Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática
Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
MONITORAMENTO E PROTEÇÃO TÉRMICA DO MOTOR DE INDUÇÃO
TRIFÁSICO DE BAIXA TENSÃO
Allisson A. de Oliveira∗, Teresa C. B. N. Assunção∗, José T. Assunção∗
∗
Laboratório de Otimização e Sistemas Motrizes - LOSIM
Depto de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de São João del-Rei - UFSJ
Praça Frei Orlando 170, Campus Santo Antônio, 36.307-352 São João del-Rei, Minas Gerais, Brasil
Emails: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstract— The use of the microprocessor-based relays and one proper thermal model have provide an improvement of the basic level of the motor protection functions. The effects of the temperature high can be
damage for the isolation of an induction motor in operation. The derivation of a first-order thermal sytem and
the requirements of model for the implementation of the motor thermal prediction (”online” e ”of f line”) of the
induction motor are presented in this paper. In conclusion, the thermal-electric model is considered as the key
element for motor protection.
Keywords—
protection.
thermal model, thermal protection model, temperature sensor, induction motor, overcurrent
Resumo— O uso de relés baseados em microprocessadores e de um adequado modelo térmico pode contribuir
para a atuação segura da proteção de um motor de indução de baixa tensão. Para um motor em operação
os efeitos da alta temperatura podem ser prejudiciais para seu isolamento térmico. Portanto, neste artigo são
apresentadas as equações de sistemas térmicos de primeira ordem e sea caracterı́sticas para a implementação da
proteção térmica ”online” e ”of f line” de motores de indução de baixa tensão. Conclui–se que, o modelamento
térmico é considerado elemento chave para a proteção do motor.
Keywords— modelo térmico, modelo de proteção térmica, sensor de temperatura, motor de indução, proteção
por sobrecorrente.
1
Introdução
para as deficiências da proteção térmica de MIT,
apresentadas pelas tecnologias convencionais, que
historicamente até então, eram fundamentadas em
proteção de sobrecorrente.
Com as recentes técnicas digitais de proteção dos
relés microprocessados pode-se elevar os nı́veis
de produtividade dos setores industriais, evitando
a parada não programada dos motores, e contribuindo para a redução dos tempo de perda de
produção, com a operação ininterrupta e máxima
utilização de carga dos motores. Ao efetuar um
alarme prévio de sobrecarga, antes que o desligamento seja necessário, há a possibilidade de reduzir a condição operacional, antes da parada total da produção (Lukitsch, 2002).
Além disso, as informações obtidas dos relés de
proteção podem ser disponibilizadas em uma rede
de comunicação para sistemas digitais de supervisão e controle, permitindo não só o monitoramento ”online” do equipamento como também
”of f line”, por meio da criação de bancos de dados
históricos, com o armazenamento das grandezas
medidas, dos relatórios de eventos e partidas, principalmente nas indústrias onde são comumente
aplicados diversos tipos de motores e acionamentos.
Portanto, com as mudanças verificadas nas tecnologias aplicadas aos sistemas de proteção, nos
fornece uma grande fonte de motivação de estudo e pesquisa em sistemas inteligentes de proteção para motores elétricos, visto que, os motores
de indução são responsáveis pelo acionamento
Os relés eletromecânicos, baseados na mecânica
de precisão e relojoaria foram os primeiros a serem
usados e até hoje são considerados eficientes e confiáveis. Contudo, nas últimas décadas, os relés de
proteção passaram por diferentes evoluções seja no
aspecto tecnológico, construtivo ou operacional.
Depois dos relés eletromecânicos, vieram os relés
estáticos com tecnologia eletrônica analógica, mas
com um perı́odo de vida muito curto, porque
logo foram substituı́dos pelos microprocessados,
com tecnologia que incorpora o conceito de processamento digital de sinais, multifuncionalidade,
elementos de software e comunicação de dados (Bulgarelli, 2006).
A proteção térmica de motores de indução trifásicos de baixa tensão (BT) tem sido uma das áreas
onde a proteção numérica, baseada em microprocessadores, tem sido largamente usada para o aprimoramento do nı́vel básico da proteção.
