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Gestão da vida restante
A análise da esperança de vida melhora
a gestão da manutenção de motores
e geradores de alta tensão
2 Gestão da vida restante
TOBIAS ÖSTERHOLM, CAJETAN
T. PINTO – O Programa de Análise
da Esperança de Vida (LEAP, Life
Expectancy Analysis Program) da ABB
utiliza a predição da vida restante
dos enrolamentos estatóricos como
base de um método ímpar para a
elaboração de planos de manutenção
para motores e geradores de alta
tensão, substituindo a usual filosofia
de manutenção preventiva ou
correctiva por uma de manutenção
predictiva. A abordagem LEAP da ABB
potencia a extensão da vida do motor
ou gerador para um retorno maior do
investimento, fornece informação para
o cálculo de custos do ciclo de vida
e oferece ainda uma sólida base para
decisões sobre manutenção a curto
e longo prazo, e sobre a operação
ou substituição de equipamentos.
Toda esta informação traduz-se na
minimização da indisponibilidade
não planeada e do nível de risco,
aumentando a produtividade e a
relação custo-eficácia.
A esperança de vida dos enrolamentos
estatóricos é um factor crucial no planeamento da manutenção dos motores e
geradores de alta tensão (AT), e principalmente dos que integram aplicações
industriais críticas. Os motores e geradores AT são tipicamente projectados
e fabricados à medida, não existindo
normalmente reservas imediatamente
disponíveis em caso de falhas inesperadas. Em consequência, a manutenção
correctiva é extremamente morosa e o
operador pode sofrer longos e onerosos
períodos de indisponibilidade. Como
podem tais problemas ser previstos e
evitados?
durante a operação normal estão relacionadas com os enrolamentos estatóricos,
enquanto os números correspondentes
para as falhas detectadas durante a
manutenção ou ensaios são somente de
8 por cento  2. Os valores correspondentes para chumaceiras são de 37 por
cento e 61 por cento, respectivamente.
Daqui se conclui que é necessária uma
melhoria na capacidade de previsão de
falhas dos enrolamentos, podendo o
método LEAP da ABB preencher uma
lacuna crítica no conjunto das ferramentas disponíveis para a manutenção dos
motores e geradores eléctricos.
O método LEAP toma em consideração
o envelhecimento do isolamento do
enrolamento estatórico devido a factores
térmicos, eléctricos, mecânicos e ambientais, e elabora uma previsão do tempo
de vida com uma probabilidade
de ser atingida de 80 por cento.
A esperança de vida dos
Daqui resulta que os planos de
enrolamentos estatóricos é um manutenção podem ser optifactor crucial na manutenção
mizados com a realização das
acções correctivas necessárias
dos motores e geradores de
durante paragens programadas.
A metodologia LEAP da ABB para motores e geradores AT pode constituir uma
resposta. Com base numa combinação
de diversos tipos de dados, este serviço
alta tensão.
torna possível analisar a condição e o
tempo esperado de vida de um enrolamento estatórico. É um aspecto importante do conceito do ciclo de vida de um
gerador ou motor, segundo o qual os
planos de manutenção são optimizados
de forma a maximizar o seu valor para
o utilizador  1. Por outras palavras,
a abordagem LEAP da ABB permite
uma manutenção predictiva optimizada,
disponibilizando a melhor relação custobenefício a longo prazo em comparação,
por exemplo, com uma estratégia de
manutenção puramente correctiva.
Foto da página anterior
As falhas dos enrolamentos estatóricos em motores
ou geradores AT podem ter impactos muito graves.
Como consegue a abordagem LEAP da ABB prever
o tempo de vida dos enrolamentos estatóricos?
As falhas dos grandes motores
Os grandes motores e geradores, com
potências nominais de 2 MW e superiores, têm uma taxa relativamente mais
elevada de falhas dos enrolamentos do
que os modelos de menor potência.
Um levantamento feito pelo IEEE revela
que 33 por cento das falhas detectadas
Mas o método LEAP, mais do que
apenas um comjunto de acções de inspecção, é também uma ferramenta para
uma gestão sistemática da manutenção.
