Quais são as consequências de altos níveis de distorção harmônica?

O maior medo do engenheiro de produção ...

Assim como a pressão arterial elevada pode gerar estresse e problemas graves no corpo humano, altos níveis de distorção harmônica podem gerar estresse e problemas para o sistema de distribuição da concessionária e para o sistema de distribuição da planta.

O resultado pode ser o pior medo do engenheiro da fábrica - o desligamento de equipamentos importantes da planta que podem causar a parada de uma única máquina até uma linha ou processo inteiro.

O desligamento de equipamentos pode ser causado por inúmeros eventos. Como exemplo, os picos de tensão mais elevados que são criados por distorção harmônica colocam uma pressão extra sobre o motor e o isolamento, o que em última instância pode resultar em falha do isolamento e a parada do equipamento. Além disso, harmônicos aumentam o valor rms normal, resultando em aumento de temperaturas de operação para muitas peças dos equipamentos, reduzindo significativamente a vida útil.

A tabela a seguir resume algumas das consequências negativas que as harmônicas podem ter sobre equipamentos típicos encontrados no ambiente industrial.

Consequências negativas de Harmônicas no equipamento da planta

Embora estes efeitos terem sido categorizados por problemas criados pelas harmônicas de corrente e tensão, corrente e distorção harmônica de tensão normalmente existem juntos (distorção harmônica de corrente provoca distorção harmônica de tensão).

A distorção harmônica perturba o sistema industrial. O pior cenário é a perda de produtividade, rendimento e, possivelmente, de vendas.

As perdas de produção ocorrem por causa de paralisações devido as eventuais falhas de motores, acionamentos, fontes de alimentação, ou apenas a abertura acidental de disjuntores. Os engenheiros de produção se orgulham em manter baixos níveis de paradas da planta. 

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Por exemplo, cada 10°C de aumento nas temperaturas de operação de motores ou capacitores, poderá ocorrer a redução da vida útil do equipamento em 50%.

Referência: correção do fator de potência: um guia para o engenheiro da fábrica - Eaton
EPP - Electric Engenering Portal

Como Medir o Isolamento de Motores?

Resistência de Isolamento do Enrolamento

Se o motor não é colocado em operação imediatamente após sua chegada, é importante protegê-lo contra fatores externos, como umidade, temperatura alta e impurezas, a fim de evitar danos ao isolamento. Antes de o motor ser colocado em funcionamento, após um longo período de armazenamento, você tem que medir a resistência de isolamento do enrolamento.

Se o motor é mantido em um local com alta umidade, uma inspeção periódica é necessária.

É praticamente impossível determinar regras para o valor de isolamento mínimo efetivo da resistência de isolamento de um motor, porque a resistência varia de acordo com o método de construção, a condição do material de isolamento usado, tensão nominal, o tamanho e tipo. Na verdade, o que conta, são muitos anos de experiência para determinar se um motor está pronto para funcionar ou não.

Uma regra geral é de 10 Megohm ou mais.

 Valor da resistência de isolamento      Nível de isolamento

 2 Megohm ou menos Ruim

 2-5 Megohm                                        Crítico

 5-10 Megohm                                      Anormal

 10-50 Megohm                                    Bom

 50-100 Megohm                                  Muito bom

 100 Megohm ou mais  Excelente

A medição da resistência de isolamento é realizado por meio de um Megôhmetro. O teste funciona da seguinte forma: uma tensão CC de 500 ou 1000 V é aplicada entre os enrolamentos e a carcaça do motor.

Durante a medição e logo a seguir, alguns dos terminais operam com tensões perigosas e não devem ser tocados .

Agora, três pontos merecem destaque neste contexto: a Resistência de isolamento, Medição e Verificação.

1. Resistência de isolamento

A resistência de isolamento mínima de novos enrolamentos, limpos ou reparados com relação ao terra é de 10 Megohm ou mais.