A proteção térmica tem sido aperfeiçoada, desde
os relés do tipo imagem térmica e relés térmicos baseados em detector de temperatura de resistência ou termo-resistores (RTD), para métodos mais avançados, considerando o aquecimento
devido às correntes de seqüência positiva e negativa, e baseando-se nas caracterı́sticas térmicas do
estator e do rotor do motor trifásico de indução
(MIT) (ANSI, 1989), (Bulgarelli, 2006).
A capacidade do processamento digital de sinais
dos relés numéricos, tem trazido novas soluções
2013
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de cargas importantes e por representarem custos financeiros significativos, necessitando maior
atenção e preocupação dos operadores e técnicos
de manutenção, pois a perda temporária de um
motor pode significar a parada de todo o processo
de produção e, consequentemente, um prejuı́zo à
empresa.
2
afetam diretamente a temperatura real do estator.
Durante a partida os sensores de temperatura são
usados em conjunto com outros tipos de proteção,
porque durante este perı́odo o sensor não poderá
atuar, já que o aumento da temperatura é um
efeito natural da máquina durante a partida.
Existem dois tipos de sensores de temperatura, o
NTC e o PTC. Os NTC são conhecidos como sensores de coeficiente negativo de temperatura e o
PTC como sensor de coeficiente positivo de temperatura. Para a proteção de um motor o PTC é
amplamente utilizado, devido ao seu baixo custo
e confiabilidade. Estes sensores apresentam uma
limitação, pois protegem em relação a temperatura e não as outras condições de falhas e riscos
como perda de fase, curtos circuitos, falhas no
aterramento, bloqueio do rotor e outras falhas que
põem em risco o funcionamento do motor. Por
isso, a importância do uso conjunto dos sensores
e relés.
O relé é um dispositivo de proteção que atua como
um interruptor, que é acionado quando há algum
problema com o sistema. Em relação aos motores, os relés de proteção são capazes de protegêlos contra a sobrecarga elétrica, visando evitar
o sobreaquecimento dos enrolamentos do motor,
quando circula uma corrente acima da tolerada
por seus enrolamentos.
Os relés mais usados para a proteção de motores
são os de detecção de sobrecarga, do tipo eletromagnético ou eletrônico.
Há também a proteção por fase, neste caso é utilizado um relé eletrônico em cada fase, capaz de
medir a falta de uma fase e desligar o motor, bem
como, ele é capaz de analisar os desequilı́brios
na linha, que não afeta somente o motor, mas a
planta inteira ou a seção de uma planta.
Os relés de proteção, atualmente, são constituı́dos por equipamentos digitais microprocessados,
e possuem diversas funcionalidades e recursos, ou
seja, protegem e monitoram os equipamentos, medem grandezas que antes não havia a possibilidade de serem obtidas, possibilitam o controle e
automação e operação remota.
Os relés microprocessados são capazes de monitorar a temperatura, as correntes e tensões, a distorção harmônica total e os nı́veis de harmônicos. As informações dos relés de proteção podem ser disponibilizadas em uma rede de comunicação para sistemas digitais de supervisão e
controle, permitindo o monitoramento ”online”
e ”of f line” do sistema (Rocha and Bernardes,
2010).
Proteção de Motores Elétricos
As causas mais frequentes de falhas em motores
são as nos mancais, as devido à sobrecarga, desequilı́brio de tensão, operação monofásica, sobretensão, subtensão, ventilação obstruı́da, ciclos
de carga rápidos, umidade e vibração.
A proteção dos motores pode ter vários objetivos,
sendo necessária durante a partida e nas condições
anormais de operação (Lukitsch, 1998).
Apesar dos vários objetivos da proteção em motores elétricos, neste trabalho será dada ênfase na
proteção térmica. A proteção térmica, assim como
outros sistemas de proteção, passou e passa por diversas inovações. Este aperfeiçoamento vai deste
os relés que utilizam a imagem térmica até os que
se baseiam em detectores de temperatura, conhecidos como termoresistores (RTD).
A proteção térmica pode atuar em dois segmentos: proteção por sobrecorrente e empregando um
sistema térmico de primeira ordem.
