JAN 1984
NBR 5052
Máquina síncrona - Ensaios
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Método de ensaio Origem: ABNT - MB-470/1982 CB-03 - Comitê Brasileiro de Eletricidade CE-03:002.02 - Comissão de Estudo de Máquinas Síncronas NBR 5052 - Rotating electrical machines - Synchronous machines - Testing Method of test Descriptors: Electrical machines. Synchronous machines. Rotating machines
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Palavra-chave: Máquina síncrona
SUMÁRIO 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
1 Objetivo 2 Documentos complementares 3 Ensaios ANEXO ANEX O A - Méto Método do da superpo superposição sição ANEX AN EXO O B - Model Modelos os de formu formulário lárioss para relat relatórios órios de ensaios Índice alfabético
70 páginas
NBR 5383 - Máquinas elétricas girantes - Máquinas de indução - Determinação das características - Método de ensaio NBR 5389 - Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão - Método de ensaio IEC 51 - Measuring instruments instruments and their acessories
1 Objetivo
3 Ensaios
1.1 Esta Norma prescreve os métodos de ensaio destinados a verificar a conformidade de máquinas síncronas com a NBR 5117 e determinar as suas características.
3.1 Resistência do isolamento
1.2 Esta Norma abrange as seguintes máquinas:
dicação útil de que a máquina está ou não em condições adequadas para sofrer os ensaios dielétricos ou outros, e, no caso de instalação nova ou máquina que esteve parada por um certo tempo, que a máquina está em condições para o serviço. Um valor alto da resistência do isolamento não é por si mesmo prova de que a isolação não tem rachas ou outros defeitos que possam causar avarias após a aplicação da tensão, embora não afetem substancialmente o valor medido da resistência do isolamento. É muitas vezes útil como ensaio periódico de máquinas em serviço, para detectar enfraquecimento da isolação, acumulação de umidade ou sujeira, o que é indicado por uma acentuada redução no valor medido.
- geradores, exceto de pólos não salientes; - motores, exceto os de pequena potência; - compensadores; - conversores de freqüência; - conversores de fase.
2 Documentos complementares Na aplicação desta Norma é necessário consultar: NBR 5117 - Máquinas síncronas - Especificação NBR 5165 - Máquinas de corrente contínua - Ensaios gerais - Método de ensaio
3.1.1 A resistência do isolamento pode oferecer uma in-
3.1.2 A resistência do isolamento é sujeita a uma larga va-
riação com a temperatura, umidade e limpeza das partes. Quando a resistência do isolamento cai, pode, na maioria dos casos de bom projeto e quando não existem defeitos,
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2 ser levada a um valor apropriado pela limpeza, com um solvente adequado, se necessário, e pela secagem. 3.1.3 Se a máquina foi exposta a umidade excessiva, a
secagem pode ser feita pela circulação de corrente nos enrolamentoss ou por aquecedores, preferivelmente manenrolamento tendo-se a temperatura constante em 75°C; em nenhum caso, porém, deve a temperatura exceder a temperatura para a qual a máquina foi projetada. Se a máquina apresenta uma resistência do isolamento muito baixa, é aconselhável secá-la parada, ou então girando com uma velocidade de rotação nominal e com uma corrente de curtocircuito da armadura no máximo igual à corrente nominal. Com a aplicação de calor, a resistência do isolamento usualmente decrescerá rapidamente, porém, logo que o processo de secagem fizer efeito, ela crescerá, atingindo finalmente um valor aproximadamente constante. A secagem deve prosseguir, além do momento em que a resistência do isolamento começou a crescer depois de atingir um mínimo, até que se possa assegurar que a estabilidade do valor de resistência do isolamento foi atingido.
3.2 Valor mínimo da resistência do isolamento 3.2.1 É difícil prescrever regras fixas para o valor real da
resistência do isolamento de uma máquina, uma vez que ela varia com o tipo, tamanho, tensão nominal, qualidade e condições do material isolante usado, método de construção e os antecedentes da isolação da máquina. Considerável dose de bom senso, fruto da experiência, deverá ser usada para concluir quando uma máquina está ou não apta para o serviço. Registros periódicos são úteis para esta conclusão. 3.2.2 As regras seguintes indicam a ordem de grandeza 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
dos valores que podem ser ser esperados em máquina máquina limpa e seca, a 40°C, quando a tensão de ensaio é aplicada durante 1 min. Valem tanto para enrolamentos de corrente contínua como de corrente alternada, seja para os enrolamentos das armaduras, seja para os enrolamentos de excitação. R m = mínima resistência resistência do isolamento recomendada, recomendada, em megaohms, obtida somando-se a unidade ao valor numérico da tensão nominal em quilovolts Se o ensaio é feito em temperatura diferente, será necessário corrigir a leitura para 40°C, utilizando-se uma curva de variação da resistência do isolamento em função da temperatura, levantada com a própria máquina. Se não se dispõe desta curva pode-se empregar a correção aproximada, fornecida pela curva da Figura 1; nota-se aqui que a resistência praticamente dobra para cada 10°C que baixa a temperatura da isolação. 3.2.3 Em máquinas novas, muitas vezes podem ser obtidos
valores inferiores, devido à presença de solvente nos vernizes isolantes que posteriormente se volatizam durante a operação normal. Isto não significa necessariamente que a máquina está inapta para o ensaio dielétrico ou para a operação, uma vez que a resistência do isolamento ordinariamente ordinariamente se elevará depois de um período em serviço. Em máquinas velhas, em serviço, podem ser obtidos freqüentemente freqüentemente valores muito maiores. A comparação com valores obtidos em ensaios anteriores na
mesma máquina, em condições similares de carga, temperatura e umidade, serve como uma melhor indicação das condições da isolação do que o valor obtido num único ensaio, sendo considerada suspeita qualquer redução grande ou brusca. 3.2.4 O ensaio de resistência do isolamento deve ordi-
nariamente ser realizado com todos os circuitos de igual tensão em relação à terra interligados. Se a leitura para o conjunto dos enrolamentos indica um valor anormalmente baixo, o estado de qualquer um dos enrolamentos pode ser verificado pelo ensaio de cada enrolamento separadamente. 3.2.5 A resistência do isolamento pode ser medida com
um instrumento de medida direta, tal como o ohmímetro indicador do tipo gerador, bateria ou eletrônico, ou com uma ponte de resistência, com um miliamperímetro, um voltímetro e uma fonte de corrente contínua adequada, e, na falta de outro dispositivo para ensaio da isolação, com um voltímetro de alta resistência e uma fonte de corrente contínua adequada. A medida da resistência deve ser tomada depois que o potencial do ensaio foi aplicado à isolação durante 1 minuto, para evitar influência da variação da polarização do dielétrico. Devem ser tomadas precauções quando forem usados instrumentos de medida direta ou uma fonte de corrente contínua, para que a tensão aplicada aos enrolamentos fique adstrita a um valor compatível com o estado da isolação e com a tensão nominal do enrolamento a ser ensaiado. 3.2.6 O método do voltímetro é baseado na comparação
das correntes que circulam quando uma tensão contínua constante é sucessivamente aplicada a uma resistência conhecida e a mesma resistência em série com uma desconhecida. Na aplicação do método, a resistência do voltímetro é a resistência conhecida. A sensibilidade do instrumento tem influência direta sobre os valores da resistência do isolamento que podem ser medidos com razoável precisão. Para os voltímetros comerciais comuns (100 ohms por volt), a aplicação com uma fonte de corrente contínua de 500 V deve ficar restrita restrita à medição de 1 MΩ ou 2 MΩ no máximo. A resistência máxima que pode ser medida em tensões inferiores a 500 V é proporcionalmente menor. Para instrumentos de maior sensibilidade, o valor máximo de resistência de isolamento que pode ser medido é aumentado proporcionalmente à sensibilidade em ohms por volt. A Figura 2 dá o diagrama de ligações. Fazem-se duas leituras de tensão: a primeira da fonte sem a resistência do isolamento e a segunda colocando-se a resistência do isolamento em série com o voltímetro. V = lei leitur turaa da ten tensão são da font fontee V1 = leitura do voltímetro voltímetro quando este está em série série com a resistência do isolamento R = res resist istênc ência ia do volt voltíme ímetr troo R 1 = resis resistênc tência ia do isolamento isolamento então: R1
=
R (V - V1) V1
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2 ser levada a um valor apropriado pela limpeza, com um solvente adequado, se necessário, e pela secagem. 3.1.3 Se a máquina foi exposta a umidade excessiva, a
secagem pode ser feita pela circulação de corrente nos enrolamentoss ou por aquecedores, preferivelmente manenrolamento tendo-se a temperatura constante em 75°C; em nenhum caso, porém, deve a temperatura exceder a temperatura para a qual a máquina foi projetada. Se a máquina apresenta uma resistência do isolamento muito baixa, é aconselhável secá-la parada, ou então girando com uma velocidade de rotação nominal e com uma corrente de curtocircuito da armadura no máximo igual à corrente nominal. Com a aplicação de calor, a resistência do isolamento usualmente decrescerá rapidamente, porém, logo que o processo de secagem fizer efeito, ela crescerá, atingindo finalmente um valor aproximadamente constante. A secagem deve prosseguir, além do momento em que a resistência do isolamento começou a crescer depois de atingir um mínimo, até que se possa assegurar que a estabilidade do valor de resistência do isolamento foi atingido.
3.2 Valor mínimo da resistência do isolamento 3.2.1 É difícil prescrever regras fixas para o valor real da
resistência do isolamento de uma máquina, uma vez que ela varia com o tipo, tamanho, tensão nominal, qualidade e condições do material isolante usado, método de construção e os antecedentes da isolação da máquina. Considerável dose de bom senso, fruto da experiência, deverá ser usada para concluir quando uma máquina está ou não apta para o serviço. Registros periódicos são úteis para esta conclusão. 3.2.2 As regras seguintes indicam a ordem de grandeza 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
dos valores que podem ser ser esperados em máquina máquina limpa e seca, a 40°C, quando a tensão de ensaio é aplicada durante 1 min. Valem tanto para enrolamentos de corrente contínua como de corrente alternada, seja para os enrolamentos das armaduras, seja para os enrolamentos de excitação. R m = mínima resistência resistência do isolamento recomendada, recomendada, em megaohms, obtida somando-se a unidade ao valor numérico da tensão nominal em quilovolts Se o ensaio é feito em temperatura diferente, será necessário corrigir a leitura para 40°C, utilizando-se uma curva de variação da resistência do isolamento em função da temperatura, levantada com a própria máquina. Se não se dispõe desta curva pode-se empregar a correção aproximada, fornecida pela curva da Figura 1; nota-se aqui que a resistência praticamente dobra para cada 10°C que baixa a temperatura da isolação. 3.2.3 Em máquinas novas, muitas vezes podem ser obtidos
valores inferiores, devido à presença de solvente nos vernizes isolantes que posteriormente se volatizam durante a operação normal. Isto não significa necessariamente que a máquina está inapta para o ensaio dielétrico ou para a operação, uma vez que a resistência do isolamento ordinariamente ordinariamente se elevará depois de um período em serviço. Em máquinas velhas, em serviço, podem ser obtidos freqüentemente freqüentemente valores muito maiores. A comparação com valores obtidos em ensaios anteriores na
mesma máquina, em condições similares de carga, temperatura e umidade, serve como uma melhor indicação das condições da isolação do que o valor obtido num único ensaio, sendo considerada suspeita qualquer redução grande ou brusca. 3.2.4 O ensaio de resistência do isolamento deve ordi-
nariamente ser realizado com todos os circuitos de igual tensão em relação à terra interligados. Se a leitura para o conjunto dos enrolamentos indica um valor anormalmente baixo, o estado de qualquer um dos enrolamentos pode ser verificado pelo ensaio de cada enrolamento separadamente. 3.2.5 A resistência do isolamento pode ser medida com
um instrumento de medida direta, tal como o ohmímetro indicador do tipo gerador, bateria ou eletrônico, ou com uma ponte de resistência, com um miliamperímetro, um voltímetro e uma fonte de corrente contínua adequada, e, na falta de outro dispositivo para ensaio da isolação, com um voltímetro de alta resistência e uma fonte de corrente contínua adequada. A medida da resistência deve ser tomada depois que o potencial do ensaio foi aplicado à isolação durante 1 minuto, para evitar influência da variação da polarização do dielétrico. Devem ser tomadas precauções quando forem usados instrumentos de medida direta ou uma fonte de corrente contínua, para que a tensão aplicada aos enrolamentos fique adstrita a um valor compatível com o estado da isolação e com a tensão nominal do enrolamento a ser ensaiado. 3.2.6 O método do voltímetro é baseado na comparação
das correntes que circulam quando uma tensão contínua constante é sucessivamente aplicada a uma resistência conhecida e a mesma resistência em série com uma desconhecida. Na aplicação do método, a resistência do voltímetro é a resistência conhecida. A sensibilidade do instrumento tem influência direta sobre os valores da resistência do isolamento que podem ser medidos com razoável precisão. Para os voltímetros comerciais comuns (100 ohms por volt), a aplicação com uma fonte de corrente contínua de 500 V deve ficar restrita restrita à medição de 1 MΩ ou 2 MΩ no máximo. A resistência máxima que pode ser medida em tensões inferiores a 500 V é proporcionalmente menor. Para instrumentos de maior sensibilidade, o valor máximo de resistência de isolamento que pode ser medido é aumentado proporcionalmente à sensibilidade em ohms por volt. A Figura 2 dá o diagrama de ligações. Fazem-se duas leituras de tensão: a primeira da fonte sem a resistência do isolamento e a segunda colocando-se a resistência do isolamento em série com o voltímetro. V = lei leitur turaa da ten tensão são da font fontee V1 = leitura do voltímetro voltímetro quando este está em série série com a resistência do isolamento R = res resist istênc ência ia do volt voltíme ímetr troo R 1 = resis resistênc tência ia do isolamento isolamento então: R1
=
R (V - V1) V1
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Figura 1 - Determinação da resistência do isolamento
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Figura 2 - Medição da resistência do isolamento - Método do voltímetro 3.3 Ensaio dielétrico 3.3.1 Execução do ensaio
por termômetros localizados em vários pontos do enrolamento ou por detectores embutidos, em máquinas com eles equipadas.
O ensaio deve ser executado de acordo com a NBR 5389.
3.4.1.3 Se a resistência de um enrolamento de cobre ou
3.3.2 Ensaio de máquinas novas e completas
de alumínio é conhecida numa temperatura t 1 ela pode ser calculada para qualquer outra temperatura t2, por meio da seguinte fórmula:
3.3.2.1 As prescrições seguintes aplicam-se somente a
máquinas novas e completas, com todas as partes no seu devido lugar, sob condições equivalentes às condições normais de funcionamento.
R2 =
3.3.2.2 A tensão de ensaio deve ser aplicada entre os en-
R 1 = a resistência medida na temperatura t1, em graus Celsius
rolamentos e a carcaça. O núcleo deve ser ligado à carcaça e aos enrolamentos não sob ensaio. 3.3.2.3 Quando ambos os terminais de cada fase forem
individualmente acessíveis, a tensão de ensaio deve ser aplicada a cada fase e à carcaça. O núcleo deve ser ligado à carcaça e aos enrolamentos não sob ensaio. 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.3.3 Ensaio em enrolamentos parcialmente substituídos
A parte velha do enrolamento deve ser cuidadosamente limpa e seca antes do ensaio. 3.3.4 Ensaio em máquinas submetidas a revisão
As máquinas devem ser limpas e secas antes do ensaio.
