Tecnicas de Inspeção e Testes

Tecnicas de Inspeção e Testes

(Parte 1 de 6)

Janeiro de 2005

SUMÁRIOI
1 APRESENTAÇÃOXI
2 INTRODUÇÃO12
3 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS13
3.1 Fontes de Alimentação13
3.2 Proteção de Motores de Corrente Alternada15
3.2.1 Proteção Contra Surtos de Tensão15
3.2.2 Proteção Contra Sobrecargas17
3.2.3 Proteção Contra Curtos-Circuitos2
3.3 Proteção Contra Falta e Desequilíbrio de Fases25
3.4 Interação Motor e Máquina Acionada26
3.5 Inspeção de Motores Elétricos29
3.5.1 Instalação do Motor Elétrico29
3.5.1.1 Aterramento29
3.5.1.2 Dispositivos de Bloqueio e Calços30
3.5.1.3 Medição da Resistência de Isolamento30
3.5.1.4 Conexão de Força do Motor31
3.5.1.6 Fixação do Motor à Base31
3.5.1.7 Proteções do Motor31
3.5.2 Operação com o Motor Desacoplado31
3.5.3 Acoplamento Motor – Máquina Acionada3
3.5.4 Operação com o Motor Acoplado34
3.5.4.1 Indicadores e Proteção de Vibração35
3.5.4.2 Indicadores e Proteção Térmica dos Mancais35
3.5.4.3 Indicadores e Proteção Térmica dos Enrolamentos37

SUMÁRIO 3.5.1.5 Conexões dos Condutores dos Circuitos de Proteção e Controle31 3.5.4.4 Dispositivos Auxiliares ..............................................................37