A proteção por sobrecorrente é usada para determinar o aquecimento do motor, pois a variação de temperatura é proporcional ao quadrado
da corrente de carga do motor. As deficiências
que acontecem devido à proteção por sobrecorrente têm sido suprimidas pelo processo digital,
que sendo muito mais preciso e ágil é capaz de ser
bem mais eficiente do que outras proteções usadas
atualmente (Bulgarelli, 2006).
O princı́pio de funcionamento de um relé de sobrecorrente convencional é baseado na elevação da
temperatura nos condutores do motor, ou seja, a
sua caracterı́stica é monitorar a curva do limite
térmico do motor. A temperatura pode ser monitorada por uma resistência (RTD), que é incorporada à máquina junto com o relé de proteção.
O sensor de temperatura é um dispositivo capaz
de responder de forma especı́fica a estı́mulos térmicos como o próprio calor, permitindo mensurar
a temperatura do componente por contato.
O sensores de temperatura são usados com mais
frequência para a proteção de motores em estágios ou processos crı́ticos ou motores de potência
elevada, mas nada impede de serem usados em
motores de baixa potência. Estes sensores são incorporados ao enrolamento do estator e o fato de
estarem em contato fı́sico com o enrolamento possibilitam a medida real da temperatura. Também
são capazes de detectar o bloqueio da ventilação, a
alta temperatura do ambiente ou algum defeito na
ventoinha do motor, isto porque, estes problemas
3
Proteção Térmica de Motores Elétricos
Para a proteção do motor tem sido aplicados
os modelos térmicos aos algoritmos dos relés
microprocessados, considerendo os limites de
temperatura do seu sistema de isolação e de seus
2014
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componentes.
O processamento numérico dos relés microprocessados para a proteção de motor, tem
mostrado ser uma forma eficiente para a implementação das equações diferenciais de um modelo
térmico simples, na forma do tempo discreto
(Bulgarelli, 2006).
Quando é conhecido o nı́vel térmico dos motores
em operação, evita-se que o mesmo opere em sobrecarga, ou com uma falta de fase ou alimentado
com sinais com alto conteúdo harmônico.
Desta forma, quando o nı́vel térmico do motor
se encontra inferior, mas, próximo ao valor
limite, é acionado um sinal de alerta indicando
algum problema no motor, dando tempo para o
operador corrigir a causa da elevação da temperatura interna da máquina, como mostrado na
Figura 1 (Lukitsch, 1998).
(Ieq ), como mostrado na Figura 2.
Quando a temperatura do motor ultrapassa o
valor máximo admitido pela classe de isolação, a
fonte de corrente, representada na Figura 2, deve
se desligada automaticamente por um dispositivo
de proteção.
Figura 2: Representação do MIT como um STPO.
Considera-se que há elevação de temperatura
na máquina, quando a temperatura do motor ultrapassa a temperatura ambiente, como em (1).
θ = θmotor − θambiente
O fator de serviço (FS) do motor relaciona
a corrente máxima e a corrente nominal, e assim é possı́vel determinar o nı́vel térmico máximo
(Tmax ).
Como a proteção se baseia no nı́vel térmico, o motor sofre interferências de fatores relacionados com
as elevadas temperaturas do ambiente, as deficiências do sistema de ventilação ou de resfriamento
do motor (Bulgarelli, 2006).
O fator de serviço e a constante térmica (τ ) são especificados com dados fornecidos pelos fabricantes
e os parâmetros medidos do motor. Um dos dados, é o limite do valor do Ttrip , que é o valor
ajustado para a atuação da proteção, e obtido a
partir de (2).
Figura 1: Uso do Trip e o Controle de Carga.
Os motores possuem uma temperatura máxima permissı́vel, de acordo com a sua classe de
isolação. Com a inserção do relé de proteção térmica, este é capaz de remover a fonte de energia,
antes que o ponto mais quente do enrolamento
atinja o valor máximo da temperatura admitida
pela classe de isolação.