3.4 Ensaio de resistência ôhmica (resistência dos enrolamentos da armadura e de excitação) 3.4.1 Generalidades 3.4.1.1 As medições de resistência são usadas para três
fins: para calcular as perdas I 2R, para determinar a componente ativa da queda de tensão interna em carga, e para determinar a temperatura dos enrolamentos. Dois métodos são comumente usados para determinar a resistência: o método de tensão e corrente e o método de comparação, no qual a resistência desconhecida é comparada com uma resistência conhecida por alguma ponte adequada. 3.4.1.2 Todas as precauções possíveis devem ser tomadas
para se obter a temperatura exata do enrolamento quando se mede a resistência a frio. A temperatura do ar ambiente não deve ser considerada como a temperatura do enrolamento. A temperatura do enrolamento deve ser tomada
K + t2 . R 1 K + t1
R 2 = a resistência desejada na temperatura t2, em graus Celsius Onde: para o cobre, K = 235 para o alumínio, K = 228 Para os enrolamentos constituídos em parte de fios de cobre e em parte de fios de alumínio, deve ser usado um valor intermediário da constante K, em proporção às respectivas quantidades de cada metal.
3.5 Ensaios de espiras curto-circuitadas de enrolamento de excitação 3.5.1 Objetivo
Estes ensaios têm por objetivo a detecção de bobinas de campo com: a) espiras em curto-circuito; b) número incorreto de espiras ou; c) dimensões incorretas do condutor. 3.5.2 Método 1: Queda de tensão, corrente contínua
Este método pode ser utilizado para a detecção de espiras curto-circuitadas somente se as conexões entre as bobinas forem acessíveis. O ensaio é executado fazendo-se passar uma corrente contínua constante pelo enrolamento
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NBR 5052/1984 de excitação inteiro. A queda de tensão em cada bobina ou par de bobinas é medida por meio de voltímetro. Se a variação destas leituras for superior a 2% da média, isto poderá constituir indicação da existência de espiras curtocircuitadas na bobina ou de que parte do enrolamento foi enrolada com número errado de espiras ou dimensões de condutor erradas. 3.5.3 Método 2: Queda de tensão, corrente alternada 3.5.3.1 Efetua-se um ensaio mais sensível para a detecção
de espiras curto-circuitadas, fazendo-se passar corrente alternada constante pelo enrolamento de excitação inteiro. Se houver acesso às conexões entre bobinas, deverá ser medida queda de tensão em cada bobina ou par de bobinas. A queda de tensão numa bobina com uma espira curto-circuitada será substancialmente inferior à queda de tensão numa bobina sã. A queda de tensão numa bobina sã, adjacente à bobina com uma espira curto-circuitada, será ligeiramente inferior à queda de tensão em outras bobinas sãs, devido ao fluxo reduzido na bobina curto-circuitada. A comparação das tensões medidas permitirá a pronta localização das bobinas defeituosas. 3.5.3.2 Se as conexões entre bobinas não forem aces-
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
síveis, deverão ser medidas a corrente e a queda de tensão no enrolamento inteiro. A impedância de um enrolamento de um circuito único, no qual existe uma bobina com uma espira curto-circuitada, será reduzida a aproximadamente (m-1)/m vezes o valor num enrolamento são, sendo m o número de bobinas de enrolamento. Este ensaio é útil para a detecção de uma espira curto-circuitada existente na máquina somente em operação. Se variar a velocidade de rotação durante a aplicação de corrente alternada, uma descontinuidade nas leituras de corrente ou de tensão poderá indicar o aparecimento e desaparecimento de um curto-circuito. Nota: A sensibilidade deste método de ensaio é muito mais baixa para rotores cilíndricos, nos quais o enrolamento de excitação se acha colocado em ranhuras, especialmente para rotores de aço maciço. A sensibilidade varia na dependência de qual das bobinas possui a espira curtocircuitada. Ensaios de fábrica, nos quais são aplicados curto-circuitos temporários, poderão servir de base para análise futura, quando se suspeitar de espiras curtocircuitadas. Para máquinas de rotor cilíndrico, poderão ser preferidos os métodos 3 e 4.
3.5.4 Método 3: Resistência sob corrente contínua 3.5.4.1 Neste método, efetua-se uma comparação entre a
resistência do enrolamento de excitação e um valor obtido previamente por ensaio ou cálculo. 3.5.4.2 Depois de o rotor ter ficado exposto à temperatura
ambiente durante tempo suficiente para o enrolamento do rotor inteiro adquiri-la, mede-se a resistência do enrolamento de excitação pelo método da ponte dupla. A temperatura do rotor é medida por meio de vários termômetros ou pares termoelétricos localizados em pontos adequados. A resistência é então corrigida para uma temperatura na qual a resistência foi determinada previamente por meio de um ensaio semelhante ou, no caso de uma máquina nova, por cálculo. Se o valor corrigido da resistência
medida no presente ensaio for significativamente inferior ao valor de referência, poderá haver espiras curtocircuitadas.
3.6 Ensaio de polaridade para bobinas de campo A polaridade dos pólos de campo pode ser verificada por meio de um pequeno ímã permanente, montado de modo a poder girar e inverter a sua direção livremente. O enrolamento de excitação deve ser energizado com 5% a 10% da corrente nominal. O ímã indica a polaridade pela inversão da sua direção ao passar de pólo para pólo. O ímã deve ser verificado para certificar-se de que não perdeu o seu magnetismo ou sofreu inversão de polaridade pelo fluxo de campo.
3.7 Ensaio de tensão no eixo e isolação de mancal 3.7.1 Generalidades 3.7.1.1 Irregularidades do circuito magnético podem fazer
uma pequena quantidade de fluxo enlaçar o eixo e assim gerar uma força eletromotriz entre as suas extremidades. Esta força eletromotriz pode causar a circulação de uma corrente através de eixo, mancais, pedestais dos mancais e carcaça, retornando à outra extremidade, a menos que o circuito esteja interrompido por uma isolação. 3.7.1.2 Para os métodos 1 a 3, a máquina deve ser operada
à velocidade de rotação nominal e excitada para tensão nominal da armadura em vazio, salvo quando forem especificadas outras condições de operação. 3.7.2 Método 1: Através da película de óleo do mancal, mancais não isolados
Este método requer que as propriedades isolantes da película de óleo do mancal sejam adequadas para suportar a tensão no eixo sem descarga disruptiva. A existência de tensão ou corrente no eixo pode ser determinada, operando-se a máquina com tensão e velocidade de rotação nominais e ligando-se um condutor de baixa resistência do eixo à carcaça em um mancal e um voltímetro de corrente alternada de faixa reduzida (ou um amperímetro de corrente alternada de faixa ampla), com terminais de baixa resistência do eixo à carcaça num outro mancal. A deflexão do aparelho de medição indica a existência de tensão que pode produzir correntes no eixo. Se não houver deflexão do aparelho de medição, a tensão existente é insuficiente ou a película de óleo do mancal não está atuando como isolante adequado. 3.7.3 Método 2: Através da isolação do mancal
Em muitas máquinas um ou mais mancais são isolados para eliminar correntes no eixo. Nos itens seguintes admite-se a isolação localizada entre o mancal e a carcaça. Para verificar, nessas máquinas, a existência de tensão que poderia produzir corrente no eixo, liga-se um condutor de baixa resistência do eixo ao mancal não isolado para curto-circuitar a película de óleo e um voltímetro de corrente alternada de faixa reduzida (ou um amperímetro de corrente alternada de faixa ampla) entre o eixo e, sucessivamente, cada mancal isolado. A deflexão do aparelho de medição indica a existência de tensão que poderia produzir corrente no eixo, se não houvesse a isolação do mancal.
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6 3.7.4 Método 3: Isolação do mancal
A isolação pode ser ensaiada, ligando-se em paralelo à mesma um voltímetro de corrente alternada de faixa reduzida (ou um amperímetro de corrente alternada de faixa ampla). Um condutor de baixa resistência pode ser ligado do eixo e cada mancal para curto-circuitar a película de óleo. A deflexão do instrumento, neste caso, prova que a efetividade da isolação é pelo menos apenas parcial. Se não houver deflexão do instrumento, a isolação está com defeito ou não há tensão no eixo. 3.7.5 Método 4: Isolação do mancal
Coloca-se uma camada de papel pesado em torno do eixo, a fim de isolar os assentos dos mancais não isolados. O acoplamento das unidades de acionamento ou acionadas deve ser desembreado, se não for isolado. Em paralelo com a isolação, ligam-se dois cabos, um do mancal isolado e outro da carcaça, a uma fonte de tensão de 110 V - 125 V. Em série com esta fonte de tensão achamse ou uma lâmpada de filamento adequada para a tensão do circuito ou um voltímetro, cuja escala plena seja de aproximadamente 150 V, e um resistor de 100 Ω a 300 Ω. Se o filamento da lâmpada não apresentar coloração, ou se a leitura do voltímetro não exceder 60 V, a isolação poderá ser considerada satisfatória. Pode ser utilizado também um megger de 500 V. Este é muito mais sensível e poderá causar a rejeição de uma isolação na realidade adequada para evitar danos causados pela corrente resultante da baixa tensão no eixo. 3.7.6 Método 5: Isolação dupla
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Em algumas máquinas os mancais são providos de duas camadas de isolação com um separador metálico entre elas. O ensaio do método 5 é aplicado entre o separador metálico e a carcaça da máquina. Este ensaio deve ser executado sobre cada um dos vários múltiplos trajetos entre o eixo e a carcaça, onde são utilizados mancais isolados (por exemplo: tubos de termômetros, tubos de controle para uma turbina hidráulica, selos para hidrogênio e acoplamento isolado). Este ensaio pode ser efetuado com a máquina parada ou em movimento. Ele deve ser suplementado por inspeção visual cuidadosa para certificar-se da inexistência de possíveis trajetos paralelos não providos de isolação.
3.8 Ensaio de seqüência de fases 3.8.1 Generalidades
O ensaio de seqüência de fases é feito para verificar a concordância das marcações dos terminais com as que forem especificadas pelo comprador ou pelas normas. Os resultados são utilizados na ligação da linha aos terminais da máquina para obter a operação em paralelo correta para geradores, ou o correto sentido de rotação para motores. A seqüência de fases em máquinas trifásicas pode ser invertida pela troca das ligações de linha com dois terminais de armadura quaisquer. A seqüência de fases em máquinas bifásicas pode ser invertida pela troca de dois terminais de qualquer fase. 3.8.2 Método 1: Indicadores de seqüência de fases 3.8.2.1 A seqüência de fases é determinada operando-se
a máquina como gerador no sentido de rotação para o qual foi projetada e ligando-se aos seus terminais um in-
dicador de seqüência de fases ou um motor de indução, cujo sentido de rotação para determinada seqüência de fases aplicada aos seus terminais é conhecido. 3.8.2.2 A Figura 3 é um diagrama de um tipo de indicador
de seqüência de fases que consta de enrolamentos colocados num núcleo de ferro laminado, com uma barra de aço montada no centro. Os terminais da máquina em ensaio, seja trifásica ou bifásica, devem ser ligados aos terminais correspondentes do indicador ou motor. O indicador mostrado na Figura 3 operará no sentido dos ponteiros do relógio se a seqüência de fases for 1, 2, 3 e no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio se a seqüência de fases for 1, 3, 2. 3.8.2.3 A Figura 4 mostra esquematicamente um outro tipo
de indicador de seqüência de fases sem partes móveis, utilizado para máquinas trifásicas. O indicador utiliza um pequeno capacitor e duas lâmpadas néon ligados em estrela através do circuito trifásico a ser ensaiado. Para seqüência de fases 1, 2, 3, acenderá a lâmpada ligada ao terminal nº 1 e para a seqüência de fases 1, 3, 2, acenderá a lâmpada ligada ao terminal nº 3. Para a verificação do indicador, o interruptor da Figura 4 deve ser fechado. Se o indicador estiver operando corretamente, ambas as lâmpadas brilharão com a mesma intensidade. 3.8.2.4 Quando for necessário ligar o indicador de seqüên-
cia de fases aos terminais da máquina através de transformadores de potencial, as ligações destes deverão ser verificadas cuidadosamente, visto que a inversão de polaridade de qualquer enrolamento do transformador modificará as relações de fase entre as tensões aplicadas ao indicador. Para ligação estrela-estrela, devem ser escolhidos determinados terminais dos enrolamentos de altatensão dos transformadores de potencial e ligados para formar o neutro primário. Os terminais correspondentes dos enrolamentos de baixa tensão devem ser ligados para formar o neutro secundário. Se for utilizada ligação triângulo ou triângulo aberto, impor-se-ão providências análogas para assegurar seqüência de fases adequada no sistema secundário. Para quaisquer dos casos precedentes é importante conservar a identificação da seqüência de fases apropriada no sistema secundário. 3.8.3 Método 2: Indicação por diferença de tensão
Uma verificação conveniente e prática da seqüência de fases de um gerador síncrono, comparada à do sistema ao qual ele deve ser ligado, pode ser feita da seguinte forma: ligam-se quatro transformadores de potencial como indicado na Figura 5 para máquinas trifásicas. É necessário muito cuidado para manter a polaridade correta das ligações do transformador. O asterisco (*) mostra os terminais correspondentes dos enrolamentos primário e secundário. Por meio desta ligação, a ligação das lâmpadas indicadoras é efetivamente realizada entre o gerador e o sistema através de chaves desligadoras abertas. Deve-se levar o gerador até a velocidade de rotação correspondente à sua tensão nominal e aplicar a excitação correspondente a esta. Ao aproximar-se do sincronismo, as lâmpadas ligadas aos secundários dos transformadores de potencial se acenderão ou apagarão simultaneamente se o gerador tiver a mesma seqüência de fases que o sistema, ao passo que elas se apagarão sucessivamente, se as seqüências de fases forem opostas.
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Figura 3 - Indicador de seqüência de fases
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Figura 4 - Indicador de seqüência de fases com lâmpadas néon
Figura 5 - Esquema de ligações para comparação da seqüência de fase de um gerador com a do sistema pela indicação de tensão através de uma chave desligadora
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8 3.8.4 Método 3: Comparação com a tensão do sistema
Este método oferece uma verificação absoluta da seqüência de fases de um gerador síncrono em comparação com a do sistema ao qual se destina a ser ligado. É necessário que o gerador seja separado do sistema por meio de um disjuntor e devem ser providenciados meios para desligar o gerador do disjuntor. Um indicador da seqüência de fases deve ser ligado ao disjuntor, ao lado do gerador, por meio de transformadores de potencial adequados. Deve-se fechar o disjuntor com o gerador desligado e anotar a indicação do indicador de seqüência de fases. Com o gerador ligado ao disjuntor aberto, deve ser anotada a indicação do indicador de seqüência de fases, quando o gerador for operado na velocidade de rotação nominal e excitado para tensão normal. Se as duas indicações de seqüência de fases forem as mesmas, a seqüência de fases do gerador é igual à do sistema.
