I 0 0017721 0 010846 pu 3 8 66 Logo 1 31M34 I 5582A f A partir da equa o linear da linha de entreferro obtida no ensaio a vazio tem se E 23 621 231 2 V Para E 13800V _ 13 5688 13800 23 627 231 2 gt I i 23 62 574 46 A Portanto a reat ncia de eixo direto n o saturada dada por _ 558 2 574 46 0 97 pu dn A rela o de curto circuito determinada a partir da caracter stica a vazio e da caracter stica em curto circuito como o quociente entre a corrente de excita o correspondendo a valor nominal de tens o da curva vazio e a corrente de excita o correspondendo a um valor nominal de corrente de armadura da curva em curto circuito Portanto K 3 9 Para a curva em curto circuito 7 0 0017721 0 010846 para I 1 putem se 67 1 0 0017721 0 010846 gt 1 5582 A Para uma tens o nominal de 13800 V da curva de satura o vazio tem se um valor de corrente de excita o igual a 1 6841 A Logo g O84 e A499 Hy 558 2 P Com
13. 56 1067 2 398 83 1269 9 393 61 5475 5 2845 26 113 27 kVar Fator de 400 0 268 1 00 0 242 0 996 0 210 0 999 0 185 Pot ncia Para uma an lise quantitativa dos resultados obtidos no ensaio de rejei o de carga o ideal seria fazer uma compara o entre os valores m ximos medidos e os valores nominais de opera o dos par metros significativos para este tipo de teste Como n o foram coletados os valores antes da rejei o considera se satisfat rio a an lise feita a partir dos valores m ximos e m nimos Os par metros significativos para este tipo de ensaio s o a freq ncia de opera o e a tens o de armadura A varia o m xima toler vel entre os valores m ximos e m nimos para estes par metros s o estipulados de acordo com o tipo de acoplamento e montagem das estruturas que interligam o conjunto gerador turbina Para a m quina em estudo tem se 75 e Frequ ncia A varia o m xima toler vel de 60 Dos resultados obtidos para os diferentes patamares tem se Carga 25 Af faa fu 70 852 58 912 11 94 gt Af 20 Carga 50 Af fan fan 7132 5892 184 gt Af 31 Carga 75 AF Sni Smin 83 41 59 00 gt Af 41 Carga 100 Af fmax fain 86 68 59 08 Af 46 e Tens o de armadura A varia o m xima toler vel de 8 Dos resultados obtidos para os diferentes patamares tem se
14. Figura 3 3 Medi es da resist ncia de isolamento no enrolamento do estator convertido para 40 C Avaliando os resultados obtidos ap s um minuto da aplica o da tens o de acordo com o crit rio de avalia o descrito anteriormente tem se e Fase UIVIWIA R 137 MQ e Fase U1 R 294 MQ gt 2R w e Fase V1 R 281 MQ gt 2R y e Fase W1 Ry 279 MQ gt 2R w O ensaio de medi o da resist ncia de isolamento do enrolamento estat rio foi considerado satisfat rio pois os resultados est o dentro do especificado em norma e pode se dizer que o material isolante utilizado na constru o do isolamento est em timas condi es 31 Conforme descrito no cap tulo 2 deste trabalho a classe t rmica do isolamento do enrolamento estat rico F Assim analisando os resultados obtidos tem se e Fase U1ViW1 JP 5 61 gt 2 e Fase U1 IP 3 31 gt 2 e Fase V1 IP 3 42 gt 2 e Fase W1 IP 3 39 gt 2 Portanto pode se afirmar que o valor para o IP de cada fase do enrolamento esta dentro do especificado em norma garantindo assim a operacionalidade da maquina 3 1 2 Ensaio de tens o aplicada no enrolamento do Estator O ensaio de tens o aplicada deve ser realizado obrigatoriamente ap s a conclus o do ensaio de medi o da resist ncia de isolamento sendo o resultado do isolamento um pr requisito para o in cio do ensaio O local de realiza o a rea de montagem da usina durante a insta
15. armadura em circuito aberto devido ao fluxo no eixo direto seguido de uma mudan a repentina nas condi es de opera o contando os primeiros ciclos decrescer 0 368 do seu valor inicial decaimento exponencial 1 2 com a m quina operando na velocidade nominal Para a m quina em estudo o valor de projeto dado por T 0 043 s Constante de tempo sub transit ria em curto circuito eixo direto 7 Define se como sendo o tempo necess rio para a componente 7 da corrente de armadura acompanhando uma abrupta mudan a nas condi es de opera o contando os primeiros ciclos decrescer 0 368 de seu valor inicial decaimento exponencial 1 com a m quina operando na velocidade nominal Para a m quina em estudo tem se T 0 0375 19 Constante de Tempo sub transit ria em curto circuito eixo em quadratura T q Define se como sendo o tempo necess rio para a componente 7 da corrente de armadura acompanhando uma abrupta mudan a nas condi es de opera o contando os primeiros ciclos decrescer 0 368 de seu valor inicial decaimento exponencial 1 com a m quina operando na velocidade nominal Para a m quina em estudo tem se T 0 0645 e Outros Dados El tricos Rela o de curto circuito R Define se como a raz o entre a corrente de excita o obtida da caracter stica a vazio para a corrente de armadura nominal e a corrente de excita o obtida da caracter stica de curto
16. da componente AC da corrente de armadura ap s a ocorr ncia de um curto circuito e eliminando os efeitos sub transit rio ou seja desconsiderando as correntes nos enrolamentos amortecedores Para a m quina em estudo tem se X 0 278 pu Reatancia Transit ria eixo em quadratura x A reat ncia Transit ria de eixo em quadratura definida como o quociente entre a tens o de armadura gerada pelo fluxo total de armadura no eixo em quadratura e o valor da componente AC da corrente de armadura ap s a aplica o da carga e eliminando os efeitos sub transit rios Geralmente a reat ncia transit ria e a reat ncia s ncrona em quadratura possuem o mesmo valor Assim para a m quina em estudo tem se x 0 600 pu 17 Reat ncia Sub transit ria eixo direto X A reat ncia Sub transit ria de eixo direto define se como o quociente entre a tens o de armadura gerada pelo fluxo total de armadura no eixo direto e o valor da componente AC da corrente de armadura ap s a ocorr ncia de um curto circuito contando os primeiros ciclos onde existe passagem de corrente no enrolamento amortecedor Para a m quina em estudo tem se X 0 24 pu Reatancia Sub transit ria eixo em quadratura x A reat ncia Sub transit ria de eixo em quadratura define se como o quociente entre a tens o de armadura gerada pelo fluxo total de armadura no eixo em quadratura e o valor da componente AC da corrente de armadura ap s a oc
17. diferem de 0 01 do valor da m dia em pu recomenda se n o consider lo e repetir a medi o O esquema de liga o do m todo descrito na figura 3 11 a seguir 52 Figura 3 11 Esquem tico do m todo corrente e tens o para o enrolamento de campo Legenda F Fonte de corrente continua V Volt metro mV Milivoltimetro S Shunt R Reostato vari vel F1 F2 Enrolamento sob teste e M todo da Ponte de Thomson Neste m todo utilizou se o mesmo aparelho descrito no ensaio realizado no estator ou seja a Ponte dupla de Kelvin O valor da resist ncia obtido diretamente no aparelho Analogamente ao m todo da corrente e tens o ao utilizar o m todo da ponte necess rio realizar no m nimo tr s medi es da resist ncia hmica Para isso deve se modificar o balan o da ponte isto o valor da corrente de medi o deve ser modificado diretamente no aparelho O valor a ser considerado a m dia das tr s diferentes medidas 53 Ao determinar o valor m dio o valor da resist ncia em cada medi o que diferir de 0 01 desse valor m dio calculado deve ser desconsiderado e uma nova medi o realizada Para a realiza o do ensaio de medi o da resist ncia hmica do enrolamento de campo o seguinte circuito deve ser montado com as devidas conex es H F2 Figura 3 12 Esquematico do m todo da ponte de Thomson para o enrolamento de campo
18. ensaio de 27 C s o descritos na tabela 3 6 abaixo Tabela 3 6 Resultado do ensaio da resist ncia de isolamento do rotor para 27 C Resist ncia isolamento Tempo MQ 1 min 1650 Temp de medi o C Para evitar o efeito da temperatura recomendado que todas as medidas da resist ncia de isolamento sejam corrigidas para uma base comum de temperatura em 40 C A convers o feita com base na equa o 3 2 Os valores da resist ncia de isolamento do rotor corrigidos para a temperatura de base s o descritos na tabela 3 7 Tabela 3 7 Resultado do ensaio da resist ncia de isolamento do rotor para 40 C Resist ncia isolamento Tempo MQ 1 min 670 E OE Temperatura Base C Avaliando os resultados obtidos aplicando o mesmo crit rio de avalia o descrito para o ensaio no enrolamento do estator pela equa o 3 4 tem se 46 Rom 670 MQ gt Vaparemo KV 1 arelho Portanto o ensaio de medi o da resist ncia de isolamento do enrolamento de campo foi considerado satisfat rio pois o resultado est dentro do especificado em norma e pode se dizer que o material isolante utilizado na constru o do isolamento est em timas condi es 3 1 5 Ensaio de tens o aplicada no enrolamento do Rotor O ensaio de tens o aplicada deve ser realizado obrigatoriamente ap s a conclus o do ensaio de medi o da resist ncia de isolamento Sendo o resultado do isolamento um pr re
19. ensaio diferir da velocidade nominal recomenda se que a diferen a n o ultrapasse os 20 6 63 De acordo com 13 as leituras das correntes devem ser feitas decrescendo o valor da excita o come ando com um valor que produzir uma m xima corrente de armadura permitida isto 120 da corrente nominal do enrolamento Alternando gradualmente a excita o independente em degraus alternam se os valores de corrente de armadura Inicia se subindo o valor de corrente de armadura para a 1 2x e posteriormente reduz se em degraus de O lx at a corrente remanescente medindo se e anotando se ponto a ponto a corrente de excita o a tens o nos terminais do gerador e a corrente de armadura Assim poss vel tra ar a caracter stica de curto circuito da m quina onde a abscissa a corrente de excita o e a ordenada a corrente de armadura 1 Para realiza o do ensaio deve se utilizar o circuito esquematizado na figura 3 17 Para a medi o das correntes de armadura utiliza se um transformador de corrente TC conectado em cada fase E para o monitoramento da tens o utiliza se TPs Figura 3 17 Esquem tico para o levantamento da caracter stica em curto circuito Legenda A1 A2e A3 Amperimetro de CA TC Transformador de corrente TP Transformador de potencial 64 V1 V2 e V3 S mV Shunt Volt metro de CA Milivoltimetro CC An lise dos resultados Os dad
20. experi ncia se os conhecimentos dos valores agregados na teoria n o forem aplicados no momento da execu o dos ensaios e que para a elabora o de um relat rio contendo os resultados e c lculos dos principais par metros necess rio um estudo pr vio do comportamento de cada grupo gerador turbina analisado Por fim importante salientar que atrav s das diretrizes tra adas pode se obter um trabalho contendo as informa es relevantes para uma caracteriza o completa de uma m quina s ncrona 89 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS 1 IEC 60085 Electrical insulation Thermal evaluation and designation Genebra 2007 2 VATECH HYDRO BRASIL Manual de Comissionamento do Gerador Un 1 Usina Hidroel trica de Capim Branco Il Barueri 2006 3 IEEE Std 100 The Authoritative Dictionary of IEEE Standards Terms 7 ed NY 2000 4 IEEE Std c50 12 2005 IEEE Standard for Salient Pole 50 Hz and 60 Hz Synchronous Generators and Generator Motors for Hydraulic Turbine Applications Rated 5 MVA and Above NY 2005 5 SEN P C Principles of Electric Machines and Power Electronics New York John Wiley and Sons 1996 6 IEC 60034 4 Rotanting Electrical Machines Part 4 Methods for determining synchronous machine quantities from tests Genebra 1985 7 IEEE Std 43 2000 R2006 IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotanting Machinery N