Contudo, os dados propriamente ditos
não são o elemento chave, mas antes a
sua interpretação e análise.
No cerne desta abordagem para a
gestão do ciclo de vida dos motores
está a compreensão de como o esforço eléctrico e a rigidez do isolamento
variam ao longo do tempo, e de quais os
seus possíveis efeitos sobre os materiais
constituintes dos equipamentos.
Variando ao longo do tempo
A degradação do isolamento do enrolamento estatórico pode ser descrita em
termos gerais através de duas curvas
que mostram como o esforço eléctrico e
a rigidez dieléctrica variam ao longo do
tempo  3. A curva do esforço mostra a
Gestão da vida restante 3
1 O ciclo de vida dos motores e geradores eléctricos depende da abordagem
de manutenção escolhida.
carga combinada exercida sobre o isolamento do enrolamento provinda da sua
operação, incluindo os efeitos de condições tais como transitórios. A curva
da rigidez mostra a forma como as condições de operação e o envelhecimento
afectam a rigidez do isolamento do
enrolamento. As falhas ocorrem quando
essas duas curvas se intersectam.
O método LEAP da ABB oferece ao utilizador de um motor ou gerador eléctrico
a oportunidade de se antecipar às falhas.
Uma análise atempada permite uma
previsão da vida residual do enrolamento
estatórico e uma programação da manutenção de forma a evitar falhas prematuras e imobilizações não planeadas onerosas. O conhecimento da vida residual
original e do seu aumento por acção das
medidas de manutenção asseguram que
as curvas do esforço e da rigidez não se
cruzem inesperadamente.
Métodos de medição
A previsão científica da vida restante do
isolamento do enrolamento estátórico
envolve um determinado número de
fazes.  4.
A análise das perspectivas futuras de um
motor ou gerador exige a determinação
da sua condição inicial, requerendo o
conhecimento de parâmetros básicos
tais como o número de horas de serviço,
a carga, o número de arranques, o ciclo
de serviço, o histórico de manutenção,
etc. Todos estes factores influenciam a
esperança de vida e têm de ser recolhidos e incluídos na análise.
Contudo, nem todos estes dados estão
4 Gestão da vida restante
disponíveis nas especificações ou nos
registos de operação e manutenção do
motor ou gerador. O isolamento de um
enrolamento estatórico tem propriedades
que, ao longo das várias fases de
envelhecimento do motor ou gerador,
só podem ser conhecidas através de
medições. A técnica LEAP da ABB inclui
quatro métodos principais de medição
que disponibilizam informação sobre
as condições na superfície e no interior
do isolamento:
− Análise das correntes de polarização
e despolarização (PDCA, Polarization
Depolarization Current Analysis)
− Análise das perdas dieléctricas (tan δ)
e da capacidade
− Análise de descargas parciais (PD,
Partial Discharge)
− Análise de comportamento não-linear
do isolamento (NLIBA, Nonlinear
Insulation Behavior Analysis)
A abordagem LEAP
da ABB permite a análise
da condição e do tempo
esperado de vida de um
enrolamento estatórico.
que descrevem a variação da corrente
ao longo do tempo nas duas fases da
medição  5a. A partir destas curvas é
possível obter o valor da carga eléctrica
armazenada no isolamento do enrolamento e compará-lo com os valores de
referência de operação normal. Esta é
uma análise mais abrangente do que
apenas a dos métodos PI e IR, permitindo a obtenção de observações satisfatórias mesmo com enrolamentos altamente
contaminados. A análise PDCA fornece
informação sobre a quantidade e localização da carga armazenada no interior
do isolamento do motor ou gerador e
identifica a existência de contaminação
na superfície do enrolamento. Fornece
também informação adicional sobre a
condição do isolamento do enrolamento,
incluindo envelhecimento e folgas.