3.9 Irregularidade da forma de onda - Determinação do fator de interferência telefônica (FIT) 3.9.1 A faixa de freqüência medida deve cobrir todos os
harmônicos desde a freqüência nominal até 5000 Hz. 3.9.2 A determinação do FIT deve ser efetuada por um
dos dois procedimentos alternativos de 3.9.2.1 a 3.9.2.3. 3.9.2.1 Diretamente por meio de um dispositivo de medição
e de um sistema associado, especialmente projetados para este fim. 3.9.2.2 Análise da tensão em vazio e cálculo do valor eficaz
ponderado mediante a seguinte fórmula:
FIT (%) = 100 E12 λ12 + E22 λ 22 + E23 λ 23 + ... E n2λ n2 U Onde:
3.8.5 Método 4: Sentido de rotação para motores
No caso de um motor, a seqüência de fases pode ser verificada, pondo-o em movimento por meio da sua fonte normal de alimentação e observando-se o seu sentido de rotação. Se um sentido de rotação incorreto puder causar danos, o motor deve ser desligado do equipamento suscetível a ser danificado. Em, alguns dados este equipamento, tal como uma catraca, não pode ser desligado. Neste caso deve ser aplicada tensão suficientemente baixa para não danificar o equipamento ou empregado outro procedimento, como o método 1 ou uma adaptação do método 2 ou 3.
En = valor eficaz do harmônico de ordem n da tensão de linha nos terminais da máquina U = valor eficaz de tensão da linha nos terminais da máquina
λ n = fator de ponderação para a freqüência correspondente harmônico de ordem n
3.9.2.3 Os valores numéricos do fator de ponderação para
as diferentes freqüências devem ser obtidos na Tabela 1; o gráfico da Figura 6 pode ser utilizado para facilitar a interpolação.
Tabela 1 - Fatores de ponderação Freqüência Hz 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440
Fator de ponderação 0,0002594 0,00221 0,00333 0,0489 0,111 0,180 0,276 0,379 0,487 0,595 0,711 0,832 0,958 1,08 1,21 1,34 1,42 1,47 1,49 1,50 1,53 1,55 1,58 1,60
Freqüência Hz
Fator de ponderação
Freqüência Hz
Fator de ponderação
1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700 2760 2820 2880
1,61 1,63 1,65 1,67 1,70 1,71 1,72 1,74 1,76 1,79 1,81 1,82 1,84 1,87 1,89 1,90 1,91 1,93 1,94 1,95 1,96 1,96 1,97 1,97
2940 3000 3060 3120 3180 3240 3300 3360 3420 3480 3540 3600 3720 3840 3960 4080 4200 4320 4440 4560 4680 4800 4920
1,97 1,97 1,95 1,93 1,90 1,87 1,83 1,78 1,73 1,67 1,59 1,51 1,32 1,13 0,950 0,770 0,610 0,476 0,365 0,278 0,210 0,158 0,120
9
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1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Figura 6 - Fatores de ponderação 3.10 Ensaio de sobrevelocidade
3.11 Característica em V
3.10.1 Antes de ser realizado um ensaio de sobrevelocida-
3.11.1 As características em V, são gráficos da corrente
de, a máquina deve ser cuidadosamente inspecionada, para assegurar que todos os parafusos e partes girantes estão apertados e em boas condições. O rotor deve estar no melhor equilíbrio mecânico possível, antes de ser iniciado o ensaio. Todas as precauções devem ser tomadas para proteger vidas e propriedades em caso de imprevistos. A velocidade de rotação deve ser lida com um tacômetro ou outro dispositivo preciso, indicador de velocidade de rotação à distância. O tacômetro deve ser calibrado com os terminais usados no ensaio e a leitura verificada na velocidade de rotação normal, antes de ser iniciado o ensaio. A máquina deve ser cuidadosamente inspecionada depois do ensaio. 3.10.2 Normalmente o ensaio de sobrevelocidade é efe-
tuado com a máquina não excitada. Se, contudo, houver excitação durante o ensaio, ela deve ser reduzida, de modo que a tensão não ultrapasse 105% da tensão nominal.
da armadura em função da corrente de excitação, para cargas constantes (isto é, com fator de potência variável). São usualmente levantadas para velocidade de rotação e tensão nominais. A Figura 7 mostra um conjunto de curvas típicas; cada característica apresenta um definido em que a corrente da armadura é mínima, e que corresponde ao fator de potência unitário para aquela carga particular. 3.11.2 Para levantar a característica em V em vazio, gira-
se a máquina como motor síncrono em vazio, sob tensão e freqüência nominais. Começa-se com a corrente mínima da armadura. A corrente de excitação correspondente à corrente mínima da armadura numa característica em V em vazio deve ser igual à correspondente à tensão nominal na característica em vazio. Aumenta-se a corrente de excitação e lê-se a corrente da armadura, a tensão e a corrente de excitação até uma corrente da armadura 50%
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10 acima da corrente nominal da máquina. Em máquinas com enrolamentos de excitação projetados para fator de potência unitário, isto pode requerer uma corrente de excitação excessiva. Usualmente a tensão de excitação não deve ser superior a 150% da tensão de excitação com carga nominal. Reduz-se, então, a corrente de excitação abaixo do valor correspondente à corrente mínima da armadura e tomam-se leituras da corrente da armadura, da tensão e da corrente de excitação, como anteriormente, até um valor da corrente de excitação zero, para máquinas de pólos salientes.
do gerador para absorver potência reativa é igual à potência fornecida em kVA.
3.13 Perdas e rendimentos 3.13.1 Prescrições gerais 3.13.1.1 Os ensaios devem ser executados em máquinas
em perfeito estado. 3.13.1.2 Salvo acordo diferente entre fabricante e comprador, todos os dispositivos para regulação automática, que não fazem parte integrante da máquina, devem ser postos fora de operação. 3.13.1.3 Todas as tampas devem ser colocadas como para
operação normal. 3.13.1.4 Os instrumentos de medição e os seus acessórios,
tais como transformadores para instrumentos, derivadores e pontes utilizados nos ensaios, devem, salvo especificação diferente, se de classe de precisão 1,0 ou melhor, de acordo com a Publicação IEC 51, enquanto não vigorar norma brasileira equivalente. Os instrumentos utilizados para a determinação de resistência com corrente contínua devem ser de classe de precisão 0,5 ou melhor, de acordo com a Publicação IEC 51, enquanto não houver norma brasileira equivalente. 3.13.1.5 Os instrumentos devem ser escolhidos de modo
Figura 7 - Conjunto de curvas em V típicas 3.11.3 As características em V com carga devem ser deter 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
minadas do mesmo modo que as características em vazio, mantendo-se constantes, contudo, além da carga especificada, também a tensão da armadura e a velocidade de rotação. Com carga haverá, em geral, um valor mínimo da corrente de excitação abaixo do qual a máquina sairá de sincronismo. Deve ser evitado aquecimento excessivo dos enrolamentos.
3.12 Capacidade dos geradores para absorver potência reativa A capacidade de um gerador para absorver potência reativa pode ser determinada por um dos seguintes métodos: a) o gerador é operado como motor síncrono em vazio, com tensão e freqüência nominais, e com a excitação reduzida a zero. A capacidade do gerador para absorver potência reativa é aproximadamente igual à potência absorvida em kVA; b) o gerador, com tensão e freqüência nominais, e com a excitação reduzida a zero, é conectado a máquinas síncronas sobreexcitadas, operando como motores em vazio. A capacidade do gerador para absorver potência reativa é aproximadamente igual à potência fornecida em kVA; c) o gerador é ligado a seções de linha de transmissão de capacidade suficiente para manter aproximadamente a tensão nominal, quando a excitação do gerador é reduzida a zero. A capacidade
a obterem-se leituras na parte útil da escala, de forma tal que uma fração de divisão, correspondente à pequena parte da leitura total, possa ser estimada facilmente. 3.13.1.6 Em máquinas com escovas ajustáveis, estas de-
vem ser colocadas na posição correspondente aos valores nominais especificados. Para medição em vazio, as escovas devem ser colocadas no eixo neutro. 3.13.1.7 A velocidade de rotação pode ser medida por
método estroboscópico, por meio de contador digital ou por meio de tacômetro. Na medição do escorregamento, a velocidade síncrona deve ser determinada a partir da freqüência de alimentação durante o ensaio. 3.13.1.8 O rendimento pode ser obtido por meio de medi-
ção direta ou por meio de medição indireta. 3.13.1.8.1 A medição direta do rendimento deve ser feita
medindo-se diretamente a potência fornecida pela máquina e a potência absorvida pela mesma. 3.13.1.8.2 A medição indireta do rendimento deve ser feita
medindo-se as perdas da máquina. Estas perdas são somadas à potência fornecida pela máquina, dando assim a potência absorvida. 3.13.1.8.3 A medição indireta pode ser executada pelos
procedimentos seguintes: a) determinação das perdas em separado; b) determinação das perdas totais. Nota: Os métodos para determinação do rendimento das máquinas são baseados em determinadas hipóteses, não é, portanto, possível comparar as perdas obtidas pelo método direto com as obtidas pelo método de perdas em separado.
11
NBR 5052/1984 3.13.1.9 As perdas são medidas, em geral, com a máquina
sem carga, fazendo-se duas séries de operação, uma com os terminais da armadura em circuito aberto e outra com os referidos terminais em curto-circuito. Durante as operações da mesma série, é muitas vezes conveniente obter dados para o traçado da característica em vazio e da característica em curto-circuito. 3.13.2 Classes de ensaio para a determinação do rendimento 3.13.2.1 Os ensaios podem ser agrupados em uma das
três seguintes classes: a) medição das potências absorvida e fornecida por uma só máquina: consiste geralmente na medição da potência mecânica absorvida ou fornecida por uma só máquina; b) medição das potências absorvida e fornecida por duas máquinas em oposição (por exemplo, duas máquinas idênticas ou uma máquina em ensaio acoplada a uma máquina calibrada): permite eliminar a medição da potência mecânica absorvida ou fornecida pela máquina; c) medição das perdas reais de uma máquina em condições determinadas: estas perdas não constituem geralmente as perdas totais, mas compreendem certas perdas particulares. O método pode, contudo, ser utilizado para o cálculo das perdas totais ou de determinadas perdas componentes. 3.13.3 Ensaios para medição das perdas e determinação do rendimento 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.13.3.1 Este item tem por fim estabelecer métodos para
determinar o rendimento da máquina a partir de ensaios, e também prescrever métodos para se obterem determinadas perdas, quando estas forem necessárias para outros fins. 3.13.3.2 São os seguintes:
a) ensaio do freio; b) ensaio da máquina calibrada; c) ensaio de oposição mecânica; d) ensaio de oposição elétrica; e) ensaio com fator de potência nulo; f) ensaio de retardamento; g) ensaio calorimétrico.
3.13.5 Precisão
Quando o rendimento ou as perdas totais são obtidas a partir da potência absorvida e da potência fornecida medidas, qualquer imprecisão nessas medições da potência não melhor de 1%, pode haver nas perdas totais um erro de 2% da potência absorvida total ou um erro de 2% no rendimento. Este método apresenta precisão suficiente em máquinas de rendimento relativamente baixo (inferior a aproximadamente 90%), para as quais se torna conveniente. Alta precisão no rendimento, porém nestas e em outras máquinas, pode ser obtida pelo cálculo das perdas a partir de medição direta. 3.13.6 Métodos e ensaios preferenciais 3.13.6.1 O método recomendado para a determinação do
rendimento é o cálculo pela adição das perdas. 3.13.6.2 O ensaio recomendado para determinação das
perdas independentes da corrente é o ensaio fator de potência unitário sob tensão e freqüência nominais. 3.13.7 Determinação do rendimento pelo ensaio do freio
Quando a máquina for operada com velocidade de rotação, tensão e corrente nominais, o rendimento é tomado como a relação entre a potência fornecida e a potência absorvida. Não deve ser feita correção de temperatura para a resistência do enrolamento. 3.13.8 Determinação do rendimento pelo ensaio com máquina calibrada
Quando a máquina for operada com velocidade de rotação, tensão e corrente nominais, o rendimento é tomado como a relação entre a potência fornecida e a potência absorvida. Não deve ser feita correção de temperatura para a resistência do enrolamento. 3.13.9 Determinação do rendimento pelo ensaio de oposição mecânica
Quando máquinas idênticas forem operadas em condições essencialmente iguais, admitem-se perdas como distribuídas igualmente e o rendimento é calculado a partir da potência elétrica absorvida pela máquina que funciona como motor e de metade das perdas totais. 3.13.10 Determinação do rendimento pelo método de oposição elétrica
Quando máquinas idênticas forem operadas em condições nominais essencialmente iguais, admitem-se as perdas supridas pelo sistema elétrico como distribuídas igualmente e o rendimento é calculado a partir da potência elétrica absorvida pela máquina que funciona como motor e de metade das perdas totais.
3.13.4 Escolhas dos ensaios
A escolha dos ensaios depende da informação desejada, da precisão exigida e do tamanho da máquina na considerada. Quando há diversos métodos disponíveis, o método preferencial é indicado.
3.13.11 Determinação do rendimento pelo ensaio de fator de potência nulo
Quando a máquina for operada com velocidade de rotação, tensão e corrente nominais, as perdas totais serão
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12 equivalentes à potência absorvida durante o ensaio, corrigida para a diferença entre as correntes de excitação respectivamente no ensaio e com carga nominal. Ver 3.13.13.3. 3.13.12 Determinação do rendimento pela edição das perdas
No cálculo do rendimento admite-se que a soma das perdas obtidas da seguinte forma equivale às perdas totais conforme 3.13.12.1 a 3.13.12.4. 3.13.12.1 Perdas no circuito de excitação 3.13.12.1.1 Perdas I2eR no enrolamento de excitação
São calculadas pela fórmula I2eR, adotando-se para R a resistência do enrolamento de excitação, corrigida para a temperatura de referência, e para I e o valor da corrente de excitação correspondente aos valores nominais particulares da máquina, medido durante o ensaio em carga, ou calculado quando este ensaio não é possível. Se o valor for determinado por cálculo, o método de cálculo deve ser fixado mediante acordo entre fabricante e comprador. 3.13.12.1.2 Perdas no reostato principal
Estas perdas são calculadas pela fórmula I R, onde R é a resistência da parte do reostato em circuito para os valores nominais considerados e Ie é o valor da corrente de excitação para os valores nominais considerados definidos como em 3.13.12.1.1. São iguais também ao produto IeU da corrente de excitação, correspondente àqueles valores nominais particulares, pela tensão U nos terminais do reostato. 2 e
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.13.12.1.4 Perdas na excitatriz Nota: O procedimento descrito a seguir aplica-se somente no caso em que a excitatriz é acionada a partir do eixo principal e utilizada somente para excitar a máquina síncrona. a) estas perdas incluem a diferença entre a potência absorvida no eixo da excitatriz e a potência fornecida por ela nos seus terminais (1), e as perdas de excitação de excitatriz, se esta última máquina possuir excitação independente; b) se a excitatriz puder ser desacoplada da máquina principal e ensaiada em separado, a potência absorvida por ela poderá ser medida pelo ensaio da máquina acionadora calibrada; c) se a excitatriz não puder ser desacoplada da máquina principal, a potência absorvida por ela poderá ser medida seja pelo ensaio da máquina acionadora calibrada, seja pelo ensaio de retardamento aplicado ao grupo completo. Nestes dois ensaios, a potência absorvida pela excitatriz é obtida como a diferença entre as perdas totais do grupo medidas sob condições idênticas, primeiro com a excitatriz em carga, depois com a excitatriz não excitada, sendo a excitação fornecida por fonte independente; d) se nenhum destes métodos for aplicável, as perdas individuais devem ser determinadas de acordo com a NBR 5165; e) o método para determinação das perdas no equipamento de auto-excitação e de regulagem, que recebe a sua potência absorvida das linhas de corrente alternada ligadas aos terminais de máquina, deve ser fixado mediante acordo entre fabricante e comprador.