3.5.5.1 Sistema de Alimentação38
3.5.5.2 Motor38
3.6 Inspeção em Máquinas com Escovas de Carvão38
3.6.1 Porta Escovas e Escovas45
3.6.2 Comutadores e Anéis Coletores51
3.6.3 Interpolos e Linha Neutra53
3.7.1 Introdução5
3.7.2 Rolamentos (Mancais)56
3.7.3 Contaminação por Agentes Agressivos56
3.7.4 Degradação Térmica57
3.7.4.1 Falta de Fase (Operação em Duas Fases)58
3.7.4.2 Sobrecarga Mecânica60
3.7.4.3 Rotor Travado61
3.7.4.4 Temperatura Ambiente Acima de 40 OC62
3.7.4.5 Partidas Sucessivas62
3.7.4.6 Roçamento Rotor-Estator63
3.7.4.7 Tensões Anormais63
3.7.5 Abrasão Mecânica64
4 TRANSFORMADORES DE FORÇA6
4.1 Análise Físico-química do Óleo Isolante67
4.2 Cromatografia dos Gases Dissolvidos no Óleo Isolante72
4.3 Relação de Transformação76
4.4 Fator de Potência do Isolamento78
4.5 Resistência Ôhmica dos Enrolamentos79
4.6 Acessórios Para Indicação e Proteção80
4.6.1.2 Teste de Funcionabilidade do Relé Buchholz82
4.6.1.3 Teste de Inflamabilidade83
4.6.1.4 Teste de Acetileno83
4.6.1.5 Verificações na Operação do Relé Buchholz83
4.6.2 Relé de Fluxo de Óleo e Gás84
4.6.3 Relé de Pressão Súbita84
4.6.3.1 Relé de Pressão de Gás85
4.6.3.2 Relé de Pressão de Óleo86
4.6.4 Dispositivo de Alívio de Pressão87
4.6.4.1 Tubo com Diafragma8
4.6.4.2 Tubo com Mola Espiral8
4.6.4.3 Alavanca Articulada89
4.6.5 Termômetros Tipo Mostrador90
4.6.5.1 Termômetro para Líquido Isolante90
4.6.5.2 Termômetro para Enrolamento (Imagem Térmica)91
4.7 Plano de Inspeção de Transformadores de Força92
4.8 Coleta do Óleo para Análise93
4.8.1 Coleta para Ensaio Físico-Químico93
4.8.2 Coleta para Cromatografia de Gases Dissolvidos94
5 CABOS ISOLADOS95
5.1 Introdução95
5.2 Tipos de Isolação de Cabos de Potência96
5.3 O Fenômeno da Arborescência (TREEING)96
5.4 Temperatura97
5.5 Descargas Parciais97
5.6 Erros de Instalação98
5.9 Testes de Cabos Elétricos no Campo9
5.10 Inspeção de Cabos Isolados9
5.1 Ensaio de Tensão Elétrica (NBR 6881)9
5.12 Ensaio de Tensão Elétrica Alternativo102
6 CAPACITORES DE POTÊNCIA104
6.1 A inspeção de um capacitor105
6.1.1 Limpeza105
6.1.2 Oxidação da Carcaça e Estruturas de Suporte105
6.1.3 Aterramento105
6.1.4 Proteção Contra Curto-circuito105
6.1.5 Deformação da Carcaça105
6.1.6 Isolamento105
6.1.7 Teste da Integridade do Módulo Capacitor106
ATERRAMENTO107
7.1.1 Captores107
7.1.2 Cabos de Descida108
7.1.3 Eletrodutos de Proteção109
7.1.4 Conexões Elétricas109
8 SISTEMAS DE ATERRAMENTO E MALHA DE TERRA1
8.1 Inspeção do Sistema de Aterramento113
8.1.1 Estruturas Metálicas113
8.1.2 Carcaça dos Equipamentos Elétricos113
8.1.3 Cubículos e Painéis Elétricos113
8.1.4 Transformadores e Geradores113
9 BATERIAS116
9.1 Inspeção de Bancos de Baterias e Carregador118
9.1.1 Limpeza118
9.1.2 Elementos118
9.1.3 Conexões119
9.1.4 Oxidação119
9.1.5 Pintura119
9.1.6 Nível do Eletrólito119
9.1.7 Medição de Tensão120
9.1.8 Densidade120
9.1.9 Análise do Eletrólito120
9.1.10 Descarga da Bateria121
9.1.1 Painel do Carregador121
9.1.12 Retificadores122
9.1.13 Indicadores de Tensão e Corrente123
ATMOSFERAS EXPLOSIVAS124
10.1 Introdução124
10.2 Tipos de Inspeção124
10.3 Tipo de Proteção125
10.4 Formulário de Inspeção126
1 REOSTATOS E RESISTORES131
1.1 Inspeção de Banco de Resistores Fixos131
1.1.1 Inspeção Visual131
1.1.2 Resistência de Isolamento131
1.1.3 Alteração nas Característica de Aceleração do Motor132
1.2.2 Eletrólito133
1.2.3 Eletrodos133
1.2.4 Alteração nas Características de Aceleração do Motor133
1.2.5 Mecanismo de Curto-circuitamento e Levantamento das Escovas133
1.2.6 Contator de Curto-circuito do Reostato134
12.1 Inspeção em Galerias, Rotas de Cabos, Eletrodutos e Acessórios135
12.1.1 Circuito de Iluminação135
12.1.2 Sistema de Drenagem de Água135
12.1.3 Limpeza da Galeria135
12.1.4 Bandejamento e Cabos Elétricos136
12.1.5 Eletrodutos137
12.1.6 Proteção Passiva137
13 SISTEMA DE ALARME E INCÊNDIO139
13.1 Sensores139
13.2 Painel Local139
13.3 Painel Central140
13.4 Teste Simulado de Incêndio140
14 SISTEMA DE ILUMINAÇÃO E TOMADAS DE FORÇA141
14.1 Segurança e Meio Ambiente141
14.2 A inspeção nos Circuitos de Iluminação142
14.2.1 Painéis de Distribuição e Controle142
14.2.2 Eletrodutos e Linhas Elétricas Inclusive Condutores142
14.2.3 Luminárias e Acessórios142
14.2.4 Torres de Iluminação – Escada de Acesso e Plataforma143
14.3 Inspeção em Tomadas de Força143
15 FREIOS ELETRO-HIDRÁULICOS145
16 FREIOS ELETROMAGNÉTICOS146
17 DETECTORES DE METAL E SEPARADORES MAGNÉTICOS147
17.1 Técnicas de Inspeção147
18 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E COMANDO DE CAMPO148
19 INVERSORES DE FREQÜÊNCIA149
19.1 Princípio Operacional149
19.2 Potência do Inversor e do Motor Acionado152
19.3 Reatância de Rede154
19.4 Reatância de Carga154
19.5 Instalação Elétrica155
19.6 Grau de Proteção e Ventilação155
19.7 Interferência Eletromagnética155
19.8 Inspeção156
19.8.1 Roteiro Para Inspeção157
20 DISJUNTORES158
20.1 Geral158
20.2 Inspeção de Disjuntores159
20.3 Principais Causas de Falhas159
21 CONTATORES163
2 CHAVES SECCIONADORAS DE MÉDIA TENSÃO165
23 CUBÍCULOS E PAINÉIS ELÉTRICOS166
23.1 Arco voltaico170
23.2 Inspeção Detalhada172
TENSÕES DE CORRENTE CONTÍNUA174

14.3.2 Tomadas ..............................................................................................144 24 AVALIAÇÃO DO ISOLAMENTO ELÉTRICO UTILIZANDO 24.1 Introdução .....................................................................................................174

