Circulação de corrente parasita em mancais de geradores

fev, 2010

Edição 48, Janeiro de 2010

Por Emerson Viana, Jimmy Souza, Jocimar Alencar de Souza e Ronaldo Gallinari

 

Publicamos nesta seção alguns trabalhos desenvolvidos durante a graduação ou a pós-graduação de profissionais de engenharia elétrica. Publicado semestralmente, este espaço confere a oportunidade de o estudante divulgar seu trabalho de pesquisa para o meio técnico, desde que o estudo obedeça aos critérios de pesquisa, inovação e viabilidade.

Neste mês, apresentamos um trabalho desenvolvido pelos estudantes de engenharia elétrica da Universidade Paulista (UNIP), Emerson Viana, Jimmy Souza, Jocimar de Souza e Ronaldo Gallinari.  O estudo faz uma análise dos possíveis problemas com desgastes prematuros em rolamentos de geradores por conta da circulação de correntes parasitas. Confira.

Circulação de corrente parasita em mancais de geradores

O objetivo deste documento é apresentar possíveis problemas com desgastes prematuros em rolamentos de geradores devido à circulação de correntes parasitas provenientes de desalinhamentos eletrogmanéticos, tanto do rotor quanto do estator. Estudos detalhados foram efetuados visando à avaliação das condições elétricas, do sistema de aterramento e das peças que sofreram desgastes.

Como o assunto pesquisado (correntes e tensões elétricas em mancais) é pouco desenvolvido, não foram encontradas normas específicas, apenas uma referência que está reproduzida na Tabela 1. Este documento ilustra os níveis toleráveis de tensões e correntes em relação à amplitude que é o indicador da possível anormalidade.

Os valores foram extraídos do manual do equipamento de medições de circulação de corrente em mancais, CSi modelo 348SP Shaft Probe.

Estudo de campo

 

Na Figura 1, é ilustrado o esquema unifilar da central de geração em estudo.


Figura 1 – Esquema unifilar da central de geração

 

Na Figura 2, é ilustrado o esquemático do gerador, indicando suas partes e o caminho da circulação da corrente detectada entre a armadura e a carcaça do gerador. Observa-se que, mesmo com o equipamento aterrado, a corrente não escoa pelo sistema de aterramento, elucidando que o caminho da corrente é exclusivamente entre os componentes da máquina.

 

Medições de corrente no sistema de aterramento são demonstradas na Tabela 2.

Figura 2 – Ilustração da circulação de corrente entre a armadura e a carcaça do gerador

 

Na Figura 3 a seguir, é evidenciado o circuito equivalente da circulação de corrente parasita entre o rotor e o estator, e os rolamentos como pontos de conexão do circuito.

Figura 3 – Circuito equivalente para circulação de corrente parasita

Ensaios

 

Estudos e ensaios realizados sobre os diversos comportamentos de máquinas ou em qualquer outro equipamento para estabelecerem padrões de falhas não são muito determinantes, pois dependem de diversos fatores, como material utilizado na fabricação, além de o tempo necessário para os testes não ser suficiente para se detectar todos os possíveis problemas. Ao adquirir um equipamento nem sempre são exigidos os ensaios de tipo.

 

Na Figura 4, ilustramos o espectro de frequência em medição efetuada para avaliar o nível de vibração do rolamento e o resultado obtido é a elevada amplitude de frequência, o que significa excesso de vibração.

Figura 4 – Espectros de frequências emitidas para análise de vibrações após troca do gerador

 

No caso apresentado, depois de retirado o rolamento, verificou-se no laboratório, por meio de inspeção ótica, sinais de deformação do material. Na sequência foram realizados todos os possíveis testes, como dureza, aquecimento, lubrificação, condição de carga, análise da configuração geométrica, etc. Os resultados apontaram para desgastes no rolamento devido à passagem de corrente, conforme ilustra a Figura 5.

Figura 5 – Ilustrações dos desgastes prematuros da pista dos rolamentos

 

Análise do sistema de aterramento dos geradores

 

Para verificar se havia alguma interferência externa na circulação de corrente entre o rotor e o sistema de aterramento, foram efetuadas medições com o sistema de aterramento, com o gerador desligado e com o gerador ligado e sob carga. Conforme dados da Tabela 2, verificou-se que o sistema de aterramento não interfere na circulação de corrente parasita.

Tabela 2 – Medições no sistema de aterramento

 

Análise do perfil de cargas

Foram efetuadas medições em variáveis da qualidade da energia para analisar se as cargas que o gerador atende estavam influenciando na circulação de corrente do rotor para o sistema de aterramento, conforme o gráfico da Figura 6.