3.13.12.1.3 Perdas elétricas nas escovas
3.13.12.2 Perdas independentes da corrente
A soma destas perdas deve ser tomada como o produto da corrente de excitação, nos valores nominais considerados, por uma queda de tensão fixa. A queda de tensão admitida para todas as escovas de cada polaridade é de:
3.13.12.2.1 Ensaio de fator de potência unitário sob tensão e freqüência nominal
1,0 V para escovas de carbono ou de grafite 0,3 V para escovas de carbono metalizadas ou seja, uma queda total de tensão para todas as escovas de ambas as polaridades de: 2,0 V para escovas de carbono ou de grafite 0,6 V para escovas de carbono metalizadas A soma das perdas de 3.13.12.1.1 + 3.13.12.1.2 + 3.13.12.1.3 é também igual ao produto I eUe, sendo Ie a corrente de excitação e Ue a tensão de excitação total. (1)
A soma das perdas independentes da corrente é geralmente determinada operando-se a máquina como motor em vazio. A máquina é alimentada com tensão e freqüência nominais, de modo a funcionar como motor em vazio. A excitação é ajustada de modo que a máquina absorva o mínimo de corrente alternada. A potência elétrica absorvida menos as perdas I2R nos enrolamentos primários e, se cabível, menos a potência absorvida pela excitatriz, dá a soma das perdas independentes da corrente. 3.13.12.2.2 Ensaio em circuito aberto
A soma das perdas independentes da corrente de 5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117, as perdas de 5.8.5.2.1 da NBR 5117 e a soma das perdas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117 podem ser determinadas, acionando-se a máquina na sua velocidade de rotação nominal por meio de um motor calibrado. A máquina é excitada por fonte separada, de modo a trabalhar como gerador em vazio com tensão igual à sua tensão
A potência fornecida nos terminais da excitatriz é igual à soma das perdas de 3.13.12.1.1 + 3.13.12.1.2 + 3.13.12.1.3 da máquina principal.
13
NBR 5052/1984 nominal. A potência absorvida por ela no seu eixo, e que pode ser calculada a partir da potência absorvida pelo motor calibrado, dá a soma das perdas independentes da corrente de 5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117. A soma das perdas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117, é obtida de forma idêntica, operando-se a máquina sem excitação. As perdas no ferro, de 5.8.5.2.1 da NBR 5117, são obtidas por subtração. Em face do pequeno número de escovas utilizadas em máquinas síncronas, não é, geralmente, possível separar as perdas por atrito nas escovas da soma das demais perdas independentes da corrente por meio de ensaio com escovas levantadas.
3.13.12.3 Perdas devidas à carga 3.13.12.3.1 As perdas I2R nos enrolamentos da armadura
são normalmente medidas durante o ensaio de curtocircuito descrito em 3.13.12.4. 3.13.12.3.2 Quando estas perdas devem ser indicadas em
separado, são calculadas a partir da corrente nominal e da resistência dos enrolamentos, corrigidas para a temperatura de referência. 3.13.12.4 Perdas suplementares 3.13.12.4.1 Salvo especificação diferentes, as perdas de
3.13.12.2.3 Ensaio de retardamento
A soma das perdas independentes da corrente de 5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117, as perdas de 5.8.5.2.1 da NBR 5117 e a soma das perdas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117 podem ser determinadas pelo ensaio de retardamento. 3.13.12.2.4 Ensaio com fator de potência unitário sob tensão variável
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
As perdas de 5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117 podem ser separadas, operando-se a máquina como motor na freqüência nominal, mas sob diferentes tensões. Os valores obtidos, subtraindo-se da potência absorvida as perdas I2R no enrolamento primário, são postos em gráfico contra o quadrado da tensão. Desta forma, a baixa saturação, obtém-se uma linha reta que, extrapolada até tensão nula, dará a soma das perdas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117. Em tensão muito baixa, as perdas podem ser elevadas devido a perdas crescentes nos enrolamentos secundários com escorregamento crescente. Na construção da linha reta, esta parte do gráfico não deve ser levada em consideração. Pelo procedimento supra-indicado obtém-se a soma das perdas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 e conseqüentemente de 5.8.5.2.1 da NBR 5117. Se for dada partida à máquina, operada como motor, com o enrolamento secundário curto-circuitado e se as escovas forem levantadas (o que é possível se ao gerador de alimentação for dada partida simultaneamente com o motor), as perdas por atrito nos mancais e as perdas totais por ventilação são obtidas sob tensão nula por extrapolação.
5.8.5.4.1 + 5.8.5.4.2 da NBR 5117 devem ser determinadas por meio de um ensaio de curto-circuito. A máquina a ser ensaiada é operada na sua velocidade de rotação nominal, com seu enrolamento primário curto-circuitado; e excitada de modo a que neste circule a corrente nominal. O valor obtido subtraindo-se a soma das perdas mecânicas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117 da potência absorvida no eixo, somado, se cabível, à potência absorvida pela excitatriz, representa a soma das perdas devidas à carga (5.8.5.3 da NBR 5117) e das perdas suplementares de 5.8.5.4 da NBR 5117. Se a reatância de dispersão for anormalmente elevada, como no caso de máquina de alta freqüência, deve também ser feita correção para as perdas no ferro. As perdas devidas à carga e as perdas suplementares variam em sentidos diferentes em função da temperatura. Considera-se a sua soma independente da temperatura, não se fazendo correção à temperatura de referência. Nota: Reconhece-se que a soma das perdas de 5.8.5.4.1 + 5.8.5.4.2 da NBR 5117, determinadas desta forma, é geralmente um pouco mais elevada que as perdas realmente existentes na carga nominal.
3.13.12.4.2 A potência absorvida no eixo da máquina du-
rante o ensaio de curto-circuito pode ser medida pelo método da máquina acionadora calibrada de 3.13.13.2, ou pelo método de retardamento de 3.13.4. 3.13.13 Descrição dos métodos para determinação do rendimento 3.13.13.1 Generalidades 3.13.13.1.1 O método mais conveniente para se determinar
3.13.12.2.5 Ensaio com densidade diferentes de hidrogênio
o rendimento consiste em se medirem separadamente as perdas. O rendimento em porcentagem é:
As perdas totais por ventilação podem ser separadas das perdas por atrito por meio de ensaios a densidade diferentes do gás refrigerante, no caso de máquinas resfriadas a hidrogênio.
Perdas x 100 Para um : Rendimento = 100 gerador Potência + Perdas fornecida
3.13.12.2.6 Ensaio calorimétrico
Perdas x 100 Para um : Rendimento = 100 motor Potência absorvida
Em certos casos, as perdas nos mancais podem ser determinadas em separado pelo método calorimétrico. Ensaios de perdas em mancais de escora, possivelmente combinados com mancais de guia, em máquinas de eixo vertical, devem ser executados somente mediante acordo entre fabricante e comprador.
3.13.13.1.2 Nos casos em que o motor ou gerador é usado
para se determinar a carga de algum dispositivo acionado ou acionador, os rendimentos devem ser calculados usando-se perdas no cobre calculadas na temperatura real dos enrolamentos durante o ensaio. Se as perdas I2R são dadas a 75°C ou 115°C, elas podem ser corrigidas
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14 para a temperatura real, multiplicando-se pela relação dada em 3.4.1.3 em medições de resistência. 3.13.13.1.3 É muitas vezes necessário ensaiar um gerador
para turbina hidráulica com a turbina sem água ou desacoplada de algum modo. Neste caso, outra máquina deve estar disponível para dar partida à máquina em ensaio, ligando-se eletricamente quando paradas, com a corrente de excitação, em ambas, aproximadamente igual ao valor correspondente à tensão nominal em vazio. Na máquina que funciona como gerador, pode ser necessária uma corrente um pouco maior que a acima referida. Se a máquina deve girar em diversas velocidades de rotação, a energia deve ser fornecida por uma fonte de freqüência variável. 3.13.13.1.4 Deve-se esvaziar a água de turbina seguindo
as instruções do seu fabricante. As turbinas de impulso, em geral, podem ser esvaziadas mesmo durante o seu acionamento por motor à velocidade de rotação nominal. As turbinas francis e helicoidais, com algumas exceções, devem ser esvaziadas quando paradas. Nestas, drenase o tubo de sucção pelas válvulas de ar da turbina, se o rotor se localiza acima do nível jusante. Caso contrário deve-se deprimir a água neste tubo por ar comprimido ou bombagem. Os caracóis também devem estar vazios, para evitar quaisquer vazamentos pelas pás do distribuidor, e, a menos que haja válvula borboleta à entrada do caracol, deve-se drenar todo o conduto forçado. A água dos seios de turbina causa perdas apreciáveis; portanto, é preferível fazer o ensaio sem água neles, para o que se requer a aprovação do fabricante da turbina. Se os selos não podem funcionar a seco, haverá imprecisão nos resultados do ensaio. 3.13.13.1.5 Quando os ensaios de geradores para turbina 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
hidráulica forem feitos com a turbina acoplada, as perdas totais por atrito e ventilação das unidades devem ser divididas entre o gerador e a turbina, numa proporção de acordo com as melhores estimativas dos valores esperados para as duas máquinas. Quando houver dados disponíveis de ensaios em turbinas semelhantes, devese fazer uma estimativa baseada neles. 3.13.13.1.6 Em alguns casos, excitatrizes direta ou indi-
retamente acopladas ao eixo da máquina são usadas para a excitação durante os ensaios de perdas. A potência ativa absorvida pela excitatriz deve, neste caso, ser deduzida da potência ativa absorvida total, na determinação das perdas. Não é recomendado o acoplamento por correia nos ensaios de determinação de perdas. 3.13.13.2 Ensaio com máquina calibrada 3.13.13.2.1 A máquina, cujas perdas se desejam medir, é
desligada da rede, desacoplada, se necessário, do seu motor de acionamento e acionada na sua velocidade de rotação nominal por um motor calibrado, isto é, por um motor elétrico cujas perdas foram determinadas previamente com grande precisão, de modo a tornar possível determinar a potência mecânica que fornece no seu eixo, conhecendo-se a potência elétrica que absorve e a velocidade de rotação. A potência mecânica transmitida pelo motor calibrado ao eixo da máquina sob ensaio constitui uma medida das perdas desta última máquina para as condições de operação sob as quais o ensaio é realizado.
Neste método, a máquina ensaiada pode ser operada em vazio, com ou sem excitação, com ou sem escovas, ou curto-circuitada, o que permite separar as categorias de perdas. 3.13.13.2.2 O motor calibrado poderá ser um motor de deri-
vação, de preferência do tipo de pólo de comutação, um motor de indução, um motor síncrono ou uma excitatriz diretamente acoplada. De preferência, a potência nominal do motor calibrado deve ser tal que ele opere a não menos de 25% da sua potência nominal, quando supre as perdas por atrito e ventilação da máquina na acionada; e a não mais de 125%, quando supre as perdas por atrito e ventilação e as perdas no ferro ou as perdas por atrito e ventilação perdas I2R na armadura e perdas suplementares. Isto permite ao motor calibrado operar na parte achatada da sua característica de rendimento e muitas vezes podem não ser necessárias correções devidas à variação do rendimento. Para extrema precisão de medição é requerida uma característica de perdas em função da potência absorvida, no motor calibrado. 3.13.13.2.3 Este método poderá introduzir grandes erros,
se as máquinas forem aceleradas ou desaceleradas. Por isso, as leituras devem ser tomadas somente quando a velocidade de rotação é mantida absolutamente constante e no valor correto. 3.13.13.2.4 As Figuras 8-a) e 8-b) mostram diagramas de
ligações para os ensaios, com um motor de corrente contínua para acionamento separado. O procedimento usual consiste em se acionar a máquina na sua velocidade de rotação nominal até que os mancais atinjam uma temperatura constante e o atrito se torne constante; estas condições ocorrem quando a potência absorvida do motor de acionamento se torna constante. A diferença entre a potência absorvida do motor de acionamento e suas perdas é igual às perdas da máquina ensaiada. 3.13.13.2.5 Alternativamente o motor calibrado pode ser
substituído por um dinamômetro ou por qualquer outro motor que acione a máquina sob ensaio por meio de medidor de conjugado. Isto permite conhecer o conjugado transmitido à máquina sob ensaio e conseqüentemente a potência absorvida por esta última máquina. A potência ativa absorvida ou fornecida, em quilowatts, é então obtida pela fórmula: P =
Cn 9552
Onde: C = conjugado no dinamômetro, em N x metros n = velocidade de rotação, em rotação por minuto (r.p.m) 3.13.13.2.6 Quando esta alternativa for empregada, a velo-
cidade de rotação deve ser medida com extremo cuidado, por entrar a mesma diretamente no cálculo da potência absorvida. 3.13.13.2.7 Recomenda-se não fazer o acionamento por
meio de correias.
15
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Figura 8-a) - Diagrama de ligações para os ensaios em vazio
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Figura 8-b) - Diagrama de ligações para os ensaios de curto-circuito 3.13.13.3 Ensaio com fator de potência nulo 3.13.13.3.1 A máquina é operada como motor em vazio,
sob velocidade de rotação nominal, com fator de potência aproximadamente nulo, sendo a corrente de excitação ajustada de modo a fazer circular a corrente nominal na armadura. 3.13.13.3.2 Deve ser aplicada uma tensão que produza
perdas magnéticas de mesmo valor que na operação em vazio sob tensão nominal. Em princípio, a potência reativa deve ser positiva, ou seja, sobreexcitada, mas se isto for impossível devido à tensão de excitação insuficiente, o ensaio pode ser efetuado com absorção de potência reativa, ou seja, subexcitada. Nota: A precisão deste método depende da precisão a baixo fator de potência dos wattímetros utilizados.