21. libera o de cargas ionizantes reduzindo assim a resistividade Portanto para se ter um padr o na an lise de uma determinada caracter stica para cada valor de resist ncia hmica medido deve se sempre associar o valor da temperatura do enrolamento no instante da leitura Entretanto atrav s da f rmula abaixo pode se referir este valor para qualquer outra temperatura K T rb 2 R K T sa 2 onde R a resist ncia medida na temperatura T R a resist ncia calculada na temperatura desejada T 40 K 234 5 para o cobre ou K 228 para o alum nio De acordo com as caracter sticas da m quina em estudo o valor de K usado deve ser de 234 5 O valor da resist ncia nmica medido considerado satisfat rio se n o diferir mais que 10 em rela o ao valor de projeto Em adicional no estator aplica se a toler ncia de 3 entre fases An lise dos resultados Para a m quina em estudo utilizou se para a medi o da resist ncia hmica do enrolamento do estator o m todo da ponte de Thomson Conforme descri o do m todo foram realizadas tr s medi es com os seguintes valores de corrente 10 0 A 7 5 A e5 0 A Os resultados obtidos para os tr s diferentes valores da corrente aplicada juntamente com a m dia s o descritos na tabela 3 5 abaixo Tabela 3 5 Valores medidos da resist ncia hmica do enrolamento estat rico para cada fase Resist ncia Ohmica Q Corrent
22. o independente em degraus variando os valores da tens o induzida na armadura desde 0 2 E at 12 E mede se a fe tens o e corrente de excita o utilizando se para tanto um mult metro digital Durante o levantamento da curva em que a corrente de excita o sempre acrescida pode ocorrer de ultrapassar o ponto de medi o desejada neste caso deve se efetuar a leitura no valor em que estiver ajustado No caso de d vida de algum ponto medido anteriormente recomenda se iniciar novamente o ensaio 13 Quando a corrente de excita o reduzida a zero a tens o residual que permanece no circuito magn tico do gerador ent o medida Z E poss vel ent o tra ar a caracter stica de satura o vazio da m quina onde a abscissa a corrente de excita o 7 e a ordenada a tens o induzida no enrolamento de armadura E Se a tens o residual medida apresentar um valor elevado faz se necess rio uma corre o Deve se prolongar a parte reta da curva chamada de linha de entreferro at a sua intersec o com o eixo das abscissas o que ocorre do lado direito do eixo das ordenadas O comprimento do segmento de eixo das abscissas limitado pela intersec o do eixo com o prolongamento da curva at o ponto zero representa o valor da corre o a ser somado a todos os valores medidos da corrente de excita o Para a realiza o do ensaio deve se utilizar o circuito esquematizado a seguir 58
23. presentation and justification of the principles described in the standards will be made It will also be made a description of the procedure adopted in a considered book of electric machines for the determination of the characteristics of the machine in study for a real situation of load Finally the conclusion of the project is presented exposing the ideas about the obtaining of the data collected in field during the commissioning on the part of the responsible team for the supplied generating unit Keywords acceptance and performance testing parameter determination synchronous generator vii LISTA DE FIGURAS Figura 2 1 Modelo do Circuito Equivalente aa 9 Figura 3 1 Esquema de liga o para medi o da resist ncia de isolamento e ndice de polariza o do estator esa teca ppes che ceamvetywcualenetentaeaten eine Pas tak oh Gaim aa camera una ea dad 25 Figura 3 2 Medi es da resist ncia de isolamento no enrolamento do estator para A kal OF raio en Rae ce ter EEE PUNTO ie UE A E a ROD 29 Figura 3 3 Medi es da resist ncia de isolamento no enrolamento do estator convertido para 40 C sr A a eg 31 Figura 3 4 Esquema de liga o para ensaio com tens o alternada no enrolamento GSA COs i picado na o Sa SSL DO a a 34 Figura 3 5 Esquema de liga o do ensaio com tens o cont nua no enrolamento ESTALONCO am sr a das Gr ye O bd tee pd EN ta ice a ee a SIA a a dO 35 Figura 3 6 Esquem tico do m todo
24. tens o tempo de aplica o e temperatura do enrolamento normalmente o ensaio realizado na temperatura ambiente podem ser alterados conforme solicita o da empresa respons vel pela compra da m quina Entretanto isto deve ser feito por ocasi o da oferta atrav s de especifica o t cnica e ou norma espec fica sofrendo an lise e aprova o dos setores competentes quanto suportabilidade e Para que os resultados obtidos sejam considerados satisfat rios n o deve ocorrer descarga entre o enrolamento energizado e os demais itens aterrados Para a realiza o do ensaio utilizou se o circuito esquematizado a seguir Figura 3 4 Esquema de liga o para ensaio com tens o alternada no enrolamento estat rico Legenda HIPOT HIPOT para ensaio em tens o alternada 34 TP Transformador de potencial V Volt metro CA A BeC Fases do estator F Enrolamento do rotor Para o ensaio realizado em corrente cont nua deve se utilizar o seguinte esquem tico Figura 3 5 Esquema de liga o do ensaio com tens o cont nua no enrolamento estat rico Legenda kV Volt metro A BeC Fases do estator F Enrolamento do rotor mA Miliamperimetro An lise dos resultados Neste ensaio utilizou se um transformador de potencial TP conforme descrito no esquem tico da figura 3 4 para realizar o monitoramento da tens o aplicada Para garantir que a tens o de teste n o seja afetada pela corr
25. tico descrito da figura 3 10 Figura 3 10 Esquema de liga o do ensaio com tens o cont nua no enrolamento de campo 49 Legenda A BeC Fases do estator F Enrolamento do rotor mA Miliamperimetro Para que os resultados obtidos sejam considerados satisfat rios n o deve ocorrer descarga entre o enrolamento energizado e os demais itens aterrados An lise dos resultados Neste ensaio utilizou se um transformador de potencial TP com as mesmas caracter sticas do TP utilizado no ensaio do estator para realizar o monitoramento da tens o aplicada De acordo com 4 considera se satisfat rio a realiza o do ensaio de tens o aplicada no enrolamento de campo se no decorrer da aplica o da tens o nenhuma evid ncia de dist rbio ou falha no isolamento for observada Para a m quina em estudo sabendo que a tens o nominal do enrolamento do rotor 173 V tem se que a tens o de teste em CA dada por Vea 10x 173 17730 V O resultado do ensaio foi considerado satisfat rio pois durante o tempo de aplica o da tens o nenhuma descarga el trica foi evidenciada Assim pode se considerar que o enrolamento de campo est em timas condi es de opera o 50 3 1 6 Medi o da resist ncia hmica do enrolamento de campo A medi o da resist ncia nmica considerada como ensaio de rotina e deve ser realizado sempre antes dos ensaios din micos Analogamente aos ensaios reali
26. volt metro amper metro 38 Figura 3 7 Esquem tico para o m todo da Ponte restren 40 Figura 3 8 Esquema de liga o para medi o da resist ncia de isolamento do rotor Figura 3 9 Esquema de liga o para ensaio com tens o alternada no enrolamento de CAMPO sas as eee RIDER RETA ga 49 Figura 3 10 Esquema de liga o do ensaio com tens o cont nua no enrolamento de CAMPO tu rasos sante ns lousa pin sadia foras Sinta aaa LE eve eet te WE A 2 een ee eee a ee 49 Figura 3 11 Esquem tico do m todo corrente e tens o para o enrolamento de CAMPO ati a Si A eR eh A RIA A A aa 53 Figura 3 12 Esquem tico do m todo da ponte de Thomson para o enrolamento de CAMPO suki tech os do ita sia A SRD RR ASS EA a ee Ao ara 54 Figura 3 13 Caracter stica te rica do Gerador S ncrono W42 57 Figura 3 14 Esquem tico para o levantamento da caracter stica vazio 59 Figura 3 15 Caracter stica de satura o a vazio ariana 61 Figura 3 16 Linha de entreferro a asas aiusaarastasesenerias inbusiansan op aalaaloanam contas animam anais 62 Figura 3 17 Esquem tico para o levantamento da caracter stica em curto circuito 64 Figura 3 18 Curva caracter stica de curto circuito 66 Figura 3 19 Caracteriza o do gerador W42 rea 69 Figura 3 20 Esquem tico para verifica o da sequ ncia de fase 71 Vill Figura 3
27. zetia 1 2 UO i i or ky A Cds dia ea Pee oer ee a 3104 3 A AL Hii CORE a N jd te 0 002 Oot Ose O8 120 1e Ted 1 5 Te Bol 2 2 2a 2B 2B L207 and 73060 A VATECH ELIN WELZ GENERATOR OLVISTON PROJ CAPIM BRANCO 77 BRAZII WA DRAW CH D 3 P 07 03 2095 TYPE 59V 699744 192 TD 4485 SCF CNA AG Figura 3 13 Caracter stica te rica do Gerador Sincrono W42 A determina o de uma das caracter sticas do gerador s ncrono a caracter stica a vazio um dos principais ensaios realizados em uma m quina el trica O objetivo a metodologia e a an lise dos resultados coletados em campo ser o descritos a seguir Objetivo do ensaio Este ensaio visa determinar a caracter stica de satura o da m quina s ncrona al m de permitir a determina o da reat ncia s ncrona de eixo direto n o 57 saturada Al m disso permite se comparar as caracter sticas encontradas em campo com os valores espec ficos de projeto M todo do ensaio Com os terminais da m quina abertos eleva se a rota o da mesma at seu valor nominal velocidade s ncrona mantendo se esta constante durante todo o ensaio Alterna se gradualmente a excita
28. 21 Esquem tico de liga o do ensaio de rejei o de carga 74 Figura 3 22 Determina o do Tri ngulo de Potier 78 0 6s ieee Diagrama ASA ns eter ere a RS ee ener a 80 Figura 4 1 Exemplo Caracter stica vazio rrenan 84 Figura A1 Vista do Vertedouro e da Casa de For a da UHE Capim Branco Il durante a fase de comissionamento da Unidade Geradora 1 92 Figura A2 Estrutura do n cleo magn tico do estator 93 FiquraAS Estr t ra JO FOOL sessao fees Dee aaa ce ates Die rere eat SL ra 93 Figura A4 Vista do entreferro da m quina renan 94 Figura A5 Turbina Kaplan sas asa han np Rana even REC Reais RARE sans 94 Figura A6 Vista panor mica da m quina em fase final de comissionamento 95 IX LISTA DE TABELAS Tabela 2 1 Temperatura de refer ncia no c lculo das perdas 12 Tabela 2 2 Dados Mec nicos a e GR eae 16 Tabela 3 1 Ajuste da tens o no aparelho de medi o 24 Tabela 3 2 Valores m nimos recomendados para IP 27 Tabela 3 3 Valores da resist ncia de isolamento e IP do estator em 27 C 28 Tabela 3 4 Valores da resist ncia de isolamento e l P do estator corrigidos para ADC inata Da Gaya O O RD o O is Ree A ie 30 Tabela 3 5 Valores medidos da resist ncia hmica do enrolamento estat rico para Cada PESO id i edenes 41 Tabela 3 6 Resu
29. 90 1220 e sabendo que fp 0 95 indutivo localiza se o eixo em quadratura da seguinte forma JX Ta V pominal j 1 539 3 104 32 18 2 7990 1220 10512 37225 57 O eixo em quadratura q est localizado em 25 57 e consequentemente o eixo direto d localiza se em 25 57 90 115 57 Logo E 0 00731 3104 3 j 2 43 2147 442 64 439 1 539 2241 68225 57 7990 1270 E 12446 30225 56 V Este resultado confirma que o fasor E est localizado sobre o eixo em quadratura Utilizando 4 5 pode se encontrar a corrente de excita o da seguinte forma _ 12446 3 f 2366 0 00266e Wo L gt J 527 04 A Com a corrente de excita o obtida a tens o de excita o facilmente calculada sendo que primeiramente deve se encontrar a resist ncia do enrolamento de campo para uma temperatura de refer ncia de 50 C Para isso utiliza se o ponto da curva de satura o vazio que mais se aproxima do nominal 83 02 667 49 I 667 49 A gt V 83 02 V gt R 124 mQ 85 Logo V 1 R 592 96 0 124 V 73 52V Calculando as pot ncias e as perdas da m quina t m se Ss V mina L 74200218 2 70487 92 j23175 25 P 70487 92kW Q 23175 25k var out De acordo com 6 para o calculo das perdas dos enrolamentos utiliza se o crit rio descrito na tabela 2 1 Os valores das demais perdas foram tirados dos valores nominais de projeto descrito
30. OGR FICAS c cccscscscsessscsesessscseseesssssesetesesesesssesenessseneeees 90 ARENDIGE ee 2 ease ec O O E aan 92 xii 1 INTRODU O As m quinas s ncronas est o entre os tr s tipos mais comuns de m quinas el tricas Al m da s ncrona existem as m quinas de indu o e as m quinas de corrente cont nua Denominam se s ncronas pois operam velocidade e frequ ncia constante em regime permanente A sua opera o pode ser como um motor ou como um gerador Devido s raz es construtivas e ao seu custo maior em rela o as outras m quinas el tricas como as m quinas de indu o elas s o entretanto mais utilizadas como geradores Uma utiliza o t pica da m quina s ncrona funcionando como gerador em centrais el tricas independente do seu tipo h drica a carv o a diesel etc No Brasil praticamente toda energia el trica dispon vel produzida por geradores s ncronos operando em Hidroel tricas eles convertem energia mec nica em energia el trica a partir da movimenta o de turbinas pela for a da gua Para um gerador s ncrono entrar em opera o comercial necess rio a realiza o de testes que comprovam a sua integridade quanto ao desenvolvimento e montagem dos principais componentes que formam a estrutura da m quina Estes testes s o chamados de Ensaios de Comissionamento e s o realizados seguindo normas e diretrizes espec ficas Neste trabalho s o abordados os principais ensai