24.3 Aplicando Tensão Contínua no Isolamento175
24.3.1 Corrente de Carga Capacitiva175
24.3.2 Corrente de Absorção Dielétrica175
24.3.3 Corrente de Condução (Corrente de Fuga)176
24.4 Fatores que Afetam a Resistência de Isolamento176
24.4.1 Efeito das Condições da Superfície176
24.4.2 Efeito da Umidade176
24.4.3 Efeito da Temperatura176
24.4.4 Efeito do Valor do Potencial de Teste177
24.4.5 Efeito da Duração do Teste178
24.4.6 Efeito da Carga Residual178
24.5 Tensão Nominal e Máxima Tensão de Teste178
24.6 Testes de Avaliação do Isolamento179
24.6.1 Resistência de Isolamento a 1 Minuto180
24.6.2 Método Resistência - Tempo. Índice de Polarização (IP)180
24.6.3 Teste de Multitensão182
24.6.4 Teste com Tensões Acima do Valor Nominal do Equipamento183
24.7 Práticas Básicas para Operação do Megôhmetro186
24.7.1 Calibração186
24.7.2 Indicação do Zero186
24.7.3 Indicação de Final de Escala187
24.7.4 Terminais do Instrumento187
24.7.5 Pontas de Prova187
24.8 Práticas para Teste de Isolamento com Tensão de Corrente Contínua187
24.9 Testes de Isolamento em Máquinas Elétricas Rotativas189
24.9.1 Geral189
24.9.2.2 Estator de Motor de CA com Seis ou Mais Terminais190
24.9.2.3 Máquinas de Corrente Contínua194
24.9.2.4 Geradores de Corrente Alternada196
24.9.3 Avaliação dos Valores Medidos197
24.10 Testes de Resistência de Isolamento em Transformadores197
24.10.1 Geral197
24.10.2 Posições de Teste – Transformadores de 2 Enrolamentos198
24.10.3 Avaliação dos Valores Medidos201
24.1 Teste de Resistência de Isolamento em Cabos Elétricos203
24.1.1 Geral203
24.1.2 Posição de Teste203
24.1.2.1 Cabo Unipolar com Blindagem Metálica203
Condutor204
24.1.2.3 Cabo Multipolar sem Blindagem204
24.1.3 Avaliação dos Valores Medidos205
24.12 Testes de Resistência de Isolamento em Disjuntores e Contatores208
24.12.1 Geral208
24.12.2 Posições de Teste208
24.12.3 Avaliação dos Resultados dos Testes210

24.9.2.1 Estator e Rotor CA com Três Cabos de Saída.......................189 24.1.2.2 Cabo Multipolar com Blindagem Metálica Envolvendo Cada 24.1.2.4 Cabo Unipolar (de um Circuito Tripolar) sem Blindagem..205 25 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................211

As atividades de inspeção compreendem uma fatia importante das ações empreendidas por uma equipe de manutenção. Pode-se dizer, sem medo de errar, que uma inspeção bem implementada é um fator de sucesso da manutenção.

As ações de manutenção podem ser divididas em ações com o equipamento em operação e aquelas que só podem ser executadas com o equipamento parado. É óbvio que devemos privilegiar as atividades de inspeção que podem ser executadas com o equipamento operando. A manutenção existe para que os equipamentos operem o maior tempo possível, com a máxima confiabilidade.

O plano e as ações de inspeção devem ser norteados para o acompanhamento do estado do equipamento e instalação, acionando o órgão de planejamento e programação, sempre que as ações de manutenção preventiva (intervenções) se tornem necessárias para restaurar as condições operacionais.

Para que um inspetor possa executar sua função com sucesso, é necessário uma sólida formação profissional, aliado a um profundo conhecimento do processo de degradação das diversas partes dos equipamentos e das técnicas de inspeção e procedimentos de testes.

Esta apostila reúne a experiência adquirida ao longo de vários anos de manutenção industrial e uma vasta literatura técnica existente, porém dispersa.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

Muitas pessoas que lidam com a manutenção têm a opinião que equipamentos elétricos são diferentes das outras máquinas e operarão em quaisquer condições.

O oposto é verdadeiro. Equipamentos elétricos podem ser deteriorados mais rapidamente devido às condições operacionais que qualquer outro equipamento.

Água, poeira, calor, frio, umidade, atmosfera corrosiva, resíduos químicos, vibrações e inúmeras outras condições podem afetar a confiabilidade operacional e a vida útil de equipamentos elétricos. Estas condições desfavoráveis, combinadas com negligência e descuido na manutenção do equipamento resultam em falha prematura desnecessária e, em muitos casos, na sua completa destruição.

Custos de reparos podem ser evitados implantando-se as recomendações de manutenção fornecidas pelo fabricante.