3.13.13.4.1 Este ensaio é particularmente aplicável a má-
quinas síncronas grandes, com considerável inércia. É empregado principalmente em ensaios feitos após a instalação. Pode ser utilizado também para máquinas de indução e de corrente contínua para as perdas apropriadas a estas máquinas. 3.13.13.4.2 Mede-se o tempo de retardamento e a veloci-
dade de rotação da máquina, quando esta última diminui sob diferentes condições entre dois valores predeterminados, por exemplo de 110% a 90% da velocidade de rotação nominal ou de 105% a 95% da velocidade de rotação nominal. O tempo variará inversamente com as perdas médias durante o tempo considerado. 3.13.13.4.3 Este método permite a medição da perda me-
cânica (atrito nos mancais, perdas totais por ventilação e atrito nas escovas) perdas no ferro com excitações dife-
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16 rentes e perdas devidas à carga em curto-circuito sob excitações diferentes. 3.13.13.4.4 Para o ensaio, a máquina funciona como motor
em vazio, alimentado por um gerador, durante tempo suficiente para estabilização da temperatura dos mancais. Se as perdas nos mancais forem garantidas a uma temperatura determinada destes últimos, a vazão da água no sistema de refrigeração dos mancais deverá ser ajustada de modo a obter-se a temperatura especificada. 3.13.13.4.5 A máquina em ensaio é acelerada até uma ve-
locidade de rotação suficientemente acima da velocidade de rotação a partir da qual o tempo de retardamento é medido. Desliga-se então a máquina sob ensaio da máquina que a alimenta e estabelecem-se as condições de conexão do enrolamento primário e de excitação a ensaiar. Isto deve ser feito com rapidez suficiente para que as condições elétricas permanentes de ensaio tenham sido atingidas antes do momento em que a velocidade de rotação decrescente da máquina, durante este intervalo, passe pelo limite superior a partir do qual o tempo de retardamento é medido. 3.13.13.4.6 Nos ensaios de retardamento em vazio, a cor-
rente de excitação e a tensão do estator são medidos quando a máquina passa pela velocidade de rotação nominal. Nos ensaios de retardamento em curto-circuito, a corrente de excitação e a corrente no estator são medidas no mesmo instante. O ensaio deve ser executado para diversas excitações, tanto em vazio como em curtocircuito. 3.13.13.4.7 O tempo entre os dois limites deve ser medido 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
com precisão de 2%. O intervalo entre os dois limites escolhidos depende da precisão da medição. Um gerador de ímã permanente ou uma excitatriz pode ser utilizado como tacômetro. 3.13.13.4.8 No ensaio de retardamento, as medições de-
vem ser efetuadas na mesma faixa de tensão. 3.13.13.4.9 Para obter-se o valor absoluto das perdas, que
ocorrem na máquina durante o correspondente ensaio de retardamento em vazio no instante da passagem pela velocidade de rotação nominal, devem ser feitas medições operando-se a máquina como motor em vazio, a velocidade de rotação nominal e fator de potência unitário e sob tensão igual a uma das tensões utilizadas em uma das medições de retardamento, de preferência a tensão nominal. A potência absorvida, isto é, as perdas, devem ser medidas com grande precisão. 3.13.13.4.10 Se a inércia da máquina não for conhecida
com suficiente precisão, ela poderá ser determinada por um ensaio de retardamento com perdas conhecidas medidas por outro método. 3.13.13.4.11 Repete-se a medição diversas vezes e calcula-
se o valor médio. Em lugar de medir-se diversas vezes na mesma tensão, podem-se medir diversos pontos em tensões diferentes, numa faixa de 95% a 105% da tensão nominal, a fim de obter-se a curva de perdas em função da tensão em torno da tensão nominal. Estabelece-se a relação entre as perdas e o tempo de retardamento.
3.13.13.4.12 As perdas em qualquer condição (por exem-
plo: em vazio, em curto-circuito) podem ser calculadas como o valor da potência absorvida, medida no ensaio acima, multiplicado pela relação entre o tempo de retardamento, no ensaio acima, e o tempo de retardamento no ensaio real. 3.13.13.4.13 O momento de inércia pode ser calculado de um ensaio de retardamento pela equação:
J=
45600 Pt
δ η2
Onde:
602 . 10 3 45600 = 8 π2 Sendo: J = momento de inércia, em quilogramas metro quadrado P = potência absorvida = perdas, em watts n = velocidade de rotação nominal, em rotações por minuto n (1 + δ) = velocidade de rotação superior à nominal, em relações por minuto, a partir da qual se iniciam as medições n (1 - δ ) = velocidade de rotação inferior à nominal, em rotações por minuto, na qual se terminam as medições t = tempo, em segundos, entre os dois instantes em que as velocidades de rotação são respectivamente n (1 + δ) e n (1 - δ). 3.13.13.4.14 O ensaio de retardamento é feito a partir de uma velocidade de rotação n (1 + δ) até uma velocidade de rotação n (1 - δ). 3.13.13.4.15 No ensaio de retardamento, a excitação da
máquina ensaiada deve ser de preferência excitação em separado. Serão assegurados resultados mais satisfatórios, se a excitação em separado utilizada for variável, de modo a permitir o ajuste da corrente de excitação para os vários valores de excitação requeridos e mantidos constantes durante o ensaio. Pode ser utilizada, no entanto, uma excitatriz diretamente acoplada, se o intervalo de velocidade de rotação no retardamento for pequeno (por exemplo, 105% a 95%). Neste caso, a corrente de excitação deve ser mantida tão constante quanto possível e a potência absorvida pela excitatriz deve ser considerada no cálculo dos resultados. Deve ser feita a correção adequada para as perdas no circuito de excitação levandose em conta também que pode haver certa diferença entre a corrente de excitação no ensaio de retardamento e a corrente de excitação no ensaio em vazio, se bem que a
NBR 5052/1984 tensão seja a mesma. É, no entanto, necessária excitação em separado para a excitatriz. 3.13.13.4.16 Os ensaios de retardamento não devem ser
realizados com os transformadores ligados, porque as perdas nos transformadores serão incluídas. 3.13.13.4.17 A máquina em ensaio deve ser levada meca-
nicamente até a sobrevelocidade desejada por meio de um motor de acionamento ou uma excitatriz diretamente acoplada, se de capacidade suficiente, ou pela própria turbina (ver 3.13.13.1) ou eletricamente por meio de uma máquina alimentadora. Em alguns casos pode ser necessário partir por meio da turbina e em seguida operar a máquina como motor até que o nível de água no tubo de sucção esteja abaixo do rotor. 3.13.13.4.18 Na medição das perdas pelo método de retar-
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
damento pode ser feita uma considerável economia de tempo ressincronizando-se as máquinas alimentadora e em ensaio, sem pará-las. Logo que a máquina em ensaio é desconectada, a chave de campo da máquina alimentadora é aberta e esta é imediatamente levada até 20% ou 25% abaixo da velocidade de rotação inicial, sendo deixado em vazio. Logo que a máquina em ensaio atinge 10% abaixo da velocidade de rotação nominal, a corrente de excitação é ajustada no valor usado para a sincronização das duas máquinas e a sua chave de campo é aberta. Após alguns segundos para deixar a corrente de excitação extinguir-se, as duas máquinas sem excitação são interconectadas e ambas as chaves de campo fechadas simultaneamente. Se a velocidade de rotação da máquina em ensaio não caiu abaixo da velocidade de rotação da máquina alimentadora, as duas máquinas arrancarão juntas e poderão ser levadas até a sobrevelocidade para outro ensaio. 3.13.13.4.19 Em algumas montagens de usinas são omi-
tidos os equipamentos de manobra de baixa tensão e a única ligação de baixa tensão possível entre máquina é através de chaves desligadoras na barra de transferência de baixa tensão. Em tal arranjo é possível realizar os ensaios de retardamento como indicado acima, levandose as máquinas até aproximadamente 15% de sobrevelocidade, abrindo-se ambas as chaves do campo, e, após deixar um tempo adequado (5 s a 10 s) para o campo se extinguir, abrindo-se chaves desligadoras e fechandose o campo da máquina em ensaio com a tensão de excitação ajustada para dar a corrente de excitação requerida. Deve ser admitida uma sobrevelocidade inicial suficiente para permitir o crescimento da corrente de excitação até o seu valor estável antes de a velocidade de rotação da máquina cair a 10% de sobrevelocidade. Este tempo é mais longo quando se medem perdas em vazio do que quando se medem perdas em curto-circuito, devido à diferença entre as constantes de tempo em vazio e em curto-circuito; como é necessária, porém, manobra adicional para se estabelecer o curto-circuito da máquina no caso das perdas em curto-circuito, a sobrevelocidade inicial requerida para ambas as condições é aproximadamente do mesmo valor. O efeito do crescimento do campo é bastante perceptível na parte inicial da curva de retardamento e as leituras desta parte não deveriam ser usadas na determinação das perdas.
17 3.13.13.4.20 Para obtenção de valores precisos de velo-
cidade de rotação e, se necessário, leituras correspondentes e simultâneas de outras grandezas, pode ser empregado um contador eletrônico de tempo, que, atuando por impulsos proporcionais à velocidade de rotação da máquina em ensaio, exponha a leitura durante um período de tempo determinado também por certo número de rotações. O sinal “LER” é dado quando a mudança de “CONTAR” para “EXPOR” ocorre. O número de impulsos correspondentes à duração de cada um dos períodos é dado por dispositivos internos do contador ou por unidades lógicas digitais associadas ou não a dispositivos internos do contador. O intervalo de cada um dos períodos “EXPOR” pode ser considerado como a média dos dois períodos “LER” imediatamente antecedente e subseqüente a ele. As leituras de valores elétricos são consideradas como ocorrendo no centro do intervalo “EXPOR”. A secante aos outros intervalos de tempo entre leituras sucessivas pode ser considerada como a tangente à curva; por meio de interpolação podem ser obtidos valores mais precisos. O método acima exposto permite leituras bastante precisas e a tangente obtida por interpolação calculada é bastante mais precisa que a obtida por interpolação gráfica. A análise dos resultados, sendo independente de gráficos, pode ser feita no campo com uma régua de cálculo, evitando-se retorno aos ensaios, devido a resultados espúrios, erros grosseiros, etc. O impulso de controle pode ser formado em um pick-up atuado por um ímã permanente, por uma célula fotoelétrica atuada por um disco perfurado preso a uma parte rotativa da máquina, ou método equivalente. 3.13.13.4.21 O método abaixo de tomar leituras da velo-
cidade de rotação dará curvas tempo-velocidade de rotação muito coerentes e precisas. Se a máquina em ensaio tiver uma excitatriz diretamente acoplada, devese de preferência excitar esta por meio de uma bateria de tensão constante. Se não houver excitatriz diretamente acoplada, um pequeno gerador de corrente contínua, excitado em separado por uma bateria de tensão constante, deve ser montado no eixo do gerador. Devem ser feitas ligações adequadas, de modo que a tensão de armadura da excitatriz ou do gerador de corrente contínua esteja em oposição à tensão de outra bateria. A escolha de baterias para este fim dependerá da tensão da excitatriz ou do gerador de corrente contínua. Ver Figura 9 para um diagrama típico de ligações. 3.13.13.4.22 Devem ser escolhidos dois voltímetros de
baixa tensão, um para ler a tensão da bateria aproximadamente no fim da escala e outro, com uma escala cerca de cinco vezes menor que a anterior, para ler a diferença entre a tensão da bateria e a tensão da excitatriz. A tensão da bateria deve ser tal que a diferença de tensão entre a excitatriz seja aproximadamente zero a uma velocidade de rotação 10% abaixo da velocidade de rotação nominal da máquina em ensaio. A tensão do voltímetro diferencial será lida, portanto, no fim da escala a 10% de sobrevelocidade. A velocidade de rotação é proporcional ao valor que se obtém somando a tensão da bateria com a diferença de tensões. Se, por meio da freqüência do sistema, de um tacômetro de precisão, for determinada uma velocidade de rotação correspondente a um valor da diferença de tensão compreendido na sua faixa de variação, as velocidades de rotação desconhecidas, durante os
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18 ensaios de retardamento, podem ser obtidas por proporção direta como segue: Seja:
U D = dif difere erença nça de ten tensão são nC = veloc velocidad idadee de rotaç rotação ão conhec conhecida ida UDC = diferença diferença de de tensão tensão na velocida velocidade de de rotação rotação conhecida nC
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
UD + UB nc UD . Diferença UDc + UB UDC + UB de velocidade de rotação em relação à velocidade de rotação base.