31. UNIVERSIDADE DE BRAS LIA FACULDADE DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA AN LISE DOS ENSAIOS DE COMISSIONAMENTO DE UM GERADOR SINCRONO VITOR SILVA MACHADO Bras lia DF 2008 VITOR SILVA MACHADO AN LISE DOS ENSAIOS DE COMISSIONAMENTO DE UM GERADOR SINCRONO Projeto de Conclus o de Curso submetido Universidade de Bras lia como requisito parcial para obten o do t tulo de Engenheiro Eletricista Orientador Professor Ivan Marques de Toledo Camargo Bras lia DF 2008 VITOR SILVA MACHADO AN LISE DOS ENSAIOS DE COMISSIONAMENTO DE UM GERADOR SINCRONO Projeto de Conclus o de Curso submetido Universidade de Bras lia como requisito parcial para obten o do t tulo de Engenheiro Eletricista Banca Examinadora Prof Ivan Marques de Toledo Camargo Orientador Prof An sio de Leles Ferreira Filho Prof Rafael Amaral Shayani Bras lia DF 2008 iii DEDICAT RIA Dedico esse trabalho ao meu amigo irm o Philippe in memorian por me fazer acreditar que o sentido da vida est al m de uma simples conquista concretiza se na busca da sua felicidade dos seus sonhos e de suas realiza es iv AGRADECIMENTOS Primeiramente eu gostaria de agradecer minha fam lia ao meu pai T lio que antes de tudo me inspirou a fazer este projeto e me deu for a apoio e incentivo sempre minha m e Lize pelos ensinamentos e por sempre dizer que a minha maior heran
32. V Volt metro mV Milivolt metro S Shunt R Reostato vari vel A Fase A do enrolamento sob teste e M todo da Ponte Neste m todo utiliza se um aparelho que realiza a medi o da resist ncia hmica de um enrolamento utilizando o m todo da ponte de Thomson tamb m conhecida como Ponte dupla de Kelvin O valor da resist ncia obtido diretamente no aparelho De acordo com 6 ao utilizar o m todo da ponte necess rio realizar no m nimo tr s medi es da resist ncia 6hmica Para isso deve se modificar o balan o da ponte isto o valor da corrente de medi o deve ser modificado diretamente no aparelho O valor a ser considerado a m dia das tr s diferentes medi es Ao determinar o valor m dio o valor da resist ncia em cada medi o que diferir de 0 01 desse valor m dio calculado deve ser desconsiderado e uma nova medi o realizada Para a realiza o do ensaio de medi o da resist ncia hmica do enrolamento do estator o seguinte circuito deve ser montado com as devidas conex es 39 F1 F2 Figura 3 7 Esquem tico para o m todo da Ponte Legenda P Ponte de Thomson A Fase A do enrolamento sob teste Para todos os ensaios de medi o da resist ncia de um determinado material ou estrutura isolante um fator que influencia bastante o resultado a temperatura em que se encontra a estrutura Um aumento na temperatura do enrolamento ocasiona a
33. Y 2000 8 IEEE 4 1995 IEEE Standard Techniques for High Voltage Testing NY 1995 9 IEC 60034 1 Rotanting Electrical Machines Part 1 Rating and performance 11 ed Genebra 2004 10 IEEE Std 95 2002 IEEE Recommended Practice for Testing Insulation of AC Electric Machinery 2300 V and Above With High Direct Voltage NY 2002 11 MOSES G L AC and DC Voltage Endurance Studies on Mica Insulation for Electric Machinery AIEE Transactions 1951 90 12 IEEE Std 118 1978 IEEE Standard Test Code for Resistance Measurement NY 1978 13 IEEE Std 115 1995 IEEE Guide Test Procedure for Synchronous Machines Part 1 Acceptance and Performance Testing Part 2 Test Procedures and Parameter Determination for Dynamic Analysis NY 1995 14 IEEE Std c57 13 1993 R2003 IEEE Standard Requirements for Instrument Transformers NY 1998 15 MATSCH L W MORGAN J D Electromagnetic and Electromechanical Machines Harper and Row NY 1986 16 GROSS Charles A Electric Machines New York CRC Press 2007 17 IEEE Std 1095 1989 IEEE Guide for Installation of Vertical Generators and Generator Motors for Hidroelectric Applications NY 1989 91 AP NDICE Todas as fotos descritas neste anexo foram fornecidas pela equipe de comissionamento da UHE Capim Branco ll Figura A1 Vista do Vertedouro e da Casa de For a da UHE Capim Branco Il
34. a o da sequ ncia de fase foi validado pois o sequencimetro confirmou a sequ ncia de fase sendo ABC conforme especificado em projeto 3 2 4 Ensaio de rejei o de carga ativa Para um bom funcionamento de um gerador s ncrono necess rio que as suas estruturas estejam corretamente equilibradas As conex es e encaixes entre as partes el tricas e mec nicas devem estar em perfeita harmonia juntamente com os equipamentos de regulagem como o Regulador de Velocidade RV e o Regulador de Tens o RT O ensaio de rejei o de carga realizado principalmente para garantir que as conex es e suportes da maquina nao se desequilibrem com uma mudan a brusca de carga com a atua o do RV e RT Pois na rejei o a m quina tende a disparar e o RV mais r pido atua desexcitando a m quina at chegar ao ponto de tens o nominal vazio E tamb m o RT mais lento atua fechando o distribuidor e retornando a m quina para a velocidade nominal vazio 72 Objetivo do ensaio O ensaio de rejei o de carga objetiva principalmente equilibrar a velocidade de fechamento do distribuidor quando a m quina tende a disparar sobrevelocidade com a mudan a repentina do valor da carga dentro de valores admiss veis Como verifica es secund rias s o avaliados os n veis de oscila o de press o no eixo mancais e conduto for ado os ajustes finos do RV e RT os n veis de sobretens o e a respectiva seletividade com o
35. a o estudo me incentivando para tal aos meus irm os Anna e T lio pela compreens o e apoio nas horas que eu mais precisei Agrade o tamb m galera da Babil nia pela prestatividade e for a em todos os momentos al m de sempre terem me ajudado me motivando e me apoiando na elabora o deste projeto Ao meu orientador Ivan pelo incentivo confian a e aux lio A todos aqueles que direta ou indiretamente contribu ram pra este projeto principalmente a Deus que me capacitou para vencer todos os obst culos encontrados no decorrer desta etapa permitindo a concretiza o dos meus objetivos RESUMO O presente trabalho tem por objetivo a descri o e an lise dos principais ensaios realizados em um gerador s ncrono durante a fase de comissionamento Este um projeto de car ter explorat rio com a finalidade de analisar e identificar os principais testes realizados em um gerador s ncrono antes de sua opera o comercial atrav s de visita ao local de comissionamento para acompanhamento e coleta dos resultados obtidos em campo Apresentam se inicialmente a t tulo de fundamenta o refer ncias que contextualizam conceitos dos principais par metros que descrevem o modelo do circuito equivalente de uma m quina s ncrona operando em regime permanente e transit rio dando embasamento para a an lise dos resultados obtidos Na sequ ncia s o abordados os procedimentos metodol gicos por meio de defini es descr
36. a linha de entreferro dada por E 23 621 231 2 V 3 7 Da equa o 3 7 acima encontra se o valor da corrente de excita o referente tens o residual da seguinte forma E 23621 2312 sendo E 0 gt Al a 078 A 62 A corre o feita em todos os valores da corrente de excita o para se obter a curva caracter stica a vazio corrigida AI 9 78 A Da curva caracter stica vazio corrigida obt m se a seguinte rela o entre a tens o nominal a vazio e a corrente de excita o E 13800V gt I 682 1A 3 2 2 Ensaio em curto circuito O ensaio de curto circuito caracterizado pela rela o entre a corrente de excita o e a corrente que circula nos enrolamentos de armadura quando os terminais da m quina s o curto circuitados Essa varia o obtida movendo a m quina pela a o da turbina com a abertura do distribuidor isto as paletas que separam a caixa espiral e as p s da turbina Objetivo do ensaio Este ensaio visa determinar a caracter stica de curto circuito da m quina s ncrona al m de permitir a determina o da reat ncia s ncrona de eixo direto n o saturada X e a rela o de curto circuito K M todo do ensaio Ap s o fechamento do curto circuito eleva se a rota o da m quina at seu valor nominal mantendo se esta constante durante todo o ensaio Se por alguma perturba o a velocidade de rota o da m quina durante o decorrer do
37. a o c lculo do rendimento do gerador considera se para a pot ncia de entrada o somat rio de todas as perdas mais a perda no enrolamento de campo Logo Pin P FWL Poor Puao Pia 71240 00kW Portanto o rendimento da m quina dado por y Po 1048792 og og Pp 71240 00 Os resultados dos principais par metros calculados seguindo a orienta o e metodologia descrita em 16 sugere uma boa compreens o de como os valores nominais dos par metros influenciam na elabora o de um memorial descritivo para as caracter sticas de uma m quina s ncrona para uma real situa o de carga 88 5 CONCLUS O Atrav s de estudos pesquisas acompanhamento e visitas feitas na UHE Capim Branco Il no municipio de Uberl ndia no per odo de janeiro a mar o de 2007 percebeu se que para a realiza o dos ensaios de comissionamento em uma unidade geradora precisa se de um grupo especializado e capacitado para executar com precis o e acur cia os testes efetuados na unidade antes de sua opera o comercial O projeto de an lise e c lculo dos principais par metros de um gerador s ncrono foi desenvolvido de forma a compatibilizar os valores coletados em campo utilizando para tanto normas espec ficas que tratam dos cuidados necess rios na execu o e elabora o das Instru es de Testes de Campo ITCs pelos respons veis da rea Por meio de estudos na rea de m quinas el tricas p de se perceber que n o basta ter
38. ado em que o material isolante se encontra podendo indicar se a m quina est em condi es de ser submetida aos ensaios diel tricos como por exemplo o ensaio de tens o aplicada M todo do ensaio No ensaio utilizou se um aparelho chamado meg hmetro para fazer a medi o da resist ncia de isolamento Este aparelho utiliza uma fonte de corrente cont nua e possui um amper metro e um mult metro integrados indicando diretamente o valor do quociente entre a tens o aplicada e a corrente que passa atrav s do enrolamento em teste A medi o da resist ncia de isolamento constitui um teste de aplica o de uma tens o cont nua sendo essa restrita a um valor apropriado para cada tipo de enrolamento em teste Deve se ajustar a tens o de ensaio no meg hmetro conforme descrito na tabela 3 1 23 Tabela 3 1 Ajuste da tens o no aparelho de medi o Tens o Nominal no V paremo VCC Enrolamento V lt 1000 500 1000 2500 500 1000 2501 5000 1000 2500 5001 12000 2500 5000 gt 12000 5000 10000 Para a m quina em estudo utilizou se a tens o de 5 kVcc no aparelho pois o enrolamento em teste possui uma tens o nominal de 13 8kV De acordo com 7 a medi o da resist ncia de isolamento feita nas fases individualmente contra as demais fases e carca a ligadas terra Normalmente mede se tamb m com as tr s fases conectadas A leitura deve ser feita ap s um minuto da aplica o