2
Ttrip = (F S)
(2)
A constante de tempo τ é calculada por (3):
τ = Ct Rt
3.1
(1)
Modelo térmico baseado em um sistema de
primeira ordem (STPO)
(3)
A capacidade térmica da máquina (C t ) é
definida por (4):
Para um sistema térmico simples, a elevação de
temperatura devido a uma corrente elétrica em
um condutor, é determinada por uma equação
diferencial de primeira ordem, relacionando a
potência de entrada menos as perdas com a taxa
de elevação de temperatura. A constante térmica
do motor é utilizada como a taxa da variação da
temperatura.
Para a simplificação do sistema de primeira ordem considera-se que a máquina é um corpo homogêneo, onde o aquecimento do motor é modelado pelo aumento de temperatura em um resistor
(r), que representa a resistência ôhmica dos enrolamentos percorrida por uma corrente equivalente
Ct = m c
(4)
sendo: m = massa da máquina e c = calor especı́fico.
Para especificar a resistência térmica nominal, foi
usada a relação expressa por (5):
θn
Rt =
Pnom ×
1
ηno min al
−1
(5)
Sabendo que (θn ) representa a diferença entre a temperatura limite do isolante (θLim ) e a
temperatura limite da classe do motor (θClasse ),
tem-se:
2015
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3.2
θn = θLim − θClasse
(6)
Na IEC 60255 (Commission, 1990) a caracterı́stica tempo-corrente do relé de proteção térmica
é especificada com o motor inicialmente a frio ou
aquecido. A solução tempo-corrente é o tempo
requerido para a elevação da temperatura desde
a temperatura inicial, definida como corrente
prévia, até o limite térmico pré-determinado, que
estabelece o ”trip” do relé.
O ttrip é o tempo requerido para a atuação do dispositivo de proteção para o sistema a frio, ou seja,
é usado para calcular o tempo de desligamento
(ttrip ) do motor sem uma carga prévia.
Este modelo de proteção térmica não apresenta
as mesmas caracterı́sticas de tempo corrente, extremamente inverso, dos relés de proteção de sobrecorrente. A proteção de sobrecorrente não
modela a dinâmica do comportamento térmico do
motor elétrico (Bulgarelli, 2006).
A elevação de temperatura de um motor acima da
temperatura ambiente é representada por (13).
Caso, o motor não esteja na operação nominal; considera que:
1
−1
= R1 × I12
Pnom ×
ηnom
(7)
Para a determinação do nı́vel térmico é calculada a corrente equivalente de alimentação da
máquina, empregando as componentes simétricas
das correntes medidas do motor. Utilizando a matriz de transformação de (8), têm-se as componentes de sequência, como em (9).
P erdas =

1 1
1
1 α2
T =
3
1 α



I0
1 1
1
 I1  =  1 α2
3
1 α
I2

1
α 
α2
(8)


1
IA
α   IB 
α2
IC
(9)
θmotor (t) =
1+q×
I22 pu
I12 P U
(10)
θmax (t) =
∆t
τ
I2
+
Tn−1
τ + ∆t eq pu τ + ∆t
(14)
2
RT ×r ×Ieq
ttrip/
τ
1−e
+θamb (15)
ou
!
2
RT × r × Ieq
ttrip = τ × ln
2 − (θ
RT × r × Ieq
motor − θamb )
(16)
Usando a relação (θmotor −θamb ) de (14), temse:
(11)
O nı́vel térmico do motor é calculado por (12).
Tn =
−t/
τ
1−e
+θamb (13)
Para não comprometer a vida útil da isolação
do motor, é necessário que a temperatura do isolamento não ultrapasse a temperatura máxima permitida, assim tem-se que:
!
175
2
IRB
2
θmotor (t) = RT × r × Ieq
+ θamb
sendo: I1pu = corrente de sequência positiva em
pu; I2pu = corrente de sequência negativa em pu;
q = fator de ponderação do efeito de aquecimento
causado pela corrente de sequência negativa, em
relação ao causado pela de sequência positiva.
O fator q é calculado por (11).
q=
2
RT ×r×Ieq
Para a temperatura máxima permitida para o
sistema de isolação do motor, (13) pode ser escrita
como (14).
Conhecido o efeito do aquecimento causado
pela corrente de sequência negativa, que circula
pelo estator e rotor, tem-se um modelo de proteção térmica.