n = nc
U B = te tens nsão ão da da bate bateri riaa
n
Então:
nc nc . UB nc . UB = velocidade de + UDc + UB UDc + UB UDc + UB
= UD
rotação na qual U D = 0
= ve velo loci cida dade de de ro rota taçã çãoo a ser ser de dete term rmin inad adaa
Figura 9 - Medição de velocidade de rotação por meio de tensões contínuas contínua s 3.13.13.4.23 A precisão deste método repousa no fato de
que a quantidade de n 1 - n 2 medida com a mesma ordem de precisão que n e t. Como as perdas são proporcionais proporcionais n1 - n2 , o valor de (n 1 - n2) deve ter a mesma precisão a t de n e t. Esta precisão é obtida pelo uso de um voltímetro diferencial que na realidade mede o valor (n1 - n2). Ver 3.13.13.4.266 e 3.13.13.4.30 para explicação dos símbolos 3.13.13.4.2 acima. Como todas as leituras são do mesmo grau de precisão, a velocidade de rotação pode ser lida a intervalos de tempo constantes com a mesma precisão
que as leituras de tempo. Tomando-se as leituras a intervalos de tempo constantes, os resultados são mais facilmente marcados e verificados. 3.13.13.4.24 Algumas precauções devem ser tomadas para
assegurar a obtenção de valores precisos da velocidade de rotação. A tensão da bateria (U B) deve ser da ordem de 10% ou menos da tensão nominal de excitatriz, para que o campo da excitatriz possa ser alimentado por baixa corrente, que não produza aumento de temperatura suficiente para alterar substancialmente o valor da resis-
19
NBR 5052/1984 tência do campo. A tensão da bateria (UB) e a diferença de tensão conhecida (UDC) devem ser verificadas de hora em hora, para assegurar que os valores não foram alterados pela descarga da bateria ou pela variação da temperatura ambiente. Uma verificação útil, após o ensaio em vazio para determinação das perdas no ferro, consiste em traçar UD em função da tensão do gerador de corrente alternada, desde que a excitação do gerador tenha sido mantida constante durante o ensaio; o traçado será uma reta cortando a ordenada de tensão zero em -U B, sempre que a velocidade de rotação da máquina usada como tacômetro for proporcional à velocidade de rotação da máquina em ensaio. Esta verificação verificaçã o deve ser feita sempre que se usar como tacômetro uma excitatriz ou um gerador de corrente contínua acionado por correia, para comprovar que sua velocidade de rotação é proporcional à da máquina em ensaio. Em caso contrário, o prolongamento da reta não interceptará a ordenada de tensão zero em -UB. Pela mesma razão o voltímetro diferencial deve ser cuidadosamente cuidadosamen te aferido com o voltímetro da bateria. 3.13.13.4.25 Para vários intervalos (quando se usa o con-
tador eletrônico de tempo) ou para várias velocidades de rotação (quando é usado o tacômetro), acima e abaixo da velocidade de rotação nominal, devem ser registradas a corrente de excitação e a tensão ou a corrente de armadura. Devem ser realizadas operações sem corrente de excitação e operações com quatro a sete valores dife-
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
rentes da corrente de excitação nas condições em vazio e em curto-circuito. 3.13.13.4.26 Com os dados de ensaio pode ser traçada
uma série de curvas velocidades de rotação-tempo. A Figura 10 mostra curvas de retardamento levantadas para um gerador. Para cada curva, as perdas em qualquer velocidade de rotação podem ser calculadas pela seguinte fórmula: P = 0,2796 . 1100 -6 GD 2 n
dn dt
Onde: P = per erda das, s, em qui quillow owaatt ttss G = pe peso so das das par parte tess gira girant ntes es,, em New Newto tonn D = diâmet diâmetro ro de gir giraçã açãoo das das par partes tes gir girant antes, es, em metros n
= veloci velocidad dadee de de rota rotação ção em ro rotaç tações ões por min minuto uto,, na qual as perdas devem ser determinadas
dn = inclina inclinação ção da curva velocidade velocidade de rotaçãorotaçãodt tempo na velocidade de rotação n, em rotações por minuto por segundo
1 - Máquina em vazio não excitada 2 - Máquina em vazio excitada à tensão nominal 3 - Máquina em curto-circuito com 85% da corrente nominal 4 - Máquina em curto-circuito com corrente nominal 5 - Máquina em curto-circuito com 110% da c orrente nominal
Figura 10 - Curvas de retardamento
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20 3.13.13.4.27 Um método preciso para levantamento
das curvas de velocidade de rotação-tempo, a partir da contagem de rotações, é traçar um gráfico do número de rotações em função do tempo, para pequenos intervalos de tempo iguais, unindo-se com linhas retas os pontos obtidos das leituras feitas. O número de rotações que ocorre em cada intervalo de tempo, dividido pelo intervalo de tempo, é a velocidade de rotação média. O intervalo de tempo deve ser suficientemente longo para permitir uma precisa contagem de rotações e suficientemente curto para que se possa admitir que a velocidade de rotação média ocorre quase exatamente no meio do intervalo. As velocidades de rotação em função do tempo devem ser marcadas no meio do intervalo de tempo considerado, unindo-se depois os pontos obidos por uma curva, para eliminar irregularidades devidas a erros nos pontos individuais. O valor de declividade da curva, no meio do intervalo de tempo, é determinado dividindo-se a diferença entre as velocidades de rotação no início e no fim do intervalo pelo intervalo de tempo. Os valores da declividadn de devem ser marcadas e os pontos obtidos unidos dt por uma curva. Todas as curvas velocidade de rotaçãotempo devem ser traçadas em uma mesma folha de papel dn e todas as curvas velocidade de rotação em uma dt folha. 3.13.13.4.28 Os resultados de ensaios obtidos com tacô-
metro são analisados de maneira similar, mas neste caso as curvas velocidade de rotação-tempo são traçadas diretamente a partir das leituras. As declividades são determinadas como descrito em 3.13.13.4.27, para intervalos de tempo iguais, ou traçando-se tangentes às curvas velocidade de rotação-tempo. 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.13.13.4.29 As perdas em quilowatts são determinadas
pela fórmula de 3.13.13.4.26 e marcadas em função de velocidade de rotação, desenhando-se uma curva suave através dos pontos. As perdas na velocidade de rotação nominal são, então, lidas diretamente nesta curva. 3.13.13.4.30 Um método prático para se obterem as perdas
na velocidade de rotação nominal, a partir da curva velocidade de rotação-tempo, é escolher velocidade de rotação n1 e n 2, “A” rpm acima e abaixo, respectivamente, da velocidade de rotação nominal n n. Os valores t1 e t2 obtidos da curva são os tempos correspondentes em segundos. As perdas são: P = 0,5591 . 1100-6
GD2 . nn . A t 2 - t1
3.13.13.4.31 No caso de as curvas de retardamento serem
levantadas para velocidades de rotação decrescentes a partir de velocidade de rotação abaixo da nominal, isto é, quando a máquina é levada até a velocidade de rotação inicial de ensaio pela corrente alternada de freqüência nominal, as perdas devem ser calculadas nas várias velocidades de rotação abaixo da nominal e tão próximas dela quanto possível, para cada condição de excitação. As curvas de perdas em função da velocidade de rotação podem ser traçadas e extrapoladas até a velocidade de
rotação nominal para se obter o valor aproximado das perdas na velocidade de rotação nominal. 3.13.13.4.32 O ensaio do motor calibrado pode ser utilizado
na obtenção do valor absoluto das perdas em lugar do método em vazio. 3.13.13.5 Ensaio em oposição 3.13.13.5.1 Este método é aplicável quando houver dispo-
níveis duas máquinas idênticas. Elas são acopladas mecânica e eletricamente de forma a funcionarem respectivamente como motor e gerador, com velocidade de rotação nominal. O acoplamento mecânico deve ser efetuado de modo a manter a relação correta entre ângulos de fase. O valor da potência transmitida depende da diferença entre ângulos de fase das máquinas. A temperatura real, na qual são efetuadas as medições, deve ser a mais próxima possível da temperatura de operação e não deve ser feita correção ulterior. As perdas de máquinas acopladas são fornecidas por uma rede à qual são ligadas, ou por um motor de acionamento calibrado, ou por um variador de tensão ou então por uma combinação destes meios. 3.13.13.5.2 O valor médio das correntes de armadura é
ajustado para o seu valor nominal; o valor médio das tensões das duas armaduras é superior ou inferior à tensão nominal de um valor igual à queda de tensão, dependendo de as máquinas se destinarem ao emprego, respectivamente como gerador ou como motor. 3.13.13.6 Determinação do rendimento pelo método calométrico 3.13.13.6.1 Generalidades
A máquina funciona nas condições para as quais deve ser determinado o rendimento. As perdas totais são obtidas, calculando-se o calor absorvido pelo meio refrigerante e adicionando-lhe as perdas não determinadas calorimetricamente. O cálculo calorimétrico pode ser realizado das duas seguintes maneiras: a) medem-se a vazão do meio meio refrigerante bem bem como a elevação de temperatura, calculando-se através destas as perdas absorvidas; b) a elevação de temperatura temperatura do meio refrigerante refrigerante na máquina sob carga é comparada com a elevação de temperatura resultante da absorção de uma potência qualquer eletricamente mensurável, sob vazão constante (método calorimétrico comparativo). Nota: O método calorimétrico calorimétrico permite a determinação direta direta do rendimento, mesmo quando este for muito elevado, bem como das perdas individuais. Requer certa perícia na técnica de medição, sendo em alguns casos o único método aplicável. No caso de máquinas resfriadas a ar ou outro gás, devem-se empregar dutos especiais para execução do ensaio; o método é de aplicação menos difícil para o caso de máquinas resfriadas a água. Em cada ponto de medição deve ser aguardado o regime contínuo. Na de-
21
NBR 5052/1984 terminação das perdas totais devem ser computadas as seguintes perdas, desde que não tenham sido determinadas pelo método calorimétrico: a) perdas nas excitatrizes e seus reostatos, quando aqueles forem acionadas pelo eixo da máquina; b) perdas nos anéis coletores;
Onde: V = velocidade do ar, em metros por segundo Pd= pressão dinâmica, em Pa P
c) perdas nos mancais e retentores;
ρ = 3,48 x 10-3 . T é a massa específica do ar, em quilogramas por metro cúbico
d) perdas por irradiação e convecção.
T = temperatura absoluta do ar, em Kelvins
No caso de sistema de resfriamento em circuito fechado, mede-se geralmente o calor absorvido pelo refrigerante líquido.
P = pressão estática, em Pa O valor médio das pressões dinâmicas medidas Pd 1 , Pd 2 , ... Pd n é determinado pela fórmula:
3.13.13.6.2 Procedimento
a) máquinas resfriadas a ar: Para determinação da vazão e da elevação de temperatura do ar refrigerante, subdividem-se os dutos de entrada e saída adequadamente, por exemplo, por meio de arames ou fios, em número suficiente de seções parciais z, de acordo com a seguinte fórmula:
z = (50 ... 100)
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
∑A
Onde ∑A é a seção transversal total do duto de ar em metros quadrados. Devem ser feitas medições de velocidade e de elevação de temperatura em cada uma das seções transversais parciais, e deve ser calculada a média de cada uma destas grandezas, a qual será considerada média parcial. Deve ser calculada a média global das médias parciais respectivamente, de velocidade e de elevação de temperatura. Se nenhuma média parcial tiver afastamento maior de 10% em relação à média global de cada uma dessas grandezas, os respectivos valores dessas médias globais serão considerados os valores de velocidade e de elevação de temperatura. Se a dispersão dos valores excede o especificado acima, a potência absorvida pela corrente de ar deve ser calculada de acordo com as fórmulas seguintes para cada seção parcial na entrada e na saída de ar, computando-se a potência acima do nível de referência arbitrário (por exemplo, temperatura ambiente e velocidade do ar nulas). Estas potências são somadas tanto para as seções parciais de entrada, como para as seções parciais de saída, e os dois valores subtraídos um do outro para determinação da potência total absorvida pela corrente de ar. Para uma medição tão precisa quanto possível os dutos devem ser dispostos de forma a permitir escoamento de ar bem homogêneo. A velocidade do ar é medida em cada seção parcial por meio de anemômetro (roda com hélices: aferir, se possível, antes e depois da medição) e cronômetro, ou por meio de tubo de Pitot tipo Prandtl. A velocidade resulta da diferença das pressões Pd nos dois tubos: V=
0,204 Pd
ρ
Pdmed
Pd1 + Pd2 + ... Pdn n
A vazão do ar refrigerante em metros cúbicos por segundo é então: Q = Vmed ∑A Onde:
∑A = soma de todas as seções parciais (igual à seção transversal total do duto), em metros quadrados
Vmed = média das velocidades do ar medidas nas seções parciais Nota: Se, nos casos de circulação fechada, a vazão do ar que sai nos refrigeradores deve ser medida próxima dos mesmos, então é necessário tomar cuidado para que a medição não seja falseada devido a contrações locais entre os radiadores e pontos de medição, ou devido ao represamento entre o fim do duto de medição e a parede do duto de circulação.
Se as condições mencionadas de homogeneidade da correnteza estiverem cumpridas, mede-se a elevação de temperatura média do ar refrigerante ∆θ, de preferência por meio de pares termoelétricos, os quais são distribuídos pelas seções parciais dos dutos de entrada e saída e ligados em série. Se estiverem dispostos pares termoelétricos em número igual nos dutos de entrada e saída e o fluxo de ar for homogêneo, a precisão da medida pode ser aumentada, pela ligação em oposição dos dois grupos de pares termoelétricos. As perdas absorvidas pelo ar são, então: Pv = Qρ cp ∆θ onde se substituem de preferência grandezas do sistema internacional (SI). P v = perdas, em quilowatts cp = 1,00 é o calor de massa do ar sob pressão constante em quilojoules por quilograma por grau Celsius
NBR 5052/1984
22 Se a velocidade do ar na saída for diferente daquela na entrada, deve ser adicionada, às perdas P v obtidas da vazão do ar e da elevação de temperatura, a potência P c, gasta na aceleração do ar v o até v. Esta é:
Pc =
Q.ρ 2 . (v - v o ), em quilowatts 2000
No método calorimétrico comparativo monta-se no duto de ar, depois da seção de saída da máquina, uma resistência elétrica uniformemente distribuída sobre a seção transversal do duto. Mede-se a diferença de temperatura antes e depois desta resistência. Se, para uma potência P v na resistência elétrica, o ar se aquece de ∆θ°C, então o calor retirado pelo ar de resfriamento na máquina sob carga é:
Pv =
∆ θ ’ .P ∆θ v
Onde:
Para medição da vazão empregam-se contadores de vazão de líquidos, bocais ou tubos Venturi, montados no encanamento ou pesa-se o líquido refrigerante escoado num intervalo de tempo determinado, recolhido num recipiente. As temperaturas do líquido refrigerante devem ser medidas com precisão de no mínimo 0,1°C, visto ser geralmente muito pequena a diferença entre as temperaturas de entrada e de saída. Em certas circunstâncias é necessário, para maior precisão de medida, aumentar a elevação de temperatura do líquido refrigerante em cerca de 10°C pela redução da vazão do mesmo. As perdas absorvidas pelo líquido refrigerante são calculadas pela fórmula: Pv = c ∆θ Qm Onde se substituem vantajosamente as grandezas do sistema internacional: P v = perdas, em quilowatts c
∆ θ = elevação de temperatura do ar de resfriamento na máquina sob carga
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
b) procedimento para máquinas resfriadas a líquido:
Uma variante do método calorimétrico comparativo consiste em se medirem as diferenças de temperatura para duas condições de funcionamento da máquina nas quais as perdas podem ser determinadas por meio de aparelhos elétricos de medição. A máquina é acionada, por exemplo, como motor em vazio e de preferência em tensões a mais baixa possível e a mais alta possível. Medem-se, no primeiro caso, as perdas PV1 e a diferença de temperatura ∆θ1 e, no segundo caso, PV2 e ∆θ2. As perdas totais da máquina sob carga, correspondentes a uma elevação de temperatura medida ∆θ do ar refrigerante, são:
∆θ Pv = . (P - P ) ∆θ2 - ∆θ1 v2 v1 Nesta variante do método calorimétrico comparativo não é necessário levar em conta o calor retirado por outro meio a não ser pelo ar refrigerante mensurável. Nos casos em que deve ser levado em conta o calor retirado por outros meios que o ar refrigerante, determina-se a potência cedida por irradiação e convecção, por exemplo, pela seguinte fórmula aproximada: Ps = 10 ... 20 ∆θsAs em watts, onde:
∆θ = elevação de temperatura da superfície radiante sobre a temperatura do ar ambiente, em graus Celsius
A s = área radiante da máquina, em metros quadrados
= 4,1842 é o calor de massa da água a 15°C; em quilojoules por quilograma por grau Celsius
Qm = ao fluxo da água refrigerante, em quilogramas por segundo
∆θ = diferença de temperatura entre entrada e saída, em graus Celsius
3.14 Ensaio de elevação de temperatura 3.14.1 Método termométrico de medição da temperatura 3.14.1.1 Procedimento 3.14.1.1.1 Na medição da temperatura por meio de ter-
mômetros de resistência ou pares termoelétricos, estes instrumentos devem ser aplicados à parte mais quente da máquina acessível aos termômetros de mercúrio ou de álcool. 3.14.1.1.2 Nos termômetros de mercúrio ou de álcool deve
ser examinada a continuidade da coluna. Os termômetros de mercúrio ou álcool devem ser colocados nas máquinas, de modo que o bulbo fique abaixo de qualquer outra parte do termômetro. Cada bulbo de termômetro ou elemento sensível do dispositivo de medição deve estar em contato com a parte da qual se deseja medir a temperatura e isolado do ar circundante por uma almofada ou apenas pela massa suficiente para assegurar o contato. Não deverá haver uma restrição apreciável da ventilação natural da máquina pelos instrumentos de medição. Não se deve usar termômetros de mercúrio onde haja campos magnéticos variáveis ou móveis. 3.14.1.1.3 O núcleo e bobinas de armadura de algumas
máquinas fechadas podem não ser facilmente acessíveis. Se, para obtenção das temperaturas, for usado o método termométrico, os termômetros utilizados podem ser colo-
23
NBR 5052/1984 cados sobre estas partes e os terminais levados para fora do invólucro. 3.14.2 Método de medição da temperatura por resistência 3.14.2.1 Procedimento
a) a elevação de temperatura dos enrolamentos pode ser obtida pela seguinte proporção:
t2 + k R = 2 t1 + k R1 Onde: k = inverso do coeficiente de temperatura da resistência 0°C do material considerado = 235 para o cobre = 228 para o alumínio R 2 = resistência do enrolamento no fim do ensaio, em ohms R 1 = resistência inicial do enrolamento (a frio), em ohms t2 = temperatura do enrolamento no fim do ensaio, em graus Celsius t1 = temperatura do enrolamento (a frio) no momento da resistência inicial, em graus Celsius 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
ta = temperatura do meio refrigerante no fim do ensaio, em graus Celsius Para fins práticos utiliza-se a seguinte fórmula alternativa:
t 2 - ta =
R2 - R1 (k + t1) + t1 - ta R1
Para enrolamentos compostos de materiais diferentes (por exemplo, cobre e alumínio), deve ser utilizado um valor intermediário da constante k, proporcionalmente às respectivas quantidades de cada material; b) quando a temperatura de um enrolamento é determinada pela resistência, a temperatura inicial do enrolamento (a frio), medida com termômetro, deve ser praticamente a do meio refrigerante. 3.14.3 Método de medição da temperatura por superposição
Ver Anexo A. 3.14.4 Generalidades 3.14.4.1 Na preparação de um ensaio de elevação de
temperatura, a máquina deve ser isolada de correntes de
ar oriundas de polias, correias e outras máquinas adjacentes, pois ao contrário os resultados obtidos não mereceriam confiança. Uma levíssima corrente de ar pode causar discrepâncias nos resultados do ensaio de elevação de temperatura; portanto, quando necessário, um adequado anteparo de lona deve ser usado para proteger a máquina. Deve-se ter cuidado, entretanto, para que o anteparo não interfira na ventilação natural da máquina, e para que, no piso, haja suficiente distância entre as máquinas, para permitir a livre circulação do ar. Em condições normais, uma distância de 2 m é suficiente. 3.14.4.2 Ao se iniciar o ensaio de elevação de temperatura,
todos os instrumentos devem ser calibrados, para segurança de que não haja erros nos instrumentos ou efeitos de fluxo de dispersão. Os instrumentos ligados no circuito de excitação devem ser lidos e a resistência calculada e comparada com a medição anterior (ver 3.14.7.3). Quando há instrumentos ligados ligados nos circuitos de entrada e saída, convém calcular o rendimento da máquina ou grupo. Não se determina assim o rendimento com precisão, porém pode-se controlar eventuais erros. O fator de potência deve, também, ser verificado no início da operação. 3.14.4.3 No início do ensaio de elevação de temperatura
da máquina do regime de tempo limitado, a temperatura da máquina não deve diferir em mais de 5°C da temperatura ambiente. 3.14.5 Medição da temperatura do meio refrigerante durante os ensaios de elevação de temperatura 3.14.5.1 Temperatura do meio refrigerante
Como valor da temperatura do meio refrigerante num ensaio de elevação de temperatura deve ser adotada a média das leituras dos termômetros tomadas em intervalos iguais de tempo durante a última quarta parte da duração do ensaio. 3.14.5.2 Variação de temperatura do meio refrigerante
A fim de se evitarem erros devidos à variação lenta da temperatura de máquinas grandes e às variações rápidas de temperatura do meio refrigerante, devem ser tomadas as precauções razoáveis para reduzir estas variações e os erros resultantes. Nota: Uma forma conveniente para tal recipiente de óleo consiste em um cilindro de metal com um furo aberto axialmente no seu interior. Este furo é cheio com óleo e o termômetro é colocado dentro dele com o seu bulbo completamente imerso. A velocidade de resposta do termômetro às variações de temperatura dependerá muito do tamanho, qualidade do material e massa do recipiente, podendo ser, além disso, regulada pelo ajuste da quantidade de óleo no reservatório. Quanto maior a máquina em ensaio, maior deve ser o cilindro de metal empregado como recipiente de óleo na determinação da temperatura do ar de resfriamento. O menor tamanho do recipiente de óleo empregado em qualquer caso deve ser um cilindro de metal de 25 mm de diâmetro e 50 mm de altura.
