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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 Gest達o 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 tobias.osterholm@se.abb.com Cajetan T. Pinto ABB Motors and Generators, Service Mumbai, Índia cajetan.t.pinto@in.abb.com

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