De maneira geral, devemos praticar algumas ações muito simples, mas de fundamental importância para todo equipamento elétrico:

Mantenha-o limpo Sujeira é a principal causa de falhas elétricas. Sujeira é a acumulação diária de partículas atmosféricas, fiapos, partículas metálicas ou químicas, vapores e neblinas de óleo. Estes depósitos, se acumulados, contaminarão o equipamento elétrico, provocando sua falha. Roçando com alta energia pode causar abrasão e a destruição do isolamento. Depositado em enrolamentos e isoladores e combinado com umidade ou óleo pode causar a redução da tensão disruptiva, provocando descargas com conseqüente falha. Acumulado sobre carcaças reduz a transferência de calor, forçando a operação em temperaturas superiores à de projeto, reduzindo a sua vida útil.

Mantenha-o seco Equipamentos elétricos operam melhor em uma atmosfera seca por muitas razões.

Uma é que a umidade pode causar a oxidação do cobre, alumínio, ferro e ligas metálicas, afetando a resistência de conexões e contatos elétricos. Alta umidade pode causar sua condensação no interior do equipamento, causando curto circuito e falha prematura. Umidade e sujeira potencializam a degradação do material isolante.

Mantenha as conexões torqueadas Os parafusos das conexões elétricas tendem a afrouxar em função da dilatação e da vibração. Conexões frouxas são fontes de calor provocando danos nos materiais isolantes próximos. Mantenha todas as conexões torqueadas conforme instruções do fabricante.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

3 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS

3.1 FONTES DE ALIMENTAÇÃO

Uma longa vida útil de um motor de indução trifásico depende fundamentalmente das boas condições da fonte de alimentação, ou seja, da qualidade da energia fornecida, aí incluído o sistema de proteção.

A tensão e freqüência nos terminais do motor devem ser muito próximas à nominal. O fluxo magnético do entreferro é dado por:

fKE=Φ

Onde:

Φ= fluxo de magnetização (Wb) E= tensão no terminal do motor (V) f= freqüência da tensão estatórica (Hz) K= constante, função da geometria do pacote magnético e da construção do enrolamento.

Os efeitos das variações da tensão e freqüência serão mais danosos ao motor, quanto mais próximo estiver operando da potência nominal.

Fig 1 Centro de controle de motores (CCM)

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

A NBR 7094 estabelece as variações permissíveis de tensão e freqüência em relação ao nominal, conforme figura 2.

Fig 2 Gráfico de variação de tensão e freqüência conforme norma NBR 7094

Geralmente a freqüência é firme, muito próxima de 60Hz, ocorrendo variação na tensão da concessionária e quedas de tensões nos elementos internos da industria, transformadores e cabos, principalmente.

As oscilações da tensão da concessionária podem ser minimizadas através de transformadores equipados com comutador de tapes sob carga (Load Tape Changer).

O transformador alimentador do Centro de Controle de Motores deve ser especificado com tensão secundária 5% (cinco por cento) acima da tensão nominal dos motores, por exemplo 460V para motores de 440V e 480V para motores de 460V.

Os condutores de alimentação dos motores são calculados para que a tensão no terminal dos motores, nas condições de partida e de regime, mantenha-se próximo da nominal (lembre-se que os conjugados de partida e nominal são proporcionais ao quadrado da tensão.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

A zona A da figura 2 estipula as variações de tensão e freqüência permitidas, dentro das quais o motor deve ser capaz de desempenhar sua função principal continuamente, podendo não atender completamente suas características de desempenho em condições nominais, apresentando alguns desvios.

Nesta zona a tensão pode variar em mais ou menos 5% e a freqüência em mais ou menos 2%.

Na zona B o motor ainda deve ser capaz de desempenhar sua função principal, apresentando desvios superiores àquelas da zona A.

Os valores máximos de desvio da tensão e freqüência são de 50%.

Os efeitos das variações da tensão e freqüência se anulam quando tem o mesmo sentido. Por exemplo, um motor com tensão e freqüência nominal de 440V e 60Hz opera muito bem em um sistema com tensão de 380V (-14%) e freqüência de 50Hz (-17%).

Quando as variações são de sinal contrário, os efeitos sobre as características do motor são cumulativos, reduzindo seu desempenho.

Tensões e correntes desequilibradas provocam aquecimento no interior do motor que podem levar à degradação térmica e a conseqüente falha do material isolante.

Correntes harmônicas aumentam as perdas do motor, elevando a temperatura média nos enrolamentos, reduzindo a vida útil do material isolante por degradação térmica.

3.2 PROTEÇÃO DE MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA.

O nível de isolamento de máquinas rotativas é muito menor do que de outros tipos de equipamentos elétricos, como por exemplo, os transformadores, sendo portanto mais suscetíveis a danos por surtos de tensão.

As fontes comuns de surtos de tensão em motores são as operações de manobras e as descargas atmosféricas. O chaveamento de pequenas cargas indutivas e bancos de capacitores através de disjuntores a vácuo, são fontes de surtos.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

Fig 3 Caracterização da onda de um surto de tensão

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