3.14.5.3 Máquinas abertas resfriadas por ar ambiente ou por gás
A temperatura do ar ambiente ou do gás deve ser medida por meio de vários termômetros, colocados em vários
NBR 5052/1984
24 pontos em torno da máquina, a meia altura da mesma, distantes 1 m ou 2 m dela e protegidos de correntes e de irradiação de calor. 3.14.5.4 Máquinas fechadas com trocadores de calor externos, ventilação forçada, com dutos de ventilação
A temperatura do meio refrigerante deve ser medida na entrada da máquina. 3.14.5.5 Máquinas fechadas com trocadores de calor internos 3.14.5.5.1 A temperatura do meio refrigerante é medida
na saída dos trocadores de calor. No caso de máquinas com trocadores de calor resfriados a água, a temperatura da mesma deve ser medida na entrada do trocador de calor. 3.14.5.5.2 Quando máquinas abertas são localizadas par-
cialmente abaixo do nível do piso, em poço, a temperatura do rotor é referida à média ponderada das temperaturas do poço e da sala; o peso de cada uma das temperaturas deve ser baseado nas porcentagens da máquina situadas dentro e acima do poço. As partes do estator constantemente dentro do poço devem ser referidas à temperatura ambiente dentro do mesmo. 3.14.6 Método de aplicação da carga 3.14.6.1 Sempre que praticável, as máquinas síncronas
devem ser ensaiadas em condições tais que as suas perdas se aproximem o mais possível daquelas que existiriam sob condições nominais ou especificadas de carga. O ensaio de elevação de temperatura deve de preferência ser realizado sob condições nominais de tensão, corrente, fator de potência e freqüência até a máquina atingir equilíbrio térmico. 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.14.6.2 Quando não for praticável o ensaio nas condições
de carga nominal, podem ser empregados outros métodos, entre os quais os seguintes: a) método de fator de potência nulo; b) método de circuito aberto e de curto-circuito; c) método de circuito aberto e de curto-circuito, intermitentemente. 3.14.6.3 Entre os métodos indicados em 3.14.6.2, usa-se
de preferência o do fator de potência nulo. Este método consiste em se fazer circular corrente na armadura, sob tensão nominal ou reduzida e a um fator de potência aproximadamente igual a zero, mediante a sobreexcitação da máquina em ensaio. Os valores de tensão e da corrente da armadura devem ser escolhidos levandose em consideração os valores relativos das perdas no ferro e nos enrolamentos. As perdas do sistema podem ser supridas mecanicamente, acionando-se a máquina em ensaio a partir de uma máquina motriz separada, ou podem ser supridas eletricamente operando-se a máquina em ensaio como um motor síncrono sobreexcitado. Este método é aplicável a muitas máquinas de freqüências normalizadas conforme exposto a seguir: a) compensadores síncronos: para compensadores síncronos, este método reproduz as condições de
carga nominais e nenhuma correção é necessária nas elevações de temperatura observadas; b) geradores e motores com fator de potência nominal igual ou inferior a 0,9: as elevações de temperatura da armadura de geradores e motores síncronos com fator de potência nominal igual ou inferior a 0,9, quando ensaiados com fator de potência nulo, podem diferir um pouco das elevações de temperatura com o fator de potência nominal, porém a diferença não justifica uma correção da elevação de temperatura observada, exceto em certos casos como os de máquinas abertas de baixa velocidade de rotação. As perdas no enrolamento de excitação diferem consideravelmente daquelas nas condições nominais de funcionamento e as elevações de temperatura dos enrolamentos de excitação observadas devem ser adequadamente corrigidas; c) geradores e motores com fator de potência nominal superior a 0,9: em geradores e motores com fator de potência nominal superior a 0,9 (e particularmente aqueles com fator de potência unitário), o método do fator de potência nulo pode ser impraticável a não ser que se ensaie a máquina com potência aparente reduzida, em condições que resultem em perdas nos enrolamentos de excitação correspondentes à carga nominal. A decisão de reduzir a tensão ou a corrente da armadura depende da grandeza relativa das perdas no ferro e nos enrolamentos em caso particular. 3.14.6.4 O método de circuito aberto e de curto-circuito
consiste em dois ensaios separados, um em circuito aberto e tensão nominal e o outro em curto-circuito e corrente nominal da armadura. A elevação de temperatura nos dois ensaios, da qual deve ser deduzida uma vez a elevação de temperatura correspondente às perdas por atrito e ventilação que, na soma, aparece duplicada. Esta elevação de temperatura será obtida de um ensaio de elevação de temperatura com excitação nula. Para resultados precisos podem ser necessárias correções adicionais de pequena importância. Outro ensaio de elevação de temperatura, sem carga e com sobretensão, pode ser necessário à obtenção de resultados significativos para a elevação de temperatura dos enrolamentos de excitação. 3.14.6.5 O método de circuito aberto e de curto-circuito in-
termitente consiste em operar a máquina alternativamente em circuito aberto e em curto-circuito com o campo ajustado em cada condição para se obterem as perdas totais aproximadamente iguais às perdas com a carga nominal. As corrente de excitação para as duas condições são determinadas pelo ensaio das perdas no ferro em circuito aberto e pelo ensaio das perdas suplementares. O tempo para cada condição no início da operação pode ser 30 min, e no fim da operação deve ser reduzido a 5 min. 3.14.7 Leituras de temperatura 3.14.7.1 As temperaturas obtidas pelo método do termô-
metro devem ser medidas durante o ensaio e, também,
25
NBR 5052/1984 após a parada da máquina. Os instrumentos de medição devem ser dispostos de modo que indiquem as mais altas temperaturas, exceto os destinados à medição da temperatura do ar na entrada e saída, que devem indicar os valores médios. As partes onde devem ser feitas medições de temperatura são as seguintes: - bobina da armadura, pelo menos em quatro lugares (ver 3.14.1.1.3); - núcleo da armadura, pelo menos em quatro lugares (ver 3.14.1.1.3); - para máquinas fechadas, ar de entrada, 4 a 6 termômetros; - ar expelido da carcaça ou dos dutos de descarga; - carcaça; - mancais (quando parte da máquina). 3.14.7.2 A temperatura do enrolamento da armadura das
máquinas equipadas com detectores embutidos devem ser determinadas pelo método do detector embutido, durante o ensaio de elevação de temperatura e, também, após a parada da máquina, até que as temperaturas comecem a decrescer. 3.14.7.3 Quando as temperaturas do enrolamento de ex-
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
citação são determinadas pelo método da resistência, as medições devem ser feitas durante o ensaio de elevação de temperatura e a temperatura final deve ser calculada a partir da última leitura da tensão e da corrente de excitação tomada antes da parada. A tensão de excitação deve ser medida nos anéis coletores e não nas escovas, e deve ser assegurado um contato contínuo, especialmente no caso de anéis coletores ranhurados. Quando as máquinas têm bobinas de campo acessíveis a termômetros após a parada, as temperaturas tomadas por este método fornecem uma ventilação útil da temperatura obtida pelo método da resistência (ver 3.14.8.2). 3.1.4.8 Duração do ensaio 3.1.4.8.1 Em máquinas para regime contínuo ou para regi-
me contínuo equivalente, o ensaio de elevação de temperatura deve prosseguir até o equilíbrio térmico. No caso de máquinas para regime de tempo limitado, para as quais não se estabeleceu um regime contínuo equivalente, o ensaio de elevação de temperatura deve prosseguir durante o tempo especificado para o regime de tempo limitado. 3.14.8.2 Devem ser colocados termômetros nos anéis co-
3.14.8.4 Nos casos em que a temperatura pode ser medida
somente depois da parada da máquina, a curva de resfriamento deve ser traçada, determinando-se os primeiros pontos o mais rapidamente possível. Existem duas possibilidades: a) se a curva de resfriamento obtido a partir do instante da parada da máquina apresentar valores decrescentes uniformemente, a temperatura no instante de desligamento pode ser obtida por extrapolação; b) se medições sucessivas efetuadas depois do desligamento indicarem temperaturas que primeiro crescem para depois decrescerem, a extrapolação indicada em a) torna-se inaplicável. Admite-se então a maior temperatura observada como temperatura máxima medida, exceto se na vizinhança dos pontos de medição houver outros pontos da mesma parte com limites de elevação de temperatura superiores aos do ponto de medição considerado. Neste último caso é suficiente adotar a primeira das leituras feitas. 3.14.8.5 A extrapolação deve ser efetuada somente se a
primeira medida de temperatura for efetuada após os seguintes intervalos de tempo depois do desligamento. Potência nominal kVA (kW)
Intervalo de tempo decorrido após o desligamento s
≤ 50 > 50 ≤ 200
30 90
3.14.8.6 Em máquinas com um lado de bobina por ranhura
pode ser utilizado o método da resistência, desde que a parada da máquina ocorra em tempo suficientemente curto, como, por exemplo, dentro de 90 s depois de desligada a energia. Se a parada ocorrer mais de 90 s depois de desligada a energia, mediante acordo entre fabricante e comprador, pode ser utilizado o método da superposição. 3.14.8.7 No caso de máquinas com inércia considerável,
o método da extrapolação deve ser utilizado somente mediante acordo entre fabricante e comprador. 3.14.8.8 Em muitos casos as temperaturas mais
importantes podem ser obtidas durante o ensaio por meio de termômetros, detectores embutidos e resistências determinadas quando a máquina está girando. Pode ser impraticável parar a máquina num tempo suficientemente curto para se obterem leituras de confiança pelos termômetros aplicados após a parada. Em tais casos é permissível omitir a leitura da temperatura após a parada.
letores, pontas dos pólos, enrolamentos de gaiola, e enrolamentos de excitação, tão rapidamente quanto possível, após as partes girantes terem parado. As temperaturas máximas devem ser registradas.
3.15 Ensaio velocidade de rotação-conjugado para motor síncrono
3.14.8.3 Quaisquer medições de resistência necessárias
3.15.1.1 Ensaio
à determinação da temperatura, que não possam ser tomadas durante o ensaio, devem ser efetuadas tão rapidamente quanto possível após a parada.