A corrente equivalente por unidade (Ieqpu ); é
calculada conforme (10):
2
2
Ieq
pu = I1 pu ×
Modelo de Proteção Térmica de Motores segundo a IEC 60255-8
ttrip = τ ×ln
(12)
2
RT × r × Ieq
2 − R × r × I2
RT × r × Ieq
T
eq
!
max
(17)
No cálculo do tempo requerido para atingir
a temperatura máxima, com o motor já aquecido,
considera-se que a corrente em estado estacionário
é a corrente prévia de operação antes de uma sobrecarga. Portanto, a temperatura de operação
do motor é calculada por (18):
Os valores calculados para o nı́vel térmico
mostram a condição de operação do motor, e também podem ser empregados para limitar o funcionamento do motor, quando a sua temperatura
de operação estiver acima do valor permitido para
sua classe de isolamento.
2016
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2
θop = RT × r × Iop
+ θamb
Considerando a corrente constante, a (25) resulta;
(18)
O tempo para atingir a temperatura de operação, pode ser definido como:
R
× i2eq
(26)
c×ω
A curva tempo corrente para a máxima temperatura é obtida de:
θ=
−top/
2
τ + θamb (19)
θop = RT × r × Ieq
1−e
t (I) =
ou seja:
k
i2eq
(27)
Sendo que:
top = τ × ln
2
Ieq
RT × r ×
2 − (θ
RT × r × Ieq
op − θamb )
!
θmax
×c×ω
(28)
R
Durante o aquecimento para a corrente ieq >
IP LC , a temperatura θ é calculada por (29).
k=
(20)
Usando a relação entre (θop − θamb ) de (18);
tem-se:
!
2
Ieq
top = τ × ln
(21)
2 − I2
Ieq
eq op
θn+1 = θn +
∆t
t (I)
(29)
Durante o resfriamento para a corrente ieq >
IP LC , a temperatura θ é:
Com (21) é determinado o valor do tempo
para o trip.
θn+1 = θP LC + (θn − θP LC ) e
ttrip = τ × ln
2
2
− Ieq
Ieq
op
2
2
Ieq − Ieq max
!
ttrip = τ × ln
3.3
3.4
!
(23)
P otência da f onte−perdas = Ct ×m×
Z
i2eq dt = c × ω × θ
dθ
(31)
dt
Sendo que, neste modelo θ é o aumento da temperatura do enrolamento acima da temperatura
ambiente.
As perdas ou a quantidade de calor transferido
para o meio ambiente é expressa por (32):
No artigo de Grainger (Grainger and McDonald,
1997) é afirmado que: ”Independentemente de
onde o aquecimento ocorre e devido à sua rapidez, o motor pode ser considerado um sistema
adiabático que absorve a energia do estator equivalente atual, mas não irradia calor. Idealmente,
a temperatura do motor aumenta à medida que
absorve energia ao longo do tempo, desde que circule uma corrente maior que a corrente a plena
carga (IP LC ) ”. Então, para o aquecimento adiabático:
q × dt = R
Modelo de relé tipo B
O modelo térmico do relé tipo B, baseia-se no
modelo térmico do rotor. O aumento de temperatura no motor pode ser expresso por:
Modelo de relé tipo A
Z
(30)
sendo: IP LC = 1.
(22)
E sabendo que, a corrente máxima permitida
pode ser representada pelo fator de serviço (FS);
tem-se:
2
2
Ieq
pu − Ieq op pu
2
2
Ieq
pu − F S
−t/
τ
P erdas =
θmotor − θambiente
θ
=
R
R
(32)
Assim, (31) pode ser reescrita como:
θ
dθ
= Ct × m ×
R
dt
A (33) pode ser expressa por:
I2 × r −
(24)
2
I = Ct × m ×
sendo: ω = peso do metal do enrolamento do motor; θ = temperatura do enrolamento; R = resistência elétrica do enrolamento; q = fluxo de
calor, dt = variação no tempo..