39. ais par metros da unidade geradora Os sensores de temperatura respons veis pelo monitoramento da temperatura das estruturas que comp em o conjunto gerador turbina s o verificados e calibrados para garantir uma leitura adequada das temperaturas durante os ensaios Os sensores de vibra o respons veis por monitorar o equil brio e a correta montagem das estruturas da m quina s o verificados e calibrados para assegurar que nenhum dano ocorra nos elementos que comp em a estrutura da m quina durante os ensaios que requerem o giro mec nico da unidade Conclu da a fase de pr comissionamento o Supervisor em conjunto com os demais componentes do grupo de comissionamento dever o efetuar uma reuni o para definir a sequ ncia da segunda fase de testes no gerador A segunda fase do comissionamento consiste na realiza o dos testes respons veis pela determina o das principais caracter sticas de uma m quina s ncrona S o divididos em ensaios est ticos e ensaios din micos Compreendem se por ensaios est ticos todos aqueles os testes que n o implicam na rota o da unidade geradora ou seja preparat rio para o giro mec nico Alguns ensaios est ticos n o possuem interfaces com os demais 2 equipamentos da central geradora como turbina mancais e eixos e poder o ocorrer se devidamente acordado com a montadora em paralelo com as atividades de montagem Entende se por ensaios din micos todos os testes rea
40. aterial para constru o das estruturas que comp e o enrolamento O sistema de isolamento el trico do enrolamento do rotor de uma m quina s ncrona conforme descrito em 4 dividido em tr s subsistemas S o eles o isolamento da bobina e de seus acess rios o isolamento das conex es e suportes do enrolamento e as demais partes associadas estrutura do rotor O isolamento da bobina compreende todos os materiais isolantes que envolvem os condutores e seus componentes como fios e dobras formando o isolamento entre esses materiais e a estrutura da m quina Esse isolamento inclui a fita de blindagem os cord es el tricos as faixas de ranhura e o isolamento caracterizado pelo corpo dos p los O isolamento das conex es e suportes do enrolamento inclui todos os materiais isolantes que envolvem as conex es entre as bobinas e entre as bobinas e o circuito externo como tamb m o isolamento dos suportes met licos do enrolamento As demais partes associadas a estrutura do rotor completam o sistema de isolamento S o elas os an is coletores os suportes n o met licos do enrolamento e as bordas terminais 43 Objetivo do ensaio Este ensaio visa obter informa es sobre o estado em que o material isolante se encontra podendo indicar se a estrutura rotativa da m quina est em condi es de ser submetida aos ensaios diel tricos M todo do ensaio Como descrito para o enrolamento do estator nes
41. circuito magn tico 11 De acordo com 16 geralmente n o necess rio obter a Curva de Fator de Pot ncia Zero por completo Dois pontos s o suficientes sendo que o primeiro obtido perto da tens o nominal de armadura fazendo com que a pot ncia ativa de sa da seja aproximadamente zero com o ajuste do RV E o segundo obtido com as caracter sticas em curto circuito para uma tens o terminal zero A determina o do Tri ngulo de Potier descrita abaixo e Tri ngulo de Potier Determina se graficamente o Tri ngulo de Potier seguindo o gr fico descrito na figura 3 22 abaixo Tens o de armadura Corrente de excita o A Figura 3 22 Determina o do Tri ngulo de Potier 78 Da figura 3 22 t m se que o comprimento do seguimento OF dado pela corrente de excita o necess ria para gerar a tens o de excita o do modelo de circuito equivalente descrito pela figura 1 1 O seguimento RF dado pela componente da corrente de excita o respons vel por gerar a rea o de armadura e o seguimento OR dado pela componente da corrente de excita o respons vel por produzir o fluxo de dispers o no entreferro O tri ngulo abc conhecido como o Tri ngulo de Potier e sua altura ac representa a queda de tens o pela Reat ncia de Potier X Para uma dada corrente de armadura a base e a altura do tri ngulo praticamente constante quando o efeito do fluxo de dispers o considerado pequeno
42. circuito para a mesma corrente de armadura Para a m quina em estudo tem se R 132 pu Momento de In rcia J O Momento de In rcia mede a distribui o da massa de um corpo entorno do seu eixo de rota o Para o c lculo tem se J mr tonelada m 2 9 onde m massa do corpo r dist ncia do corpo ao eixo de rota o 20 Para a m quina em estudo tem se J mr 1610m Constante da energia armazenada do Gerador H Define se como o quociente entre a energia cin tica armazenada no rotor quando a maquina opera na velocidade constante e a pot ncia aparente nominal do gerador Para a maquina em estudo tem se H 3 1857s 21 3 ENSAIOS Neste cap tulo ser o descritos os diferentes ensaios de comissionamento realizados em um gerador s ncrono antes de sua opera o comercial Os ensaios s o divididos em duas categorias ensaios est ticos e ensaios din micos 3 1 Ensaios Est ticos Os ensaios est ticos s o todos aqueles testes que n o implicam no giro da unidade geradora Dentre esses ensaios alguns n o possuem interfaces com os demais equipamentos da central geradora podendo ser efetuados em paralelo com as atividades de montagem Os principais ensaios est ticos que fazem parte do rol de testes realizados no gerador antes da sua entrada em opera o ser o descritos nas se es seguintes 3 1 1 Ensaio de medi o da resist ncia de isolamento e verifica o do ndice de P
43. da tens o a fim de evitar o efeito de polariza o O ndice de polariza o um par metro que analisa a caracter stica do isolamento com a aplica o da tens o durante dez minutos Para o c lculo deste par metro as leituras s o tomadas ap s um minuto e dez minutos da aplica o da tens o Recomenda se tamb m que al m das leituras de um e dez minutos sejam tomadas as leituras intermedi rias em intervalos de um minuto para monitorar se n o houve satura o e tamb m para uma melhor acur ria dos resultados Para o c lculo do ndice de polariza o utiliza se a seguinte f rmula Ria 10min R Amin onde IP ndice de Polariza o R 10 min Valor da resist ncia de isolamento medida ap s dez minutos 24 Ro 1min Valor da resist ncia de isolamento medida ap s um minuto Conclu das as leituras e desligado o meg hmetro conecta se terra o enrolamento sob ensaio para descarga O tempo de descarga aconselh vel quatro vezes o tempo de dura o do ensaio 7 Para a realiza o do ensaio deve se utilizar o circuito esquematizado a seguir Figura 3 1 Esquema de liga o para medi o da resist ncia de isolamento e ndice de polariza o do estator Legenda Wi Enrolamento da fase submetida ao ensaio F2 Enrolamento do rotor M Meg hmetro Ap s a obten o dos resultados deve se efetuar uma avalia o dos valores obtidos seguindo os crit rios desc
44. do pertencente classe F de isolamento possui uma corrente nominal de campo igual a 1140 A e uma resist ncia hmica de 13 R 151 mQ corrigida para a temperatura de 115 C Calcula se o valor da perda no enrolamento rot rico da seguinte forma Por I R 1140 0 151 197 kW rotor Perdas no n cleo A perda no n cleo se deve varia o dos mecanismos como o fen meno de histerese e a correntes parasitas relativos ao campo magn tico flutuante produzido nos enrolamentos da m quina O seu valor pode ser obtido pela diferen a na pot ncia necess ria para conduzir a m quina na velocidade nominal quando esta excitada produzindo uma tens o nos seus terminais tens o nominal vazio e a pot ncia necess ria para conduzir a m quina com a mesma velocidade mas sem excita o Para a m quina em estudo tem se P 275 kW n cleo Perdas externas Sistema de Excita o Essas perdas externas est o relacionadas s perdas el tricas e mec nicas dos equipamentos que formam o sistema de excita o diretamente ligados estrutura do gerador Devem ser inclusos a fonte CC o Regulador de Tens o e os outros dispositivos associados ao sistema de excita o Para a m quina em estudo tem se c 25 00 kW Perdas por atrito e ventila o As perdas por atrito e ventila o incluindo o atrito mec nico das escovas a pot ncia dissipada pelo sistema de ventila o e pelo a
45. e A Fase 0 007300 0 007292 0 007303 10 00 i c T 0 007306 7 90 O W gt O gt O W gt 41 0 007301 0 007292 0 007305 Temperatura de medi o 28 96 C Sabendo que o valor de projeto da resist ncia hmica do enrolamento do estator de 0 00731 Q pode se calcular a diferen a entre esse valor e o valor coletado em campo para cada fase e Fase A AR R jeo Rimedip 0 00731 0 007301 9x10 gt AR 0 1 e Fase B AR R oeo Rameaio 90073 1 0 007292 18x10 gt AR 0 25 e Fase C AR R jo Rineaig 040073 1 0 007305 5x10 gt AR 0 07 Baseando no crit rio de avalia o conforme descrito anteriormente dos resultados encontrados acima pode se concluir que o ensaio de medi o da resist ncia hmica do enrolamento de armadura foi considerado satisfat rio Nenhum valor da resist ncia coletado em campo ultrapassou a toler ncia de 3 em rela o ao valor de projeto para cada fase 42 3 1 4 Medi o da resist ncia de isolamento do Rotor A resist ncia de isolamento definida como sendo a capacidade do isolamento el trico de um enrolamento resistir circula o de uma corrente cont nua 7 O rotor a estrutura rotativa de uma m quina el trica O ensaio de medi o de sua resist ncia de isolamento avalia o tipo e a condi o em que se encontra o material isolante bem como da t cnica utilizada na aplica o deste m
46. ens o residual do circuito magn tico dada por E 23 661 Fazendo uma an lise da curva de magnetiza o pode se obter uma express o matem tica para descrever o efeito f sico da satura o A express o obtida tem a seguinte forma E Le RA er 4 2 as 83 O primeiro termo representa a parte linear da curva linha de entreferro e o segundo termo a parte exponencial que caracteriza a satura o magn tica da m quina Para encontrar os coeficientes desta express o 4 e B devem se utilizar os seguintes artif cios matem ticos Selecionam se dois pontos que define melhor a an lise Ponto a E 8107 7V gt 1 349 66 A gt 6 98 Aer 4 3 Ponto b E 165328V I 1084 31A 385 54 A e 4 4 Caracter stica vazio Ters o de armadura 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Corrente de excita o A Figura 4 1 Exemplo Caracter stica vazio Dividindo 4 4 por 4 3 tem se 385 54 A e 88s 6 98 A e 075 gt 55 23 e 5 5 gt B_ 0 000476V e A 0 00266 Portanto a f rmula matem tica que descreve a curva de satura o vazio da m quina em estudo dada por 84 0 000476xE E I 0 00266 23 66 4 5 O primeiro passo para se conhecer os par metros do gerador determinar a localiza o do eixo em quadratura q Tomando como refer ncia a tens o nominal no estator isto V vious RI V nominal 79
47. ente de fuga o TP deve fornecer uma corrente de curto circuito suficiente para manter um n vel de tens o em 3 durante uma eventual descarga el trica De acordo com 4 considera se satisfat rio a realiza o do ensaio de tens o aplicada no enrolamento estat rico se no decorrer da aplica o da tens o nenhuma evid ncia de dist rbio ou falha no isolamento for observada Essa falha no isolamento el trico ou quebra do isolamento caracterizada por uma acentuada descarga capacitiva cnamada de disparo no local onde se localiza a falha Em alguns casos entretanto essa falha observada por uma mudan a brusca na corrente de medi o Para a m quina em estudo sabendo que a tens o nominal do enrolamento do estator 13800 V tem se que a tens o de teste em CA dada por V a 2x 13800 1000 28600 V O resultado do ensaio foi considerado satisfat rio pois durante o tempo de aplica o da tens o aproximadamente um minuto nenhuma descarga el trica foi evidenciada Assim pode se considerar que o enrolamento do estator passou pelo teste de tens o aplicada e que o material utilizado o isolamento est em timas condi es 36 3 1 3 Medi o da resist ncia hmica do enrolamento do Estator A medi o da resist ncia nmica considerada como ensaio de rotina e deve ser realizado sempre antes dos ensaios din micos com a finalidade de se obter as caracter sticas da m quina el trica Difere