A resistência mínima de isolamento, R , é calculado multiplicando a tensão nominal Un , com a constante fator 0,5 Megohm / kV . Por exemplo: Se a tensão nominal é de 690 V = 0,69 kV, a resistência mínima de isolamento é: 0,69 x 0,5 kV Megohm / kV = 0,35 Megohm

2. Medição

Resistência de isolamento mínima do enrolamento para a terra é medida com 500 Vcc. A temperatura do enrolamento deve ser de 25 ° C ± 15 ° C.

A resistência máxima de isolamento devem ser medidos com 500 Vcc com os enrolamentos a uma temperatura de funcionamento de 80 - 120 ° C , dependendo do tipo de motor e eficiência.

3. Verificação

Se a resistência de isolamento de um novo motor, limpo ou reparado, que foi armazenada por algum tempo é inferior a 10 Mohm , a razão pode ser que os enrolamentos são úmidos e precisam ser secos.

Se o motor está em funcionamento por um longo período de tempo, a resistência mínima de isolamento pode cair para um nível crítico. Enquanto o valor medido não caia abaixo do valor calculado de resistência mínima de isolamento, o motor pode continuar a executar. No entanto, se ela cair abaixo deste limite, o motor tem de ser retirado de serviço imediatamente, a fim de evitar que as pessoas se machuquem devido à tensão elevada da fuga.

Ref. EPP (Electrical Engineering Portal)

14 Conceitos sobre Arco Elétrico que você deveria saber!

Arcos elétricos são formados em um meio isolador, tal como o ar. Este isolador é submetido a um campo elétrico suficientemente forte para fazer com seja ionizado. Esta ionização faz com que o meio passe a se tornar um condutor, conduzindo corrente. O fenômeno de formação de arco elétrico é tão antigo quanto o próprio mundo.

O relâmpago é uma forma natural de arco elétrico. Arcos elétricos provocados pelo homem existem em aparelhos como fornos de arco ou equipamentos de solda. No entanto, na utilização normal da energia elétrica, arcos não são desejáveis, e devemos tomar medidas preventivas para que eles não ocorram, ou caso ocorram, que os danos sejam mínimos.

Arcos elétricos em equipamentos liberaram grandes quantidades de energia descontrolada, na forma de luz e calor intenso.

Arco não intencional em equipamentos de energia pode impor vários tipos de riscos:

• O calor do arco pode provocar queimaduras graves em muitos metros de distância (a temperatura pode atingir 20000 Kelvin, quatro vezes a temperatura na superfície do sol!).
• Subprodutos do arco, como respingos de metal fundido, podem causar ferimentos graves.
• Efeitos das ondas de pressão causadas pela rápida expansão do ar e da vaporização de metal podem distorcer gabinetes e causar a ejeção de portas de painéis com força intensa.
• Os níveis de som podem prejudicar a audição.

Discutindo os riscos de arco elétrico ...

Temos 14 termos de particular importância quando discutimos os riscos de arco elétrico:

1. Risco de Arco Elétrico -  uma condição perigosa associada com a liberação de energia causada por um arco elétrico.

2. Energia Incidente - A quantidade de energia emitida sobre uma superfície, a uma certa distância a partir da fonte, gerada durante um evento de arco elétrico. Uma das unidades usadas para medir a energia incidente é calorias por centímetro quadrado (cal /cm² ).

3. Análise do Risco de Arco Elétrico - Um estudo de risco sobre o potencial de exposição do trabalhador ao arco elétrico, conduzida com o objetivo de prevenção de lesões e da determinação de práticas seguras de trabalho e níveis adequados de EPI. Este é o foco do Curso Online de Arco Elétrico da TOP Elétrica. Saiba mais clicando aqui.

4. Partes Vivas - componentes condutores energizados.

5. Exposição (aplicado as partes energizadas) - Quando uma parte energizada é capaz de ser tocada inadvertidamente por uma pessoa. Esse termo é aplicado a partes do circuito que não estão devidamente protegidas ou resguardadas.

6. Risco de Choque - uma condição perigosa associada com a possível liberação de energia causada por contato ou aproximação às partes energizadas.

7. Fronteira do Arco Elétrico - Um limite de aproximação a uma distância das partes expostas dentro da qual uma pessoa pode receber uma queimadura de segundo grau se um arco elétrico ocorrer.