A análise de perdas dieléctricas (tan δ)
e da capacidade é um método comum,
tipicamente utilizado antes da
entrega de motores e geradores
A abordagem LEAP da ABB
eléctricos AT. As medições de
oferece ao utilizador de um
tan δ dão uma indicação sobre
motor ou gerador eléctrico a
perdas dieléctricas no isolamento.
oportunidade de se antecipar A um dado nível de tensão eléctrica, a curva associada apresenta
às falhas.
um joelho correspondente ao iníA análise PDCA fornece consideracio da ocorrência de descargas parciais
velmente mais informação do que as
no enrolamento  5b. No seu conjunto,
medições mais correntemente utilizaestas análises dão informação sobre a
das da resistência do isolamento (IR) e
extensão de espaços de ar no isolamendo índice de polarização (PI). Consiste
to onde ocorram descargas e sobre a
num método de corrente contínua (CC)
condição das resinas, contaminação,
no qual o isolamento do enrolamento é
folgas nas bobinas e outros defeitos
inicialmente carregado e posteriormente
interiores ao isolamento estatórico.
lentamente descarregado para a terra
através de um instrumento de medição
As medições PD são utilizadas para a
de corrente. A análise gera duas curvas
avaliação da extensão e localização da
2 A ABB leva a cabo trabalhos de manutenção regulares na central de reciclagem de água de Changi, Singapura
2a Detecção durante operação normal
2b Detecção durante manutenção ou ensaios
3 O esforço eléctrico e a rigidez dieléctrica da isolação variam ao longo do tempo,
ocorrendo uma falha quando as curvas respectivas se cruzam
actividade de descarga no isolamento do
envolvimento estatórico. As descargas
parciais são filtradas por um condensador e uma impedância, e estes sinais
são depois registados. A actividade de
descarga parcial é representada num
ciclo de tensão pela informação da
amplitude, fase e contagem de impulsos
e recolhida ao longo de um conjunto de
vários ciclos de tensão  5c. A análise
considera a amplitude e a forma da
curva de descargas parciais na fase
positiva e na fase negativa do ciclo, para
diferentes níveis de tensão. Este padrão
dá informação sobre onde ocorrem
descargas parciais nos enrolamentos
estatóricos – por exemplo, nas ranhuras
entre o enrolamento e a chapa do
estator, nas testas da bobina ou nas
cavidades de ar internas causadas pela
desagregação do isolamento.
A abordagem LEAP,
mais do que apenas
um conjunto de acções
de inspecção,
é principalmente uma
ferramenta para uma
gestão sistemática
da manutenção.
A medição NLIBA, na qual é analisada
a admitância do isolamento do enrolamento, é específica da ABB. Examina
as harmónicas geradas no interior da
do enrolamento estatórico devido à não
linearidade de comportamento, sendo
um complemento sofisticado à análise
de tan δ e da capacidade. Os vários
padrões harmónicos obtidos revelam
diferentes condições do isolamento, com
as harmónicas de ordem mais elevada
geralmente apontando um estádio mais
avançado de envelhecimento. Além da
indicação sobre a despolimerização da
resina, as harmónicas também fornecem informação sobre a condição da
protecção anti-eflúvios e do sistema de
redução gradual de tensão nas extremidades das ranhuras.
Estes diferentes métodos de medição
apresentam sobreposições mútuas em
Gestão da vida restante 5
4 Os quatro níveis do serviço LEAP da ABB
Nível
Intervalos entre
intervenções ABB
LEAP (em % da vida
estimada)
Estado do motor/gerador
Acção
Resultado
Básico
Cada 5%
Em serviço
– Recolha de dados (local ou remota), incluindo
número de horas de serviço, tensão, corrente, potência, escorregamento, número de
arranques e paragens, temperatura (enrolamento, fluido de refrigeração, ambiente),
ciclos de serviço, padrões de carga, histórico
de falhas e de manutenção, alimentação
eléctrica, etc.