48. entre a corrente de excita o da curva vazio e da linha de entreferro I Corrente de excita o tirada da linha de entreferro para uma tens o nominal de excita o Ta Corrente de excita o para a corrente nominal de armadura tirada do ensaio em curto circuito An lise dos resultados Para a m quina em estudo a tabela 3 12 descreve os resultados obtidos para o ensaio de fator de pot ncia zero Tabela 3 12 Dados do ensaio de Fator de Pot ncia Zero Tens o terminal V Corrente de Excita o A Fator de Pot ncia 0 558 2 0 06876 13843 9 846 00 0 10893 O calculo da reatancia de Potier dada por pa o o 3104 3xV3 Sabendo que a imped ncia de base Z 2 56658 Q tem se 0 64 0 25 pu 2 56658 p 81 x 02 0 08 pu Sabendo que a corrente de excita o determinada pelo ensaio em curto circuito para uma corrente nominal de armadura 1 558 2A que o valor da corrente de excita o determinada pela linha de entreferro I 574 46 Ae que diferen a entre a corrente de excita o da curva vazio e da linha de entreferro Al 16 26 A a corrente d excita o nominal pode ser obtida pela equa o 3 10 Tp 16 26 574 46 558 2x0 3 1 558 2x0 95 Pd 932 15A Sabendo que valor de projeto da corrente de excita o nominal 1140 0 A e que o valor da resist ncia de dispers o X 0 104 pu f projeto l proj
49. epebaet sth eas eraa St En cay ae 6 2 3 1 DOSCHIGAO visits Ren RE ORI eters RD e trates 6 2 3 2 Dados Nominais de Projeto as SC ganga 6 De ENSAIOS ae dns ie en a a a i a n a a a hala ieee 22 31 Ensaios Est ticos nenn a a aa aaeh 22 3 1 1 Ensaio de medi o da resist ncia de isolamento e verifica o do ndice de Polariza o do estator IP cassio uam ere eh oreo ESSO aun ened enemas 22 3 1 2 Ensaio de tens o aplicada no enrolamento do Estator 32 3 1 3 Medi o da resist ncia hmica do enrolamento do Estator 37 3 1 4 Medi o da resist ncia de isolamento do Rotor 43 3 1 5 Ensaio de tens o aplicada no enrolamento do Rotor 47 3 1 6 Medi o da resist ncia hmica do enrolamento de campo 51 3 2 ENSAIOS Din micos assenta ia os a 56 3 2 1 Ensaio a VAZIO sarna hos aneaeien nieces eras aa enone RES de e cae 56 3 2 2 Ensaio em curto circuito ox surest sree seas EQ iu tenn 63 3 2 3 Verifica o da sequ ncia de fase 70 3 2 4 Ensaio de rejei o de carga ativa cccccccccccseeeeeeeeeeeeseeeeeeeeeeeeeeeeeee 72 3 2 5 Curva de Fator de Pot ncia Zero e determina o da corrente de excita o NOMmInal ezaa sata nas sor ook do fadas Antena pia SGA Uia anos AR Cal SRP 77 4 EXEMPLO DE C LCULO DAS CARACTER STICAS DO GERADOR 83 Bi CONCLUS O mamas do ana na aeanpadematara meee 89 REFER NCIAS BIBLI
50. equ ncia de tr s letras como DCE direita centro esquerda ou ECD esquerda centro direita definida por um observador olhando para os terminais do lado de fora da m quina Em casos em que os terminais estejam localizados na parte superior ou inferior da m quina a sequ ncia de fases definida olhando para o extremo da m quina perto dos terminais em dire o ao eixo da mesma Objetivo do ensaio Este ensaio visa determinar se a sequ ncia de fases marcada nos terminais do gerador est de acordo com o especificado no projeto M todo do ensaio Antes de come ar o ensaio deve se certificar se os valores das resist ncias de isolamento dos enrolamentos anel coletor e porta escovas e se a polaridade dos transformadores de potencial assim como suas liga es nos barramentos est dentro do especificado pois qualquer erro pode implicar em sequ ncia inversa De acordo com 13 existem dois m todos para realizar a verifica o da sequ ncia de fases S o eles o m todo do sequenc metro e o m todo da indica o de diferen a de potencial Os dois m todos s o descritos a seguir e M todo 1 Sequencimetro No ensaio em vazio ap s obten o do ponto m ximo da curva na curva de descida ajusta se a tens o nominal para verifica o da sequ ncia de fases por meio da conex o de um sequenc metro nos terminais secund rios dos TPs 70 A conex o do aparelho ao TP deve ser feita com bastante cuidad
51. eto pode se calcular a diferen a entre os valores de projeto e o valor calculado e Al fo o I 1140 00 932 75 207 25 gt AI 18 e AX X 0 104 0 08 0 02 gt AX 25 l projeto Baseando no crit rio de avalia o descrito em 6 do resultado encontrado acima pode se concluir que o c lculo da corrente de excita o nominal pelo m todo do Diagrama ASA foi considerado satisfat rio pois n o ultrapassou a toler ncia de 20 em rela o ao valor de projeto J para a reat ncia de dispers o o mesmo n o pode ser conclu do pois o erro calculado ultrapassa a margem limite de 10 para esse par metro Essa discrep ncia se deve principalmente na obten o dos dados da curva de Fator de Pot ncia Zero em que no momento da medi o os equipamentos n o estavam devidamente calibrados 82 4 EXEMPLO DE C LCULO DAS CARACTER STICAS DO GERADOR Neste cap tulo ser o realizados os c lculos dos principais par metros do gerador s ncrono em estudo utilizando os conceitos tratados em 16 Inicia se determinando a equa o da linha de entreferro como sendo gt ey 4 1 Escolhendo um ponto na parte linear da curva de satura o a vazio corrigida tem se E 21353V I 115 59 A Dai E E a go ee a 23 66 V A 115 59 Portanto a express o matem tica que descreve a parte linear da caracter stica vazio da m quina em estudo considerando a corre o da t
52. i es e esquem ticos a apresenta o e justificativa dos principais crit rios de avalia o descritos em norma e o procedimento adotado em um conceituado livro de m quinas el tricas para a determina o das caracter sticas da m quina em estudo para uma situa o real de carga Por fim apresentada a conclus o do projeto expondo as principais id ias levantadas sobre a obten o dos dados coletados em campo durante a fase de comissionamento por parte da equipe respons vel pelo fornecimento da unidade geradora Palavras chave Gerador s ncrono Ensaios de comissionamento Determina o de caracter sticas e par metros vi ABSTRACT The aim of this paper is the description and analysis of the recommended site tests and the special performance tests of a synchronous generator during the commissioning phase This is an exploratory project aimed to analyze and identify the main tests conducted in a synchronous generator before its commercial operation through visits to the place of commissioning to follow up and collect the results obtained in the field Initially references will be presented for the concepts of the main parameters that describe the model of the equivalent circuit of a synchronous machine operating in steady and transitory state giving basis for the analysis of the obtained results In the sequence the methodological procedures are approached through definitions descriptions and schematic A
53. isolamento e IP do estator em 27 C Conex es U1 V1 W1 U1 V1 Wi UI V1 Wi U1 V1 W1 SUSE epee ee MQ MQ MQ 725 687 337 1170 1070 635 1510 1430 882 1730 1670 969 1920 1850 1280 2040 1970 1430 2200 2080 1520 2260 2160 1690 2300 2260 1720 2400 2330 1890 27 27 27 73 5 73 5 73 5 p ai 3 31 3 39 5 61 Ra 1min A medida da resist ncia de isolamento cresce rapidamente quando a tens o inicialmente aplicada e no decorrer da aplica o essa medida gradualmente se aproxima de um valor constante Isso pode ser explicado pela din mica das mol culas presentes no material isolante empregado na constru o do enrolamento Desde que essas mol culas tendem a se opor s for as atrativas de outras mol culas isso leva geralmente alguns minutos ap s a aplica o do campo el trico 28 para que essas mol culas se reorientem e consequentemente para que a energia de polariza o da corrente gerada se reduz a zero Para uma melhor visualiza o da varia o do valor da resist ncia de isolamento durante a aplica o da tens o os valores medidos s o plotados no gr fico da figura 3 2 Tipos modernos de materiais isolantes como o material utilizado na constru o do isolamento do enrolamento estat rico da m quina em estudo epoxy mica o valor da resist ncia de isolamento ir aproximar se de um valor constante em 4 minutos ou menos
54. ito equivalente em regime permanente Para uma melhor compreens o a respeito do comportamento dos principais par metros de uma m quina s ncrona de p los salientes desenvolveu se um modelo de seu circuito equivalente A figura 2 1 descreve esse modelo la gt id iq i Sistema Turbina Figura 2 1 Modelo do Circuito Equivalente Neste modelo s o consideradas somente as caracter sticas do estado permanente e a descri o feita para cada fase do enrolamento de armadura A tens o E definida como sendo a tens o induzida no enrolamento de armadura Do circuito tem se E R 1 jX l iX 1 V 2 4 Sendo 7 a corrente que circula no enrolamento de armadura e pode ser dividida em duas componentes uma atuando no eixo d direto e a outra no eixo q quadratura Logo 2 5 As componentes e J produzem quedas de tens o caracterizadas pela presen a das reat ncias X e X Para melhor elucidar o modelo do circuito equivalente do gerador s ncrono em estudo ser o dados as defini es e os valores nominais de projeto de cada par metro baseados em 2 e 3 Reatancia s ncrona de eixo direto X Define se como sendo a raz o entre a componente AC da tens o de armadura E que produzida pelo fluxo total no eixo direto gerado pela componente 17 da corrente de armadura pela componente AC dessa corrente considerando que a m quina opera na velocidade nomi
55. la o das estruturas da unidade geradora De acordo com a norma 9 para o enrolamento do estator deve se aplicar a tens o em cada fase separadamente com as demais fases conectadas a terra Objetivo do ensaio Este ensaio visa avaliar a suportabilidade do diel trico de m quinas rotativas quando submetido a tens es acima da nominal garantindo desta forma seu bom desempenho durante a vida til da m quina 32 M todo do ensaio O valor da tens o de ensaio aplicada no enrolamento do estator em corrente alternada de 1000 V mais duas vezes a tens o nominal em volts na frequ ncia industrial 60 Hz de acordo com 9 tendo como base as caracter sticas nominais do enrolamento em teste Para a m quina em estudo utilizou se um HIPOT aparelho utilizado na maioria dos testes que necessitam de uma fonte de corrente alternada com um n vel adequado de equil brio no valor da tens o aplicada Este aparelho fornece uma tens o est vel suficiente para assegurar que a sua forma n o seja afetada pela varia o da corrente de fuga Produzida nas estruturas de isolamento submetidas a uma aplica o de alta tens o Caso n o exista fonte CA dispon vel pode se utilizar tens o continua Entretanto de acordo com a norma 10 o valor aplicado deve ser 1 7 vezes maior que o valor especificado em corrente alternada Esse valor determinado pela realiza o de testes em tens o cont nua e alternada descrit
56. lamento e o tempo de aplica o n o deve ser maior que 1 minuto 51 De acordo com 13 pode se determinar o valor da resist ncia em carga para determina o da temperatura do rotor estabilizada Neste caso aplic vel o m todo da corrente e tens o onde se mede a resist ncia com os an is coletores E o rotor exposto em um ambiente com temperatura constante por um tempo suficientemente longo para que toda sua estrutura permane a na mesma temperatura Para um melhor entendimento dos dois m todos utilizados para a medi o da resist ncia hmica dos enrolamentos da m quina s ncrona em estudo uma breve descri o ser feita e M todo da corrente e tens o Esse m todo consiste em fazer circular uma corrente cont nua que pode ser ajustada atrav s de um reostato ligado em s rie com a fonte CC e o enrolamento medindo se a queda de tens o nos terminais do enrolamento Com altera es no valor do reostato obt m se diferentes valores de corrente e tens o O valor da corrente n o deve ultrapassar a 10 da corrente nominal do enrolamento sendo suficiente para garantir uma perda pequena que n o ir causar uma significativa mudan a na temperatura do enrolamento durante o tempo de aplica o De acordo com 6 devem se efetuar no m nimo tr s medi es de resist ncia hmica com valores de correntes diferentes O valor a ser considerado a m dia das medi es No caso de valor discrepante ou seja que