8. Limite de Aproximação - Um limite de aproximação a uma distância a partir de uma parte viva exposta dentro do qual existe risco de choque elétrico.

9. Limite de Aproximação Restrita - Um limite de aproximação a uma distância a partir de uma parte exposta viva dentro da qual existe um aumento no risco de choque, devido ao arco eléctrico combinado com o movimento inadvertido, para o pessoal que trabalha em proximidade com a parte viva.

10. Limite de Aproximação Proibida - Um limite de aproximação a uma distância a partir de uma parte viva exposta dentro do qual o trabalho é considerado o mesmo que fazer contato com a peça viva.

11. Pessoa Qualificada - Aquele que tem habilidades e conhecimentos relacionados com a manutenção e operação dos equipamentos e instalações elétricas, e recebeu treinamento de segurança sobre os riscos envolvidos.

12 Trabalho a Quente - entrar em contato com as partes vivas com as mãos, pés, ou outras partes do corpo, com ferramentas, sondas, ou com equipamento de teste, independentemente do equipamento de proteção individual que a pessoa está usando.

13 Trabalho Próximo (partes vivas) - Qualquer atividade dentro do Limite de Aproximação.

14. Condição de trabalho eletricamente segura - um estado em que o condutor ou circuito parcial a ser trabalhado foi desligado a partir de partes energizadas, bloqueado / marcado em conformidade com as normas estabelecidas, testados para assegurar a ausência de tensão e aterrados.

Muito Cuidado Quando Extrair e Inserir um Disjuntor [Caso Real de Acidente]

Existem muitas razões para um acidente com arco elétrico ocorrer. Algumas das explosões de arco elétrico ocorrem quando o pessoal da subestação faz o procedimento de inserir ou extrair disjuntores de cubículos de manobra de baixa ou de média tensão. Inserção e extração manual de disjuntores apresentam uma exposição ao arco elétrico potencialmente letal.

Preposições e complacência são dois sérios inimigos da segurança elétrica.

Em janeiro de 1993, dois funcionários foram mortos e três ficaram gravemente feridos por um arco elétrico em uma subestação de energia no Texas.

O funcionário morto (história não confirmada) havia inserido um disjuntor e enviado o comando de fechamento, mas o disjuntor não fechou. Com o indicador do disjuntor mostrando que ainda estava aberto, o operador iniciou a extração do disjuntor para solucionar o problema com o seu supervisor olhando. Ele não sabia que o disjuntor havia recebido o comando de fechamento.

Como consequência, o operador tentou extrair o disjuntor ao mesmo tempo que se recebe um comando de fechamento. Quando ele finalmente foi capaz de mover o disjuntor, a ligação mecânica foi aliviada e o disjuntor fechou enquanto ele estava parcialmente extraído. O resultado foi um arco elétrico e explosão que queimou gravemente o operador e o supervisor, além de jogá-los contra a  parede. Ambos foram mortos.

O arco elétrico, em seguida, se espalhou em torno de um canto e queimou outros três trabalhadores. Todo esse massacre ocorreu em milésimos de segundos.

Fonte:
http://electrical-engineering-portal.com/be-extremelly-carefull-when-racking-in-and-racking-out-of-circuit-breaker

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Os ferimentos causados ​​por choques elétricos

O efeito de eletricidade no corpo depende da quantidade de corrente e do tempo em que o corpo é exposto a ela. Quanto maior for a corrente, menor é o tempo de exposição para que um ser humano sobreviva.

O caminho da corrente elétrica através do corpo também é crítica.

Por exemplo, passagem de corrente através do coração ou do cérebro é mais fatal do que a corrente que passa através dos dedos. É preciso cerca de 1.000 miliamperes (1 ampère) de corrente para acender uma lâmpada de 100 watts. Abaixo estão os efeitos que você pode esperar de apenas uma fração do que a corrente pode fazer por alguns segundos.

A tabela abaixo ilustra que uma pequena quantidade de corrente durante alguns segundos ou mais podem ser fatais.