A partir da (24) chega-se a:
Z
R
θ=
i2eq dt
(25)
c×ω
1 dθ
×
r
dt
+
θ
r×R
(33)
(34)
Definindo:
U=
e
2017
θ
r×R
dU
1
dθ
=
×
dt
r×R
dt
(35)
(36)
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Assim,
I2 = τ ×
Un − Un−1
∆t
+ Un−1
(37)
Portanto, o nı́vel térmico pode ser expresso
por (38):
Un =
∆t
I 2 × ∆t
+ 1−
× Un−1
τ
τ
(38)
Figura 3: Interface da monitoração do nı́vel térmico no Labview.
sendo: Un−1 = nı́vel térmico anterior e Un = nı́vel
térmico atual (ZOCHOLL, 2005).
3.5
em mente que esta simulação não será referente
ao estado atual do motor, mas, ao estado anterior
do motor antes de ser desligado, ou seja, ao estado em que ele estava quando os dados estavam
sendo colhidos, e saber se o nı́vel térmico foi o
responsável pela interrupção. E este caso, servirá
também para realizar uma consulta preventiva do
estado da isolação do motor, através da certificação de que em nenhum momento o mesmo ultrapassou o seu limite máximo de temperatura.
O ensaio experimental foi realizado na bancada do
Laboratório de Otimização de Sistemas Motrizes
(LOSIM) da Universidade de São João de Rei.
A bancada é composta por dois motores, um de indução trifásico e outro de corrente contı́nua, que
opera como carga para o motor de indução. Os
motores são acoplados mecanicamente e alimentados por uma fonte de 220 V. O segundo motor, injeta carga ao eixo do motor, testando o motor em
operação normal e sobrecarregado, para análise do
sobreaquecimento, e além disso é testada operação
a vazio e o desligamento para a análise do resfriamento do motor.
Na Figura 4 é mostrado o funcionamento do caso
”of f line” durante a adição de mais carga no eixo
do motor, sendo possı́vel visualizar a simulação do
nı́vel térmico da máquina, e depois de atingido o
nı́vel mais alto permitido é possı́vel verificar o seu
resfriamento, logo após o desligamento do motor
pelo relé microprocessado.
Resultados
Para a aquisição das medidas e o monitoramento
do motor foi usada a placa de aquisição de dados, NI USB-6210 Bus-Powered M Series Multifunction DAQ Device, NI-DAQmx driver software and Signal Express LE for Windows, (P/N
779675-01), e o software LabView.
Os modelos estudados para o cálculo do nı́vel
térmico do motor foram implementados na placa
Labview, como mostrado na Figura 3.
Os métodos implementados se baseiam nas informações coletadas da rede, como a corrente de alimentação da máquina e os parâmetros fornecidos
pelos catálogos de fabricantes.
Caso a proteção ”online” seja escolhida, a corrente trifásica coletada é transformada para o sistema de sequência positiva e negativa, através da
teoria das componentes simétricas. Com as correntes em componentes simétricas é calculada a
corrente equivalente do motor, que é empregada
para determinação do nı́vel térmico estimado da
máquina.
Foram feitos ensaios com o motor trabalhando na
região normal de operação, ou seja, onde a sua
corrente de alimentação não oferece risco ao seu
funcionamento. Também o motor foi ensaiado na
região chamada de alerta, onde em uma situação real, o operador atuaria, evitando a ultrapassagem do nı́vel térmico. E finalmente, a região
de sobreaquecimento, indicando uma sobrecarga,
ou falta de fase e/ou um aumento do conteúdo
harmônico na rede, que elevam o nı́vel térmico da
máquina acima do permitido, e prejudicando não
só a sua operação, mas danificando fisicamente os
seus enrolamentos.
Contudo, caso a proteção ”of f line” fosse
acionada, o mesmo processo de conversão dos dados aconteceria, mas neste caso, os parâmetros
usados seriam coletados antes, e também é consultado um banco de dados, previamente preenchido
com os parâmetros do motor.
Coletados os dados, o usuário pode usar o
banco de dados, para simular a curva do nı́vel térmico do motor, mesmo o motor estando fora de
operação (”of f line”). Certamente, ao fazer a escolha deste tipo de simulação, o usuário deve ter
Figura 4: Resultado do ensaio do nı́vel térmico do
motor utilizando o banco de dados.