57. lizados quando a m quina se encontra em movimento giro mec nico No momento da sua realiza o recomenda se que seja efetuada a distribui o de pessoas por toda a unidade para observa o de eventuais anomalias e ou ru dos estranhos bem como defini o da ordem de contato com o gerente l der do grupo de comissionamento para caso houver necessidade abortar o ensaio em curso Todos os ensaios executados devem ser registrados nas respectivas planilhas de resultados para obten o de par metros de compara o com o projeto e an lise dos dados operacionais iniciais dos equipamentos e sistemas auxiliares que servir o como valores de refer ncia para composi o do hist rico e utiliza o na futura opera o e manuten o do equipamento 1 2 Estrutura do Trabalho Este trabalho apresenta se desenvolvido da seguinte forma O Cap tulo 2 destina se conceitua o dos principais par metros de uma m quina s ncrona operando como um gerador S o definidas as caracter sticas e os dados nominais de projeto tanto de estado permanente quanto de estado transit rio da m quina em estudo No Cap tulo 3 s o apresentados os principais ensaios realizados na fase de comissionamento S o definidos os conceitos os objetivos e a metodologia de cada ensaio Os resultados obtidos para a m quina em estudo s o descritos e uma an lise quanto ao crit rio de avalia o feita comparando se com os valores nominais de projet
58. ltado do ensaio da resist ncia de isolamento do rotor para 27 C 46 Tabela 3 7 Resultado do ensaio da resist ncia de isolamento do rotor para 40 C 46 Tabela 3 8 Valores medidos da resist ncia hmica do enrolamento de campo 55 Tabela 3 9 Dados do ensaio vazio coletados em campo 60 Tabela 3 10 Dados do ensaio em curto circuito coletados em Campo 65 Tabela 3 11 Dados do ensaio de rejei o de carga 75 Tabela 3 12 Dados do ensaio de Fator de Pot ncia Zero 81 LISTA DE S MBOLOS E ABREVIATURAS CA Corrente Alternada CC Corrente Cont nua IEC International Electrotechnical Commission IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ITC Instru o de Teste de Campo kV Quilovolt kVA Quilovolt amp re kvar Pot ncia Reativa kW Pot ncia Ativa RT Regulador de Tens o RV Regulador de Velocidade TC Transformador de Corrente TP Transformador de Pot ncial UHE Usina Hidrel trica xi SUM RIO 1 INTRODU O E sr eee cca dane Cop oe telnet E NG ap UP 1 1 1 Filosofia do Comissionamento asse ucacenpees ses ses Anata nuns baSak ma anta usas an mass 2 12 Estrutura do Trabalho asseio sara ARO ASSES SABOR eaten a 3 2 CARACTER STICAS E ASPECTOS CONSTRUTIVOS s es 5 2 1 Estrutura do EStalO resserc e a a anos canes 5 22 Estrutura do ROLO santa ra E ane OR a aa e i 6 2 3 Dados T CNICOS sz ctew lsat sucdetseues ti veas venti ts coute
59. nal Existem dois diferentes valores para este par metro a componente saturada X e n o saturada X A reat ncia s ncrona de eixo direto n o saturada X pode ser determinada pela rela o entre a tens o nominal e a corrente de armadura obtida com a mesma corrente de campo no ensaio de curto circuito O valor de projeto dado por X n 0 947 pu 10 A reat ncia s ncrona de eixo direto saturada X depende das condi es de opera o da m quina e est relacionada satura o do circuito magn tico O valor nominal de projeto dado por Xa 9 757 pu Reatancia s ncrona de eixo em quadratura X Define se como sendo a raz o entre a componente AC da tens o de armadura que produzida pelo fluxo de armadura total no eixo em quadratura gerado pela componente 7 da corrente de armadura pela componente fundamental dessa corrente no estado permanente e em condi es nominais de frequ ncia O valor nominal de projeto dado por X 0 60 pu Reatancia de dispers o X A reat ncia de dispers o do enrolamento est ligada ao fluxo de dispers o gerado pela rea o de armadura no circuito magn tico do enrolamento de armadura Seu valor pode ser encontrado a partir da Curva de Fator de Pot ncia Zero e a constru o do Tri ngulo de Potier Para a m quina em estudo tem se X 0 104 pu Resist ncia de campo R A resist ncia hmica de campo define se como sendo a rela o ent
60. nte dos outros ensaios est ticos descritos anteriormente a medi o da resist ncia hmica dos enrolamentos da m quina deve ser realizada quando todas as estruturas da m quina j tiverem sido devidamente montadas E de acordo com a norma 9 a resist ncia hmica do enrolamento do estator deve ser medida em cada fase separadamente Se por alguma raz o a resist ncia por fase n o puder ser feita diretamente a medi o feita entre cada par do terminal de linha do enrolamento Objetivo do ensaio Este ensaio visa obter a resist ncia nmica do enrolamento de armadura a qual poder ser usada para calcular as perdas 1 R e determinar a componente ativa da queda de tens o interna em carga ou para determinar a temperatura dos enrolamentos Al m disso importante sua compara o com os valores de projeto para se detectar poss veis erros de liga o durante a bobinagem M todo do ensaio Existem diferentes m todos de medi o da resist ncia hmica do enrolamento de uma m quina el trica A escolha do melhor m todo depende da natureza do circuito formado pelo enrolamento da m quina em teste e do grau de acur cia que se deseja obter com a medi o De acordo com 12 e tendo como base as caracter sticas da m quina s ncrona descritas no cap tulo 2 deste trabalho como valor de projeto da resist ncia do enrolamento estat rico menor que aproximadamente 59 tem se que os dois m todos mais utilizad
61. o pois deve se observar a conven o adotada para as marcas de polaridade feita nos TPs 14 Para a realiza o do ensaio com o sequenc metro deve se utilizar o circuito esquematizado a seguir Figura 3 20 Esquem tico para verifica o da sequ ncia de fase Legenda S Seq enc metro TP Transformador de potencial e M todo 2 Indica o de diferen a de potencial Este m todo verifica se a m quina est na mesma sequ ncia de fases do sistema el trico em que est conectada com a utiliza o de l mpadas indicativas conectadas ao secund rio dos TPs A m quina deve ser acelerada e a excita o deve ser aplicada correspondendo tens o nominal de opera o Quando a velocidade de rota o da m quina estiver pr xima a velocidade s ncrona as l mpadas conectadas aos TPs ir o acender ou permanecer apagadas simultaneamente se a m quina estiver em 71 fase com a rede Se as l mpadas acenderem uma depois da outra ou permanecerem apagadas quer dizer que a m quina est na sequ ncia oposta An lise dos resultados Para a m quina em estudo utilizou se o m todo do sequenc metro para a verifica o da sequ ncia de fase Para um observador posicionado enfrente aos terminais da m quina a vis o das fases do enrolamento do estator ABC O valor especificado no projeto ou seja a sequ ncia de tr s letras DCE direita centro esquerda Assim o ensaio de verific
62. o definidos no cap tulo 2 Um exemplo de c lculo das principais caracter sticas da m quina realizado 3 no cap tulo 4 mostrando os conceitos e metodologia desenvolvidos em um conceituado livro de m quinas el tricas No final feita uma an lise dos valores obtidos para uma situa o real de carga As conclus es finais alcan adas com este trabalho s o abordadas no Cap tulo 5 2 CARACTER STICAS E ASPECTOS CONSTRUTIVOS O princ pio de funcionamento de um gerador s ncrono baseado na lei da indu o eletromagn tica de Faraday A gera o da for a eletromotriz fem devido ao movimento relativo entre os condutores e o fluxo magn tico gerado pela circula o das correntes nas duas principais partes el tricas da m quina o estator e o rotor No rotor a circula o de corrente devido ao sistema de excita o pela aplica o de uma fonte de corrente cont nua E a circula o de corrente no estator devido liga o do mesmo a uma carga As caracter sticas do estator e do rotor ser o descritas a seguir juntamente com seus aspectos construtivos que melhor representam o modelo f sico adotado para descrever seu desempenho e funcionalidade Essas caracter sticas s o baseadas nos valores nominais de projeto 2 1 Estrutura do Estator A estrutura do estator de uma m quina s ncrona cil ndrica e composta de um material ferromagn tico laminado posicionado de forma a deixar espa o
63. olariza o do estator IP Das defini es citadas em 3 e 7 tem se que a resist ncia de isolamento definida como sendo a capacidade do isolamento el trico de um enrolamento resistir a circula o de uma corrente cont nua O ndice de Polariza o define se como sendo a medida que descreve a varia o da resist ncia de isolamento com o tempo Nos enrolamentos das m quinas rotativas a resist ncia de isolamento fun o do tipo e da condi o em que se encontra o material isolante utilizado bem como da t cnica utilizada na aplica o deste material para constru o dos 22 enrolamentos Geralmente a resist ncia de isolamento varia proporcionalmente com a camada de isolamento e inversamente com a rea da superf cie do condutor Da defini o a resist ncia de isolamento o quociente da tens o continua aplicada no elemento isolante pela corrente total em um determinado tempo Essa corrente total 7 que aparece no instrumento de medi o amper metro a soma de quatro diferentes correntes sendo elas corrente de fuga 1 corrente geom trica capacitiva 1 corrente de condu o e corrente de absor o 1 As defini es das correntes geradas no enrolamento em teste com a aplica o da tens o cont nua podem ser encontradas em 7 Objetivo do ensaio O ensaio de medi o da resist ncia de isolamento do enrolamento do estator visa obter informa es sobre o est
64. orr ncia de um curto circuito contando os primeiros ciclos Para a m quina em estudo tem se X 0 24 pu Sabendo que o valor de x e x s o iguais tem se que a m quina em estudo n o possui sali ncia sub transit ria Constante de tempo transit ria em circuito aberto eixo direto T Define se como sendo o tempo necess rio para a tens o de armadura em circuito aberto devido ao fluxo no eixo direto seguido de uma mudan a repentina nas condi es de opera o decrescer 0 368 do seu valor inicial decaimento exponencial 1 com a m quina operando na velocidade nominal Para a m quina em estudo o valor de projeto dado por T 6 255 18 Constante de tempo transit ria em curto circuito eixo direto 7 Define se como sendo o tempo necess rio para a componente 1 da corrente de armadura acompanhando uma abrupta mudan a nas condi es de opera o passado os primeiros ciclos decrescer 0 368 de seu valor inicial decaimento exponencial 1 com a m quina operando na velocidade nominal O seu valor pode ser obtido da seguinte rela o D OE nme GP Wa 2 8 Onde os valores da rela o s o as constantes e reat ncias descritas anteriormente Logo para a m quina em estudo tem se X T 0 278x6 25 _ T RR 0 947 1 83 s Constante de tempo sub transit ria em circuito aberto eixo direto 7 Define se como sendo o tempo necess rio para a tens o de
65. os coletados do ensaio em curto circuito s o descritos na tabela 3 10 Tabela 3 10 Dados do ensaio em curto circuito coletados em campo 1 Te rico 111 49 100 21 90 26 80 39 69 11 60 67 50 63 31 15 26 23 18 05 9 72 1 33 Fase B medido 3735 84 3463 70 3113 29 2804 10 2497 46 2147 08 1884 78 1573 00 967 84 814 96 560 82 302 12 41 30 Corrente de Armadura Fase A medido 120 25 medido I media calculada 3733 03 3461 04 3110 92 2802 04 2495 58 2145 42 1883 31 1571 75 967 03 814 30 560 35 301 88 41 26 Corrente Excita o 678 70 623 60 557 95 501 11 445 04 381 53 334 14 278 21 170 91 142 80 97 92 51 57 0 00 Tens o Excita o V V 83 44 77 04 69 12 62 32 55 69 48 01 42 33 2441 22 24 18 72 12 86 6 91 0 00 A partir dos dados descritos na tabela acima consegue se construir a caracteristica de curto circuito do gerador sincrono em estudo A figura 3 18 contempla essa caracteristica 65 Caracter stica de curto circuito 140 Corrente de armadura 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Corrente de excita o A Figura 3 18 Curva caracter stica de curto circuito Pela constru o da caracter stica de curto circuito nota se uma linearidade Isso se explica pelo fato de que nas condi es de curto circuito o circuito magn tico n o sofre satura