É a corrente que mata ou fere. Mas a tensão, o que "empurra" a corrente através do corpo, é também importante.

Quando uma vítima é exposta a tensões domésticas, ela pode sofrer um espasmo muscular que não a deixa largar até que o circuito está desligado, ou até que a vítima seja arrastada, muitas vezes pelo peso de seu corpo.

Períodos relativamente longos de contato com a baixa tensão são a causa de muitas mortes de origem elétrica, em casa ou no trabalho.

Em tensões muito elevadas (em linhas de média tensão, por exemplo), a vítima é pode ser arremessada para longe, após o contato. Isso resulta em danos internos menores, tal como insuficiência cardíaca, mas sofre uma terrível queimadura nos locais de entrada e saída da corrente.

Nota:
Todas as vítimas de choque elétrico e queimaduras devem receber tratamento padrão de primeiros socorros, seguido por um profissional de saúde, independentemente da gravidade.

Efeitos no organismo

Qualquer vítima de choque elétrico pode sofrer os seguintes efeitos sobre o corpo:

• Contração dos músculos do tórax, causando dificuldade respiratória e perda de consciência.
• Paralisia temporária dos órgãos respiratórios, resultando em incapacidade de respirar.
• Fibrilhação ventricular do coração (principalmente em tensões mais baixas).
• Queima de tecido na entrada e pontos de saída (principalmente de tensões mais elevadas). 
• Fraturas causadas por espasmos musculares.

6 Inspeções em Buchas de Transformadores de Potência

Existem seis inspeções diferentes que podem ser realizadas nas buchas de um transformador de potência:

1. Inspeção de rotina
2. Inspeção regular (uma vez a cada dois anos)
3. Inspeção devido a aquecimentos parciais excessivos
4. Inspeção de danos locais (fissuras) nas buchas
5. Inspeção para vazamentos de óleo
6. Armazenamento

Explosão de Transformador por falha em bucha

1. Inspeção de rotina

Aquecimento local excessivo

Preste atenção para as conexões terminais. É conveniente para pintar estas parte com tintas indicadoras de temperatura. É aconselhável a realização de inspeção termográfica.

Poluição

Quando há muita poeira e sal, uma limpeza deve ser realizada e para isso, o transformador deve ser colocado fora de serviço. Usar da água, amônia ou tetracloreto de carbono. Se eles estiverem muito sujas, o uso de ácido clorídrico concentrado, diluído 40 vezes ou mais, em água.

A solução não deve estar em contato com qualquer parte metálica; após a limpeza das peças de porcelana, estas devem ser neutralizadas com água contendo bicarbonato de sódio, numa proporção de 30 gramas por litro.

Se fizer uso de solução química, certifique-se de lavar depois com água doce, de modo a não deixar nenhum elemento estranho nas superfícies.

Em sistemas nos quais a parada do transformador para a limpeza é muito difícil, ou em zonas onde existem muitos danos pela poeira ou o sal, está sendo usado recentemente um método de lavagem designado "of hot line". É um método para lavar o equipamento sem parar o seu funcionamento, e existem duas ou três formas de fazê-lo.

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Danos mecânicos

Verifique se existem danos ou vazamentos de óleo nas buchas.

2. Inspecção regular (uma vez a cada dois anos)

Avaliação da deterioração do isolamento

Os métodos para detectar a degradação do isolamento são a medição da resistência de isolamento e tan Δ (Fator de potência do isolamento).

A medição da resistência de isolamento nas buchas não é simples, uma vez que a bucha e o enrolamento do transformador devem ser independentes; no entanto, a medição deve ser feita da melhor maneira possível.

A medição da tan Δ também é difícil, uma vez que as buchas devem ser separadas do transformador, na maioria dos casos. A avaliação dos resultados da medição não deve depender apenas os valores absolutos obtidos, mas sim com a comparação dos valores obtidos em cada ano e da variação entre eles. Se existem grandes discrepâncias nos valores, atenção especial é necessária.