Figura 6 – Medições de espectro de correntes harmônicas da carga

 

Nas Tabelas 3 e 4, com dados obtidos do gráfico da Figura 6, pode-se observar que as cargas não interferem nos geradores, pois as harmônicas estão dentro dos limites aceitáveis.

 


Escoamento de corrente parasita para o sistema de aterramento

 

A Figura 7 ilustra a instalação de escova no eixo do rotor para escoar a corrente parasita no sistema de aterramento. Pode-se verificar este escoamento na ilustração de medições de corrente na Figura 6. Apesar de haver escoamento da corrente parasita pela escova, persiste a circulação em paralelo pela carcaça do gerador, e o desgaste no mancal continua, apesar de ser em menor proporção. Além disso, como se pode observar, a instalação da escova é somente uma medida paliativa e não soluciona o problema.


Figura 7 – Ilustração da instalação de escova no eixo do rotor para escoamento da corrente parasita ao sistema de aterramento

 

Medições de corrente entre o eixo do rotor e o sistema de aterramento

 

Para se monitorar os níveis de circulação de corrente, foram instaladas escovas em um lado do rotor para escoamento da corrente, o que possibilitou as medições e, assim, a comprovação do elevado nível de circulação de corrente, conforme a Tabela 1. Nestas medições concluiu-se que havia circulação de corrente de Foucault ou Parasita nos mancais dos geradores. O equipamento utilizado para as medições foi o CSi, modelo 348SP Shaft Probe, mas o nível de corrente estava muito elevado e o equipamento atingiu o fundo de escala, ou seja, acima de 100 mA. A medição foi concluída com alicate amperímetro porque a escala era maior.

 

Como não foi possível observar qual a amplitude da corrente, a Figura 7 demonstra o uso do alicate amperímetro nas medições de corrente entre as escovas no eixo dianteiro do gerador e o sistema de aterramento. A corrente medida é superior aos níveis aceitos.

Figura 8 – Ilustração da medição de circulação de corrente no rotor do gerador


Conclusão

 

Conclui-se que deve ser dada atenção especial aos desalinhamentos eletromagnéticos ou à existência de tensões harmônicas no rotor de terceira ordem ou múltiplas (denominadas de sequência zero), que tendem a fluir para a terra. Esta é uma causa bem conhecida em motores de indução alimentados por inversores. O desalinhamento eletromagnético pode ocorrer no rotor ou no estator e a consequência é a geração de tensão e corrente parasita, formando um circuito elétrico em que o rotor é a fonte, a carcaça do estator é a carga e os mancais (rolamentos) são as conexões do circuito.

 

Sugerimos que, ao se adquirir estes tipos de equipamentos, são necessários que sejam exigidos os ensaios de medições de tensão e corrente parasita e que sejam utilizados como parâmetros satisfatórios os dados da Tabela 1. Caso os resultados obtidos nos ensaios sejam acima dos valores da tabela, os equipamentos deverão ser reprovados.

 

Referências bibliográficas

• Artigo publicado em 1955. Título: Eccenttricity, Vibration, amd Shaft Current in Turbine L.T. Rosenberg – Menber AIEE.

• Máquinas Elétricas – 6°Edição, Com introdução a eletrônica de potência A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Stephen D. Umans.

• Relatórios técnicos emitidos de análises de vibrações das máquinas.

• Relatórios técnicos de análises laboratoriais dos rolamentos.

• Relatório técnico emitido nas medições do sistema de aterramento.

• Manual de instruções do equipamento CSi, modelo 348SP Shaft Probe, utilizado para medições de circulação de corrente em rotores de máquinas Síncronas.

• Test Procedures for Synchronous Machines – IEEE (The Institute of  Electrical and Electronics Engineers) – USA – IEEE Std 115-1983.

• Reduction of Unbalanced Magnetic Pull (UMP) due to Equipotential Connections among Parallel Circuits of the Stator Winding – IEEE IEMDC2009 Technical Program Committee Technical Program Co-Chairs, Wilian Oliveira, Mauro Uemori, Johnny Rocha, Renato Carlson.

• ANSI/IEEE Std 446-1987, IEEE Recommended Practice for Emergency and Standby Power System for Industrial and Commercial Applications.

 


 

EMERSON PEREIRA VIANA é engenheiro eletricista e fiscal de manutenção elétrica.

JIMMY D. P. SOUZA é engenheiro eletricista e coordenador de infraestrutura.

JOCIMAR ALENCAR DE SOUZA é engenheiro eletricista e coordenador de manutenção e serviços.

RONALDO GALLINARI é engenheiro eletricista e analista de empreendimentos especiais sênior.

Comentários

Deixe uma mensagem