66. os em 11 comparando a durabilidade de um material isolante contendo falhas em sua estrutura e de testes em tens o cont nua e alternada comparando a durabilidade do isolamento em estruturas novas e intactas O ensaio em CA deve ser iniciado com uma tens o que n o exceda a metade 2XV mina 1000 V nomina do valor da tens o total aplicada ou seja menor que Ent o deve se elevar o valor da tens o a uma velocidade de 0 5 kV s que corresponde a aproximadamente 2 da tens o total aplicada at atingir o valor especificado permanecendo neste n vel por um minuto sendo ent o reduzida a zero volt tamb m com a mesma velocidade Essa velocidade de eleva o da tens o aplicada permite obter grande acur cia nos valores medidos pelo equipamento de medi o utilizado 8 Em caso de repeti o do ensaio ou quando os enrolamentos n o s o novos o valor da tens o a ser utilizado 85 do valor acima indicado 4 33 Ap s o final do teste conforme descrito em 10 a m quina deve permanecer aterrada por um tempo quatro vezes maior que o de ensaio Isso garante que nenhum resqu cio de energia seja encontrado no enrolamento ap s a execu o do ensaio Deve se evitar desligar a fonte com tens es superiores a 40 em rela o tens o nominal do enrolamento em teste As seguintes observa es devem ser consideradas para um melhor monitoramento do ensaio realizado e Os par metros de ensaio como
67. os realizados em um gerador s ncrono espec fico quanto aos seus conceitos objetivos e metodologia Uma an lise qualitativa feita a partir dos resultados coletados em campo O gerador s ncrono em estudo uma m quina produzida e montada pela VA TECH HYDRO do Grupo ANDRITZ Os resultados dos ensaios foram coletados durante a fase de comissionamento realizada na Usina de Capim Branco II localizada no rio Araguari entre os munic pios de Uberl ndia e Araguari no per odo de Janeiro Mar o do ano de 2007 1 1 Filosofia do Comissionamento A fase de comissionamento de um gerador s ncrono realizada ap s a conclus o da montagem das estruturas do gerador pela empresa respons vel que dever fornecer o Certificado de Conclus o de Montagem CCM contendo al m do visto do respons vel t cnico as eventuais pend ncias de montagem e ou fornecimento De posse deste certificado o supervisor de comissionamento dever avaliar as reais condi es para o in cio dos ensaios caso o mesmo considere que o equipamento n o esteja em condi o de opera o o documento dever ser devolvido equipe de montagem para as devidas corre es O comissionamento do gerador s ncrono dividdo em duas fases Primeiramente tem se a fase de pr comissionamento que consiste na realiza o da calibra o e verifica o do correto funcionamento de todos os equipamentos e instrumentos utilizados para medi o e monitoramento dos princip
68. os s o o m todo volt metro amper metro mais conhecido como m todo da corrente e tens o e o m todo da ponte de Thomson 37 Para os dois m todos deve se monitorar a temperatura do enrolamento pois de acordo com 6 o aumento da temperatura do enrolamento n o deve ultrapassar 1 K durante a realiza o do ensaio Se o monitoramento da temperatura n o for feito o valor da corrente que passa pelo enrolamento em teste n o deve ultrapassar 10 do valor da corrente nominal do enrolamento e o tempo de aplica o n o deve ser maior que 1 minuto Os dois m todos s o descritos a seguir e M todo da corrente e tens o Esse m todo consiste em fazer circular uma corrente cont nua que pode ser ajustada atrav s de um reostato ligado em s rie com a fonte CC e o enrolamento medindo se a queda de tens o nos terminais do enrolamento Com altera es no valor do reostato obt m se diferentes valores de corrente e tens o Devem se efetuar no m nimo tr s medi es de resist ncia hmica com valores de correntes diferentes O valor a ser considerado a m dia das medi es No caso de valor discrepante ou seja que diferem de 0 01 do valor da m dia em pu recomenda se n o consider lo e repetir a medi o O esquem tico do m todo descrito na figura 3 6 a seguir F1 F2 Figura 3 6 Esquem tico do m todo volt metro amper metro 38 Legenda F Fonte CC
69. par metros da m quina deve se efetuar a segunda parte de testes na unidade geradora Entende se por ensaios din micos todos os testes realizados quando a m quina se encontra em movimento giro mec nico Antes de iniciar esta etapa devem se efetuar algumas prepara es para garantir o correto funcionamento do gerador nessa fase de comissionamento Por exemplo verificar se as escovas est o instaladas corretamente ajustar as prote es de corrente para n o atuarem durante o ensaio e verificar se o regulador de velocidade est operando satisfatoriamente garantindo assim uma rota o constante 3 2 1 Ensaio a vazio Em uma m quina s ncrona conforme descrito no cap tulo 2 a tens o induzida no enrolamento de armadura proporcional a velocidade de rota o da m quina e ao fluxo de excita o sendo esse ltimo dependente da corrente de campo que circula no enrolamento do rotor Variando se a corrente de campo tem se uma varia o na tens o induzida Inicialmente a tens o aumenta linearmente com o aumento da corrente de campo Quando o valor da corrente cresce consideravelmente percebe se o efeito da satura o do circuito magn tico pois o fluxo produzido n o cresce mais linearmente com o aumento da corrente Para efeito de compara o a figura 3 13 mostra a caracter stica te rica da m quina s ncrona em estudo 2 56 CALCULATED CHARACTERISTICS Since e i EC i aa 1 5 Hu 25
70. parando com os valores de projeto descritos no cap tulo 2 o resultado do ensaio em curto circuito pode ser considerado satisfat rio pois os valores obtidos para a reat ncia de eixo direto e para a rela o de curto circuito possuem uma diferen a de menos de 10 dos valores espec ficos de projeto como se pode ver pelos c lculos abaixo e Reat ncia eixo direto AX e Xa projeto X 0 947 0 97 0 023 gt AX 2 4 e Rela o de curto circuito AR R R 1 32 1 22 0 10 gt AR 7 5 o c projeto Conclu do os ensaios a vazio e em curto circuito a caracteriza o da m quina em estudo descrita pela figura 3 19 68 Caracter sticas Gerador W42 150 125 Tens o de armadura Corrente de armadura 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Corrente de excita o A Figura 3 19 Caracteriza o do gerador W42 Do gr fico interpreta se que a curva em vermelho a caracter stica a vazio a curva em azul a caracter stica em curto circuito e a curva em preto a linha de entreferro 69 3 2 3 Verifica o da sequ ncia de fase A sequ ncia de fase define a ordem em que a tens o de fase alcan a o seu m ximo valor positivo nos terminais de uma m quina trif sica e deve estar de acordo com o especificado entre o fornecedor da m quina e o comprador Geralmente a sequ ncia de fase especificada em projeto dada em uma s
71. quisito para o in cio do ensaio O local de realiza o pode ser a rea de montagem da usina durante a instala o das estruturas da unidade geradora ou no po o do gerador quando toda estrutura da m quina j esteja montada e conectada Isso depende do contrato feito entre o fabricante e o comprador No caso da m quina em estudo este ensaio foi realizado no po o do gerador com todas as estruturas da m quina conectadas Objetivo do ensaio Este ensaio visa avaliar a integridade e desempenho do diel trico da estrutura do rotor quando submetido a tens es acima da nominal M todo do ensaio O valor da tens o de ensaio aplicada no enrolamento do rotor em corrente alternada de dez vezes a tens o nominal do enrolamento com um valor m nimo de 1500 V na frequ ncia industrial 60 Hz de acordo com 9 tendo como base as suas caracter sticas nominais 47 Para a m quina em estudo utilizou se o mesmo aparelho descrito anteriormente no ensaio no enrolamento do estator o HIPOT Caso n o exista fonte CA dispon vel pode se utilizar tens o cont nua Entretanto de acordo com a norma 10 o valor aplicado deve ser 1 7 vez maior que o valor especificado em corrente alternada ou seja Voc 1 7x 10xV 3 6 onde Voc Tens o de aplica o em corrente cont nua V Tens o nominal do enrolamento do rotor O ensaio em CA deve ser iniciado com uma tens o que n o exceda a metade xV
72. r dos dados coletados no ensaio vazio descritos na tabela 3 9 consegue se construir a caracter stica a vazio da m quina s ncrona em estudo As curvas da figura 3 15 mostram claramente a parte linear e o efeito da satura o do circuito magn tico da m quina Conforme mencionado anteriormente devido a um valor alto de tens o residual isto V residual 240 1 V faz se necess rio uma corre o Essa corre o feita a partir da intersec o da parte linear da curva linha de entreferro com o eixo das abscissas na sua parte negativa O comprimento do segmento do eixo das abscissas at a intersec o com o eixo das ordenadas representa o valor da corre o 60 Caracter stica vazio 150 125 a o oO Tens o de armadura N q q 25 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Corrente de excita o A Caracter stica vazio Caracter stica vazio corrigida Figura 3 15 Caracter stica de satura o a vazio Primeiramente define se a linha de entreferro pegando os pontos da parte linear da curva em azul Fazendo uma regress o linear obt m se o gr fico da figura 3 16 61 Linha de entreferro 150 125 100 75 4 Tens o de armadura 50 0 T T T T T T T T T T T T T 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Corrente e excita o A Figura 3 16 Linha de entreferro A equa o d
73. re a tens o nominal e a corrente nominal do enrolamento do rotor e respons vel pela queda de tens o interna em carga O valor desse par metro depende diretamente da temperatura em que se encontra a estrutura Sabendo que os valores nominais de projeto da tens o e corrente de excita o para uma temperatura de 115 C s o V 173V e J 11404 respectivamente tem se 11 tec 173 151 mo R 1140 T f Resist ncia de armadura R A resist ncia hmica de armadura definida com os mesmos crit rios da resist ncia do enrolamento de campo Na maioria dos modelos de circuito equivalente para m quinas de grande porte a resist ncia R possui um valor muito pequeno e quase sempre desconsiderada para facilitar os c lculos Para a m quina em estudo o valor nominal de projeto da resist ncia hmica do enrolamento do estator para cada fase na temperatura de 25 C dado por R 7 31 mQ Conclu da a descri o dos valores nominais dos principais par metros do modelo de circuito equivalente para a m quina operando em estado permanente a pr xima etapa encontrar as perdas relacionadas s diferentes estruturas e Perdas condi es nominais De acordo com a norma 4 para o c lculo das perdas nos enrolamentos estat rico e rot rico a resist ncia do enrolamento deve ser corrigida para a temperatura de refer ncia para cada tipo de classe de isolamento A tabela 2 1 mostra essa temperat
74. ritos a seguir 25 e Resist ncia de isolamento O valor da resist ncia de isolamento de um enrolamento depende da temperatura do enrolamento e do tempo de dura o da aplica o da tens o A massa t rmica da m quina em teste geralmente t o grande que a diferen a de temperatura entre os pontos de medi o um e dez minutos pode ser desconsiderada Assim para evitar o efeito da temperatura recomendado que todas as medidas da resist ncia de isolamento sejam corrigidas para uma base comum de temperatura em 40 C Tomando como base as considera es feitas em 8 tem se que a corre o do valor da resist ncia de isolamento medido feita a partir da equa o 3 2 abaixo Re K Gk isol isol 32 onde R valor da resist ncia de isolamento em MQ corrigida 40 C K coeficiente de temperatura na temperatura de medi o iso R valor da resist ncia de isolamento em MQ na temp de medi o isol O m todo para obten o do coeficiente de temperatura para uma temperatura espec fica de medi o dado em 7 Para a base de temperatura utilizada nesta an lise 40 C o valor de K dado pela equa o 3 3 abaixo 40 T K cat 0 5 i 3 3 onde T valor da temperatura de medi o em C Conforme os requisitos m nimos indicado em 7 considera se satisfat rio o ensaio quando a resist ncia do isolamento medida corrigida para a temperatura de