Terminal para medição do fator de potência do isolamento de buchas

Quando a resistência de isolamento é superior a 1000 mohms a temperaturas normais, pode-se considerar como bom estado, mas o valor do fator de potência também devem ser levadas em consideração para a avaliação.

Em breve teremos um artigo especial sobre buchas e sobre as medições do fator de potência de isolamento.

Medidor de fator de potência de isolamento - Doble

3. Inspeção devido a aquecimentos parciais excessivos

O excessivo aquecimento dos terminais, na maioria dos casos, é devido ao afrouxamento. Se esta condição é observada, eliminar a poeira ou sujeira das peças de contato e reapertar firmemente.

O Sistema de Isolamento de um Transformador de Potência [Parte 3]

O óleo mineral isolante usado nos equipamentos elétricos em serviço está continuamente deteriorando-se, sofrendo um processo de envelhecimento devido às reações de oxidação que podem ser aceleradas pela presença de compostos metálicos (materiais presentes na construção, como cobre e outros, sendo que estes agem como catalisadores), oxigênio, alto teor de água e calor excessivo, os quais conduzem à formação de produtos de oxidação [Lipstein, 1970; Martins de Souza, 2003; Ribeiro Jr., 2003].

O Efeito da Umidade

A umidade é um dos principais catalisadores da degradação da isolação de papel. A isolação úmida tem sua resistência mecânica diminuída e suas propriedades dielétricas prejudicadas [Milash, 1984].

O papel em presença de umidade tende a abaixar sua rigidez dielétrica e aumentar seu fator de potência. O fator de potência do óleo isolante aumenta com a temperatura e com a quantidade de substâncias polares provenientes da sua deterioração. Na figura abaixo podemos verificar a variação do Fator de Potência do papel isolante em função de seu teor de umidade.

Fator de Potência ou Fator de Perdas é um ensaio para se determinar o cosseno do ângulo de fase ou o seno do ângulo de perdas de um material isolante. Ele nos dá uma ideia da intensidade da corrente que flui pelo isolante e que é uma medida de sua contaminação e de sua deterioração.

 Variação do fator de potência do papel isolante em função do teor de umidade

Fonte: Milash, Milan. Manutenção de Transformadores em Líquido Isolante

Internamente ao transformador, os meios isolantes tendem a buscar um equilíbrio químico nos teores de umidade. Por exemplo, se a isolação sólida estiver mergulhada em uma atmosfera gasosa, haverá passagem da umidade do gás para o papel, ou vice-versa, até ser atingido um estado de equilíbrio.

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O gráfico de Piper abaixo mostra que, para uma pressão constante no vapor de água, quanto mais alta a temperatura, menor é a percentagem de umidade do material fibroso e que seu teor de umidade crescerá com o aumento da pressão do vapor.

A eliminação de água da isolação é essencial para manter suas propriedades dielétricas em condições adequadas de isolamento e sua resistência mecânica. A percentagem de umidade necessária para afetar o fator de potência do papel é maior que a necessária para afetar o do óleo.

O papel isolante, por ser muito higroscópico, é um secador muito eficiente de ar e óleo. A celulose seca, quando mergulhada em óleo com umidade, tende a absorver esta água. Esta absorção se dá até o ponto em que é atingido o estado de equilíbrio. Na situação inversa, a água passa do papel para o óleo, quando este possui um teor de umidade inferior a do estado de equilíbrio.

O papel isolante imerso em óleo e aquecido por tempo prolongado fica com sua resistência mecânica muito reduzida.

A resistência mecânica da isolação diminui mais rapidamente que a sua resistência de isolamento, podendo enfraquecer-se a ponto de não poder mais resistir aos esforços de curtos-circuitos e surtos de tensão. 

Pesquisas indicam que pequenas quantidades de água na isolação provocam considerável redução na sua resistência mecânica. 

Variação da resistência mecânica do papel isolante em função da umidade e do tempo de envelhecimento

Fonte: Milash, Milan. Manutenção de Transformadores em Líquido Isolante

No próximo artigo vamos continuar discutindo sobre os processo de envelhecimento do óleo isolante.

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