O banco de dados usado para a simulação do
caso ”of f line”, foi criado durante a simulação do
2018
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caso ”online” da máquina, muito semelhante ao
banco de dados visualizado na Figura 5, que utiliza o Excel como uma planilha para armazenamento dos dados no computador.
Figura 8: Sistema Supervisório do LOSIM.
Figura 5: Banco de dados na planilha do Excel.
segura, e monitorando sempre o estado térmico.
Deve ser ressaltado que, os dados baseiam-se em
relações medidas e equações que definem o motor
termicamente. Desta forma, foi possı́vel a simulação do nı́vel térmico, mostrando em tempo real
a curva do estado térmico do motor.
Quando é identificado o desligamento do motor por alguma falha, e que o relé de alguma forma
atuou, é função do operador analisar cada uma
das grandezas monitoradas para saber quais foram
responsáveis pelo aquecimento da máquina.
Nas Figuras 6 e 7 são mostrados os resultados
das correntes e tensões das fase A, B e C, respectivamente.
Figura 6: Correntes das fases A, B e C.
Figura 9: Simulação de carregamento do motor na
região normal de operação.
4
Conclusões
Neste artigo foi apresentado o estudo e a análise de
técnicas de proteção para os motores de indução
trifásicos de baixa tensão.
A metodologia proposta determina o responsável
pelo sobreaquecimento no motor, a partir de um
banco de dados previamente criado durante o funcionamento do motor ou baseado em informações
coletadas da rede, como a corrente de alimentação
da máquina e de parâmetros fornecidos pelo catálogo do fabricante.
Conclui-se que, o uso de relés baseados em microprocessadores e de um adequado modelo térmico
pode contribuir para a melhoria da proteção de
um motor de indução de baixa tensão.
Figura 7: Tensões das fases A, B e C.
Além das ferramentas já mencionadas foi
usado o sistema supervisório do LOSIM, mostrado
na Figura 8, que é o programa usado para regular a carga a inserida no motor, possibilitando
o estudo do comportamento do relé com o motor operando na região normal, de alerta e de sobreaquecimento.
Os resultados do comportamento térmico
usando os dados ”online” são apresentadas nas
Figuras 9, 10, 11 e 12, mostrando a importância da determinação do nı́vel térmico, de forma
2019
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Figura 10: Simulação de carregamento do motor
operando na região de alerta.
Figura 12: Simulação de retirada de carga do motor.
Agradecimentos
Os autores agradecem à ELETROBRÁS
(Convênio
ECV-023-2004
Eletrobrás-UFSJ)
e FAPEMIG pelo apoio financeiro.
Referências
ANSI (1989). Guide for ac motor protection.
Bulgarelli, R. (2006). Proteção térmica de motores
de indução trifásicos industriais.
Commission, I. E. (1990). Electrial relays,thermal
eletrical relays.
Grainger, L. C. and McDonald, M. C. (1997). Increasing refinery production by using motor
thermal capacity for protection and control,
IEEE Transactions on Industry Applications
.
Figura 11: Simulação de carregamento do motor
na região acima do nı́vel térmico permitido.
Lukitsch, W. J. (1998). Selecting motor protection for plant and process optimization, Textile, Fiber and Film Industry Technical Conference.
Com o nı́vel térmico é possı́vel saber a situação
térmica do motor durante e mesmo fora de operação.
Assim, a importância deste estudo e os benefı́cios
por ele gerados reforçam a necessidade de melhorar ainda mais a metodologia visando a sua praticidade e a precisão dos resultados.
A capacidade do processamento digital de sinais
tem trazido novas soluções para a deficiência
de proteção térmica apresentadas nas tecnologias
convencionais.
Portanto, a implementação através de software de
um modelo térmico e o cálculo das componentes
de sequência positiva e negativa são exemplo da
aplicabilidade das técnicas de processamento.
Lukitsch, W. J. (2002). Selecting motor protection for plant and process optimization, Textile, Fiber and Film Industry Technical Conference.
Rocha, G. and Bernardes, R. (2010). Uso de
relés de proteção avançados com o objetivo de
otimizar a operação e ampliar a vida útil de
motores de indução, Revista O Setor Elétrico
.
2020