75. s iguais entre as lamina es subsequentes Preenchendo esses espa os s o colocadas estruturas feitas de material isolante as bobinas Essas bobinas s o interconectadas formando o enrolamento do estator tamb m denominado armadura vide figura A2 em anexo O seu sistema de isolamento definido como Vacuband constitu do por mica com uma camada de fibra de vidro impregnado com uma resina especial epoxy 2 2 Estrutura do Rotor A estrutura do rotor de uma m quina s ncrona de formato cil ndrico constitu do por material ferromagn tico laminado com propriedades semelhantes ao material do estator O rotor pode ser de dois tipos rotor de p los lisos e de p los salientes Como o gerador em estudo a maioria dos geradores hidr ulicos possuem p los salientes O termo saliente pode significar projetado os p los s o projetados para fora da estrutura do rotor caracterizando um entreferro n o uniforme Para uma melhor visualiza o vide figura A3 em anexo 2 3 Dados T cnicos 2 3 1 Descri o A m quina em estudo um Gerador S ncrono Trif sico de eixo vertical com dimens es 6 80 metros de altura e 1 42 metros de largura acoplado r gido a uma turbina tipo Kaplan vide figura A5 em anexo As principais partes do gerador s o o enrolamento e o n cleo do estator o enrolamento do rotor o corpo dos p los e o isolamento dos p los O rotor possui 44 p los sim tricos sendo montados de forma a obter uma
76. s no capitulo 2 Para a maquina em estudo utiliza se a seguinte temperatura de refer ncia Estator 115 C e Rotor 115 C pois os dois enrolamentos pertencem a classe F Sendo assim a corre o do valor da resist ncia do enrolamento de campo e do enrolamento de armadura tomando a temperatura de 115 C e o valor nominal na temperatura de 50 C descrito a seguir K T xR para K 2345 gt R S O FS aj 164 mQ K T 234 5 50 et o iurendo R o E A K T 234 5 50 Perda no enrolamento do estator SWL 312R 3 3104 3 0 00898 259 61 kW Perda no enrolamento do rotor FWL IFR 527 04 0 164 45 55 kW Perdas rotacionais considerando a perda total nos mancais Pa 312 00kW 86 Perda por atrito e ventila o Paio 90 00kW Perdas externas sistema de excita o e sistema de leo P 25 00kW externa Perdas no n cleo Pao 275 00kW Perdas Totais P SWL FWL Pp P PR as EER externa atrito nucleo 1008 17 kW a Pot ncia desenvolvida P 3V a a cos l 8 2 70487 92 kW E Pot ncia mec nica considerando somente as perdas rotacionais P P dev P 70800 00KW Pot ncia de entrada P P FWL 70887 41kW Calculando os torques desenvolvidos pela maquina obt m se Torque P To E he 4114 88 Nm oO 17 13 rm 87 Perdas rotacionais Torque mec nico de entrada Ta T dev T 4133 09 Nm Par
77. sistema de prote o al m do desempenho do Sistema Digital de Supervis o e Controle SDSC M todo do ensaio Primeiramente sincroniza se a m quina ao sistema el trico de pot ncia Uma vez conectada a unidade ao sistema com m nima carga testa se a estabilidade e resposta do RV e do RT Existe uma dificuldade de se atingir as condi es nominais de opera o sem extrapolar os limites m ximos dos par metros da unidade Com isso incrementa se a carga at atingir os patamares de 25 50 75 e 100 da capacidade nominal de pot ncia ativa do gerador ou outro valor determinado pelo fabricante da turbina e em comum acordo com o operador do sistema Em cada patamar a rejei o realizada com a abertura de disjuntores simulando uma perda abrupta de carga Registram se os par metros el tricos m ximos e m nimos atingidos como tens o e corrente de armadura tens o e corrente de excita o e os valores das pot ncias ativas e reativas Quanto s poss veis avarias causadas pelo aumento na acelera o durante o ensaio o gerador inspecionado para verificar sua integridade mec nica se houve algum desprendimento de pe as rompimento de alguma veda o entre outros fatores Para a realiza o do ensaio deve se utilizar o circuito esquematizado a seguir 13 Figura 3 21 Esquem tico de liga o do ensaio de rejei o de carga Legenda V1 V2eV3 Volt metro de CA A1 A2e A3 Amperimetro de CA
78. te ensaio tamb m utiliza se um meg hmetro para fazer a medi o da resist ncia de isolamento Este aparelho utiliza uma fonte de corrente cont nua e possui um amper metro e um mult metro integrados indicando diretamente o valor do quociente entre a tens o aplicada e a corrente que passa atrav s do enrolamento A medi o da resist ncia de isolamento constitui um teste de aplica o de uma tens o cont nua sendo essa restrita a um valor apropriado para cada tipo de enrolamento Ao contr rio do enrolamento estat rico no rotor este ensaio realizado quando todas as estruturas da m quina j estejam devidamente montada e conectadas A tens o de aplica o deve sempre ser ajustada para cada tipo de enrolamento em teste A tabela 3 1 mostra os valores adequados da tens o de aplica o de acordo com o valor nominal da tens o do enrolamento Para a maquina em estudo utilizou se a tens o de 1000 Vem corrente cont nua A aplica o da tens o deve ser feita entre o enrolamento e metal do eixo do rotor com todos os outros equipamentos externos conectados a mesma malha de aterramento Para evitar o efeito da polariza o a leitura deve ser tomada ap s um minuto da aplica o da tens o Conclu das as leituras e desligado o meg hmetro conectar terra o enrolamento sob ensaio para descarga e deixar no m nimo quatro vezes o tempo de dura o do ensaio 7 Para a realiza o do ensaio deve se utilizar o circ
79. to de uma m quina s ncrona a sua pot ncia instalada ou seja a sua pot ncia aparente O seu valor pode ser calculado como S 36 413V nominal I a 2 2 Na forma retangular tem se Sa V3V omnal cos VV mina seng 2 3 onde P V3V orinar La cos 4 Q E PR send As express es acima descritas referem se s pot ncias ativa e reativa respectivamente A pot ncia ativa P representa a taxa de varia o m dia de energia que flui da m quina para a rede em que ela se encontra conectada J a pot ncia reativa Q est relacionada ao armazenamento de energia por parte dos elementos reativos do sistema da m quina e n o contribui para o trabalho efetivamente realizado Sendo o valor nominal de projeto da pot ncia aparente do gerador s ncrono em estudo S 74200 kVA e sabendo que a maquina opera com tens o nominal igual a V 13800 V na frequ ncia 60 Hz encontra se a corrente nominal de nomi nal armadura da seguinte forma p Sw 74200 Voia nal V3 1 3 83 1 31043 A Sabendo que em condi es nominais de opera o o fator de pot ncia fp de 0 95 e que a corrente est atrasada em rela o a tens o pode se escrever os fasores da tens o e corrente nominal da seguinte forma tomando como refer ncia a tens o V nomnat 13800Z0 V e 1 3104 32 18 2 A Logo Sap VBV mina L 74200218 2 70487 92 j23175 25 P 70487 92 kW Q out 23175 25 k var e Circu
80. trito das estruturas quando a 14 m quina conduzida sua velocidade nominal sem que esta esteja excitada mantendo as escova em contato Para a m quina em estudo tem se Paa 90 00kW Perdas rotacionais Essas perdas est o relacionadas s perdas nas estruturas mec nicas que fazem o suporte da m quina Entre elas est o o Perdas no mancal combinado inferior parcela do gerador P 65kW o Perdas no mancal combinado inferior parcela da turbina P 238kW o Perdas no mancal guia superior P cs 9kW e Rendimento 7 O rendimento de um gerador el trico definido como a raz o entre a pot ncia de entrada e a pot ncia de sa da Para a m quina em estudo tem se o Pot ncia de sa da P 70487 92 kW out o Pot ncia de entrada P P Perdas 71671 39 kW out Portanto o rendimento da m quina dado por _ Pay 1048192 out 0 9834 Pa 7167139 Logo 1 98 34 15 e Dados Mec nicos Nesta se o ser o apresentados alguns dados mec nicos de projeto da m quina em estudo Torque A gera o de energia feita pelas m quinas rotativas baseada no princ pio de convers o eletromec nica de energia Pela a o das tr s partes essenciais de um sistema eletromec nico de convers o de energia 1 o sistema el trico 2 o sistema mec nico e 3 acoplamento de campo a m quina como um todo desenvolve uma for a ou torque Este par metro definido como a rela
81. uito esquematizado a seguir 44 Figura 3 8 Esquema de liga o para medi o da resist ncia de isolamento do rotor Legenda F1 F2 Enrolamento do rotor submetido ao ensaio U V W Fases do estator M Meg hmetro Ap s a obten o dos resultados deve se efetuar uma avalia o dos valores obtidos seguindo os mesmos crit rios descritos para o enrolamento do estator ou seja o ensaio considerado satisfat rio quando a resist ncia do isolamento medida corrigida para a temperatura de 40 C for maior ou igual ao n vel do isolamento em kV somando se a unidade dado pela equa o 3 4 Se o enrolamento apresentar baixo valor recomenda se abrir uma conex o entre p los no meio do enrolamento e medir a resist ncia de isolamento de cada metade Caso as duas metades apresentem valores de resist ncia de isolamento pr ximos existe grande probabilidade de ser umidade excessiva Deve se girar a m quina e sec la atrav s da circula o de ar Op o final seria girar a m quina em curto circuito permanente tomando se o cuidado de n o elevar demais a tens o de campo Caso contr rio ou seja se os valores forem discrepantes devem se efetuar 45 novas divis es e medi es no lado com problema at se identificar o s p lo s com problema Remover o p lo problem tico e sec lo em estufa An lise dos resultados Os resultados obtidos para a resist ncia de isolamento do rotor para uma temperatura de
82. ura para as duas principais classes de isolamento para uma m quina s ncrona de p los salientes Tabela 2 1 Temperatura de refer ncia no c lculo das perdas Classe do sistema Temperatura de de Isolamento refer ncia C Classe B Classe F A corre o da resist ncia hmica dada pela equa o 2 6 a seguir 12 _ K T K T 2 onde R a resist ncia medida na temperatura T R a resist ncia calculada na temperatura desejada T K 234 5 para o cobre ou K 228 para o alum nio Perdas no enrolamento do estator A perda no enrolamento do estator a soma das perdas em todos os caminhos por onde circula a corrente de armadura Em cada fase do enrolamento ela calculada como o produto da resist ncia hmica corrigida para a temperatura de refer ncia e o quadrado da corrente de armadura A m quina em estudo pertencente classe F de isolamento possui uma corrente nominal de armadura igual a 3104 3 A e uma resist ncia hmica de R 9 84 mQ corrigida para a temperatura de refer ncia descrita pela tabela 2 1 Calcula se o valor da perda no enrolamento estat rico da seguinte forma Poor 31 ZR 3 3104 3 0 00984 284 47 kW Perdas no enrolamento do rotor A perda no enrolamento do rotor calculada como o produto da resist ncia hmica corrigida para a temperatura de refer ncia e o quadrado da corrente nominal de campo A m quina em estu
83. zados no rotor a medi o da resist ncia hmica do enrolamento de campo deve ser realizada no po o do gerador quando todas as estruturas da m quina j tiverem devidamente montadas Objetivo do ensaio Este ensaio visa obter a resist ncia hmica dos enrolamentos a qual poder ser usada para calcular as perdas no enrolamento de campo 1 R e determinar a componente ativa da queda de tens o interna em carga Al m disso importante sua compara o com o valor especificado em projeto M todo do ensaio Analogamente ao ensaio no enrolamento de armadura para a medi o da resist ncia hmica do enrolamento de campo existem diferentes m todos de medi o A escolha do melhor m todo depende da natureza do circuito formado pelo enrolamento da m quina em teste e do grau de acur cia que se deseja obter com a medi o De acordo com 12 e tendo como base as caracter sticas do enrolamento de campo como o valor de projeto ser inferior a 59 tem se que os dois m todos utilizados s o o m todo da corrente e tens o e o m todo da ponte de Thomson Para os dois m todos deve se monitorar a temperatura do enrolamento pois de acordo com 6 o aumento da temperatura do enrolamento n o deve ultrapassar 1 K durante a realiza o do ensaio Se o monitoramento da temperatura n o for feito o valor da corrente que passa pelo enrolamento em teste n o deve ultrapassar 10 do valor da corrente nominal do enro

universidade de brasília faculdade de tecnologia departamento de

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

universidade de bras&iacute;lia faculdade de tecnologia departamento de

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

universidade de brasília faculdade de tecnologia departamento de