– Análise da esperança de vida com um nível
de confiança de 65%
– Plano de inspecção e manutenção com base
na condição
Standard
Cada 10%
Montado, mas parado
–
–
–
–
–
Recolha de dados do Nível Básico
Análise PDCA
Análise NLIBA
Análise tan δ / capacidade
Análise PD
– Avaliação da condição dos enrolamentos estatóricos, incluindo contaminação, envelhecimento, folgas, delaminação e sistema de redução
gradual de tensão
– Análise da esperança de vida com um nível
de confiança de 80%
– Plano de inspecção e manutenção com base
na condição
Avançado
Cada 25%
Parcialmente desmontado
–
–
–
–
–
Recolha de dados do Nível Standard
Inspecção visual das testas das bobinas
Medição com sonda PD
Resposta dinâmica do enrolamento
Análise do esforço das testas das bobinas
– Avaliação da condição dos enrolamentos
estatóricos como no nível standard, e avaliação
das testas das bobinas
– Análise da esperança de vida com um nível
de confiança de 85%
– Plano de inspecção e manutenção com base
na condição
Premium
Cada 50%
Rotor removido
– Recolha de dados do Nível Avançado
– Levantamento do aperto das chavetas
das ranhuras
– Medição da resistência de sondas
– Inspecção visual, incluindo as zonas
das ranhuras
– Análise de esforço dos enrolamentos
termos do que conseguem revelar, podendo assim a detecção de um defeito
a partir de um tipo de medição ser con-
Os cálculos e as análises
são realizados por peritos
da ABB no seu centro de
excelência LEAP e não
são limitados a motores
ou geradores fabricados
pela ABB.
firmada a partir de outro. Os resultados
podem também ser influenciados por
factores ambientais como a temperatura
e a humidade, os quais devem ser tomados em consideração.
A análise PDCA é um método de corrente contínua (CC), sendo os restantes
métodos de corrente alternada (CA). Os
ensaios CC têm maior sensibilidade às
condições da superfície, enquanto os
ensaios CA dão mais informação sobre o
interior do isolamento.
Análise
O passo da metodologia LEAP da ABB a
seguir à recolha dos dados e da informação acima referida consiste na sua
6 Gestão da vida restante
– Avaliação da condição dos enrolamentos
estatóricos como no Nível Avançado, e avaliação
das zonas das ranhuras
– Análise da esperança de vida com um nível
de confiança de 90%
– Plano de inspecção e manutenção com base
na condição
análise. A partir dessa análise poder-se-á
obter uma imagem global do enrolamento estatórico com base na experiência
e em cálculos que utilizam software e
algoritmos proprietários desenvolvidos e
refinados pela ABB. Ao longo dos anos
a ABB construiu uma base de dados de
medições e análises abrangendo mais de
5 000 motores e geradores localizados
por todo o mundo, a qual oferece uma
sólida base para a determinação da
condição de um enrolamento estatórico,
para a realização de cálculos de esforço
e para a estimação da vida restante
 6. Em consequência, o método LEAP
da ABB não depende de registos de
medições antigas realizadas num motor
ou gerador eléctrico específico.
Os cálculos e as análises são realizados
por peritos da ABB no seu centro de excelência LEAP e não são limitados a motores ou geradores fabricados pela ABB.
No final, os clientes recebem relatórios
completos com os resultados das análises, recomendações para acções e um
cálculo da vida restante. Os clientes que
necessitem de apoio para a implementação das acções recomendadas têm à
sua disposição os recursos dos muitos
centros de serviço da ABB espalhados
pelo mundo.
5 O LEAP standard contempla medições em CC e em CA
Maximizando o valor
O programa LEAP da ABB fornece aos
operadores de motores e geradores
eléctricos acesso a uma ferramenta
de manutenção predictiva de elevada
precisão que lhes permite a maximização
do valor dos seus activos de motores
e geradores. Com o aumento da
criticidade do tempo de disponibilidade
e dos custos gerais, a solução LEAP da
ABB ajuda os operadores a assegurarem
a obtenção dos seus objectivos.
5a Variações da corrente ao longo do tempo durante ensaios de carga/descarga
5b A um dado nível de tensão eléctrica, a curva exibe um joelho correspondente ao início
da ocorrência de descargas parciais no enrolamento
5c Actividade de descargas parciais colectada ao longo de vários ciclos de tensão
6 Extensão da vida dos motores e geradores eléctricos
Tobias Österholm
ABB Motors and Generators, Service
Västerås, Suécia
[email protected]
Cajetan T. Pinto
ABB Motors and Generators, Service
Mumbai, Índia
[email protected]
Gestão da vida restante 7
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