3.15.1.1.1 Um método muito usado para se fazer o ensaio
3.15.1 Método com motor acoplado à carga
de velocidade de rotação-conjugado consiste em se aco-
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26 plar um gerador de corrente contínua ao motor em ensaio. Durante este ensaio o campo do motor é fechado através do seu resistor de partida normal. Este ensaio deve ser executado com uma tensão tão alta quanto possa ser aplicada aos terminais do motor sem aquecimento excessivo, e que deve ser pelo menos 50% da tensão nominal. A velocidade de rotação do motor para uma tensão nos terminais é ajustada pela variação da carga do gerador. 3.15.1.1.2 Neste ensaio, as leituras são tomadas desde a
velocidade de rotação zero até a velocidade de rotação máxima, como se o motor fosse de indução. Para cada velocidade de rotação, tomam-se leituras de velocidade de rotação, tensão, corrente e potência ativa do motor síncrono e tensão, corrente da armadura e corrente de excitação do gerador de corrente contínua, e registra-se o valor da resistência de campo. Deve-se tomar cuidado para não sobreaquecer o rotor nas velocidades de rotação reduzidas. 3.15.1.2 Cálculo dos resultados
A potência ativa fornecida do motor é a soma da potência fornecida do gerador de corrente contínua e suas perdas. As perdas do gerador usado no ensaio, devem ser previamente determinadas. Conjugado do motor (por unidade) = soma da potência fornecida do gerador e suas perdas em kW x potência nominal do motor em kW
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
velocidade de rotação nominal do motor x velocidade de rotação real do motor Este valor do conjunto deve ser corrigido para a tensão nominal pelo fator: 2
tensª o nominal tensª o do ensaio
O valor assim obtido é apenas aproximado. 3.15.2 Método de aceleração 3.15.2.1 No método de aceleração o motor simplesmente
gira em vazio em seus mancais, partindo com uma tensão reduzida, escolhida de modo que a sua velocidade de rotação leve cerca de 1,5 min para crescer de 30% a 100%: o conjugado é computado pelas leituras da potência ativa ou pelas curvas velocidade de rotação-tempo. Em alguns casos, a velocidade de rotação mínima de partida é tal que a máquina atinge a velocidade de rotação plena em menos de 1,5 min. Neste caso deve ser mantida uma tensão mais baixa e a máquina deve partir, usandose polias ou aplicando-se momentaneamente uma tensão maior. 3.15.2.2 O método de aceleração pode também ser usado
se a máquina está em carga, desde que sejam tomadas
leituras simultâneas de potência ativa à velocidade de rotação. O método velocidade de rotação-tempo, entretanto, não deve ser usado no cálculo do conjugado. 3.15.2.3 O motor síncrono deve ser ligado a uma fonte de
corrente alternada de potência adequada, freqüência nominal constante e tensão ajustável. A corrente de linha pode exceder consideravelmente a corrente nominal, mesmo com tensão reduzida, de modo que se deve tomar cuidado para não sobreaquecer os enrolamentos. O motor deve partir com o campo curto-circuitado através do seu resistor, que deve ser usado durante todo o ensaio. O tacômetro deve ser rigorosamente ajustado, de modo a não haver deslizamento durante a rápida aceleração. Leituras à velocidade de rotação zero devem ser feitas como segue. Depois de uma experiência preliminar para assegurar que o motor partirá, a tensão deve ser reduzida até o ponto exato em que o motor deixa de partir (se esta tensão é muito baixa, por exemplo, 10% da nominal, o rotor deve ser bloqueado e usada uma tensão maior). Devem, então, ser feitas leituras de: tensão de linha (as três tensões); corrente de linha (em todas as fases); potência ativa de linha (com dois wattímetros); temperatura do enrolamento do estator (ao se completar cada conjunto de ensaio). 3.15.2.4 Estas leituras devem ser repetidas pelo menos
para três diferentes posições do rotor em relação ao estator. Em uma das posições, as leituras devem ser tomadas à metade da tensão previamente usada. Se a corrente de linha não for proporcional à tensão, leituras devem ser tomadas em várias outras tensões para se estabelecer uma curva de impedância. 3.15.3 Leituras durante a aceleração 3.15.3.1 Preliminarmente dá-se partida no motor com a
mínima tensão com que ele parte e observam-se as leituras de potência ativa, corrente e tensão de linha. Esta operação deve ser repetida para várias posições do rotor. Ajusta-se em seguida a tensão, de modo que o motor leve cerca de 1,5 min para ir de 30% a 100% de velocidade de rotação. Em geral nenhuma leitura, exceto velocidade de rotação e tempo, precisa ser tomada entre 0% e 30% de velocidade de rotação, pois nesta gama a tensão e a corrente de linha serão provavelmente muito desequilibradas, de modo que seriam necessárias leituras em todas as fases, Por coincidência, nesta gama, as leituras (médias) variam pouco. De 30% de velocidade de rotação até sincronismo, devem ser tomadas leituras simultâneas, a intervalos de 5 s de: tensão de linha (uma tensão); corrente de linha (em uma fase) potência ativa absorvida (com dois wattímetros); corrente induzida no enrolamento de excitação; velocidade de rotação pelo tacômetro; tempo em segundos; temperatura do enrolamento do estator ao se completar cada conjunto de leituras. Algumas vezes pode ser necessário usar uma tensão diferente para uma parte da operação de aceleração, a fim de obterem-se leituras satisfatórias, especialmente quando há uma queda considerável no conjunto a meia velocidade de rotação. Isto deve ser feito, entretanto, como operação separada, uma vez que a tensão deve ser sempre mantida aproximadamente constante enquanto as leituras estão sendo tomadas. Cada ensaio deve ser efetuado pelo me-
27
NBR 5052/1984 nos duas vezes, preferivelmente três vezes, e à mesma tensão, para assegurar dados precisos. Numa máquina trifásica, a leitura de um wattímetro será usualmente negativa; isto deve, naturalmente, ser verificado antes de se iniciar o ensaio. 3.15.3.2 Além destas leituras na aceleração, dados para
uma curva velocidade de rotação-tempo, podem ser tomados no retardamento. Partindo-se da velocidade síncrona, abrem-se os circuitos da armadura e do enrolamento de excitação e lê-se o tacômetro a intervalos regulares, freqüentemente o bastante para se terem 20 ou mais leituras entre 100% e 30% da velocidade de rotação nominal. Filmagem de todas as leituras dos instrumentos pode ser útil na obtenção de leituras precisas. 3.15.4 Cálculo dos resultados 3.15.4.1 O primeiro passo é marcar num gráfico todos os
dados obtidos nas repetidas operações, em função das leituras do tacômetro. Marcam-se as leituras dos medidores, incluindo-se as leituras de ambos os wattímetros e o tempo em segundos. Incluem-se, também, os valores médicos das leituras à velocidade de rotação zero. Traçam-se, então, curvas médias suaves através dos pontos marcados. Se não for possível traçar curvas suaves, há provavelmente alguma coisa errada e os ensaios devem ser repetidos. 3.15.4.2 A fim de corrigir o atraso de tempo inerente aos
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
conjugado síncrono a 100% de velocidade de rotação que deve ser desprezada (a curva do conjugado deve sempre atingir o valor zero a 100% de velocidade de rotação). 3.15.5 Método substitutivo para levantar a curva do conjugado
Nas máquinas sem carga externa, duas curvas velocidade de rotação-tempo, uma durante a aceleração com a máquina ligada à rede e outra durante o retardamento, com a máquina desligada, oferecem um meio conveniente para se determinar o conjugado. Estas curvas devem ser traçadas numa escala ampla. Inicialmente devem-se dispor em tabelas os valores da aceleração e do retardamento para os pontos de mesma velocidade de rotação das duas curvas; estes valores são expressos convenientemente em rotações por minutos por segundo, e podem ser obtidos traçando-se tangentes à curva velocidade de rotação-tempo. Somam-se então, os valores de aceleração e retardamento para cada ponto (devese notar que os mesmos valores de retardamento podem ser usados com diferentes curvas de aceleração). Esta soma deve ser multiplicada pelo seguinte fator: K =
GD2 x velocidade síncrona (em rpm) 197000 x potência nominal (em kW)
tacômetros, é aconselhável considerar como 100% da velocidade de rotação o valor no qual a corrente induzida no enrolamento de excitação chega a zero. Se a leitura da corrente induzida no enrolamento de excitação não chegar a zero, é porque o motor não conseguiu atingir a velocidade síncrona; neste caso as curvas devem ser extrapoladas até a corrente de excitação zero ou o ensaio deve ser repetido a uma tensão maior. Calculam-se em seguida a potência ativa absorvida, as perdas no estator e as perdas no rotor todas as tensão de ensaio. As perdas no estator incluem as perdas I2R, calculadas com a corrente observada e com a resistência na temperatura dos enrolamentos durante o ensaio, perdas suplementares e perdas no ferro na tensão de ensaio. A diferença entre a potência ativa absorvida e as perdas no estator dá as perdas no rotor, na tensão de ensaio. Estas naturalmente incluem as perdas por atrito e ventilação, que não devem ser subtraídas.
O produto dá o conjugado expresso em “por unidade” do conjugado nominal, para a tensão de ensaio, e deve ser corrigido para a tensão nominal, multiplicando-se pela relação:
3.15.4.3 A seguir os dados são corrigidos para a tensão
3.15.7.1 Estes dois ensaios são efetuados para se deter-
nominal: as leituras de corrente de linha e da corrente induzida no enrolamento de excitação são aumentadas em proporção direta; as perdas no rotor e a potência ativa absorvida com o quadrado da relação das tensões. A leitura da corrente induzida no enrolamento de excitação aparece, então, em ampéres, porém a corrente de linha e o conjugado (originado no rotor) são expressos em por unidade dos nominais. O conjugado em por unidade do nominal é igual à potência ativa absorvida do rotor, em quilowatts, dividida pela potência nominal, em quilowatts. Traçam-se então, curvas do conjugado, da corrente de linha e da corrente induzida no enrolamento de excitação em função da velocidade de rotação entre 0% e 100%, e para a tensão nominal entre linhas, usando-se uma escala adequada. Os pontos de ensaio devem ser assinalados nessas curvas. Nota-se que haverá uma certa porção de
minar a potência necessária para partida do motor e o conjugado desenvolvido. O ensaio pode ser efetuado com um freio de Prony ou uma viga rigidamente presa ao eixo do motor e com sua extremidade livre repousando sobre uma balança, para medir o conjugado desenvolvimento. Deve ser empregada fonte de corrente alternada de tensão variável. O campo deve ser posto em curto-circuito através de seu resistor, se for usada a partida com o campo fechado. Neste ensaio, os enrolamentos do estator e o enrolamento amortecedor aquecem-se muito rapidamente e, portanto, o ensaio deve ser feito tão rapidamente quanto possível. Devem ser tomadas leituras para cada uma de várias tensões sucessivamente menores, a maior tensão deve dar uma corrente máxima com rotor bloqueado não superior a duas e meia vezes a corrente nominal. Diversos pontos devem ser levantados para
2
tensª o nominal tensª o do ensaio
3.15.6 Freio de Prony ou método do dinamômetro
A curva velocidade de rotação-conjugado pode, também, ser levantada usando-se um freio de Prony ou um dinamômetro. 3.15.7 Corrente com rotor bloqueado e conjugado com rotor bloqueado
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28 várias posições diferentes do rotor. Devem ser registrados, em cada ponto, tensão, corrente, potência ativa e conjugado. A corrente com o rotor bloqueado e a potência ativa variam proporcionalmente à tensão e ao quadrado da tensão respectivamente, salvo efeitos de saturação em máquinas grandes de alta velocidade de rotação, máquinas para com enrolamento reduzido ou máquinas construídas com ranhuras fechadas para o enrolamento amortecedor. Os dados dos ensaios podem ser marcados como mostra a Figura 11. 3.15.7.2 Se não houver meios de se medir o conjugado, o
rotor deve ser bloqueado e as mesmas leituras elétricas devem ser tomadas. Subtraindo-se da potência ativa absorvida do motor, para cada tensão aplicada, as correspondentes perdas suplementares do estator, obtémse a potência transferida ao rotor ou o conjugado com rotor bloqueado, em quilowatts. O conjugado sob tensão nominal é calculado multiplicando-se qualquer um dos valores já obtidos pelo quadrado da relação entre a tensão nominal nominal e a tensão de ensaio. Para máquinas que partem com o enrolamento reduzido ou máquinas com enrolamentos de excitação para duas velocidades de rotação, este método dá erros que podem ser apreciáveis e, portanto, o conjugado com rotor bloqueado deve ser determinado om o emprego do freio, como descrito em 3.15.6.
3.16 Conjugado máximo em sincronismo 3.16.1 O conjugado máximo em sincronismo pode ser de-
terminado carregando-se a máquina como motor síncrono até que ela saia de sincronismo e lendo-se a potência ativa absorvida do instante de saída de sincronismo. 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.16.2 Se for impraticável a realização deste ensaio, o
conjugado máximo em sincronismo pode ser calculado pela seguinte fórmula:
Conjugado máximo em sincronismo, por unidade K . I fn = cos I fk (baseado no conjugado correspondente à potência ativa nominal). Ifn
= corrente de excitação com carga nominal
cos = fator de potência nominal Ifk
= corrente de excitação obtida da característica em curto-circuito no ponto correspondente à corrente nominal
K
= fator devido ao conjugado de relutância. Este fator pode ser obtido do fabricante da máquina (variação usual de K: 1,0 a 1,25)
3.17 Grandezas de máquinas síncronas 3.17.1 Generalidades 3.17.1.1 Os ensaios descritos a seguir têm por objetivo a
determinação de grandezas características de máquinas síncronas trifásicas. 3.17.1.2 Não se exige a execução, em dada máquina, de
um ou todos os ensaios descritos a seguir. A execução de determinados ensaios deve ser feita mediante acordo entre fabricante e comprador. 3.17.1.3 Os ensaios para a determinação de grandezas
de máquinas síncronas devem ser executados em máquina isenta de defeitos, depois de desligados todos os dispositivos de regulação automática. Salvo especificação diferente, os ensaios devem ser realizados na velocidade de rotação nominal.
Figura 11 - Características com rotor bloqueado
NBR 5052/1984 3.17.1.4 Os instrumentos indicadores de medição e os
seus acessórios devem, salvo especificação diferente, ser de classe de precisão 1,0 ou melhor e os instrumentos utilizados na determinação das resistências em corrente contínua devem ser de classe de precisão 0,5 ou melhor, ambos de acordo com a Publicação IEC 51, enquanto não vigorar norma brasileira equivalente. Não se especifica a classe de precisão do equipamento oscilográfico de medição; entretanto, este deve ser escolhido, levandose em conta a freqüência nominal da máquina a ser ensaiada, de modo que as leituras sejam feitas na parte retilínea da amplitude de oscilação do equipamento móvel, em função da freqüência. A medição da velocidade de rotação das máquinas síncronas pode ser feita por meio do método estroboscópico ou por meio de tacômetros (mecânicos ou elétricos). Quando a máquina gira na velocidade síncrona, acionada por seus próprios meios ou por outra máquina, é permitido medir-se a freqüência por meio de frequencímetro em lugar de medirse a velocidade de rotação. 3.17.1.5 A temperatura dos enrolamentos da máquina deve
ser medida em todos os casos em que as grandezas a determinar dependem da mesma, ou quando é necessário conhecê-la, devido a condições de segurança da máquina durante os ensaios. Nos casos em que as temperaturas possam exceder transitoriamente valores seguros, recomenda-se iniciar os ensaios somente depois de a máquina ter girado em vazio com resfriamento normal ou tenha ficado em repouso durante tempo suficiente para assegurar baixa temperatura de partida. As temperaturas devem ser cuidadosamente vigiadas ou predeterminadas, de forma que o ensaio possa ser suspenso antes de elas se tornarem excessivas. 3.17.1.6 Durante o ensaio, os enrolamentos devem ser 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
geralmente ligados como para operação normal. A determinação de todas as grandezas é feita, considerando-se os enrolamentos da máquina ligados em estrela, salvo quando forem usadas conexões especiais, por exemplo em triângulo aberto. Se na realidade o enrolamento da armadura estiver em triângulo, os valores das grandezas obtidas, procedendo-se de acordo com esta Norma, corresponderão a um enrolamento equivalente ligado em estrela. 3.17.1.7 Todas as grandezas características devem ser
designadas em valores por unidade, considerando-se como básicos os valores nominais de tensão (U n) e de potência (Sn). Neste caso, a corrente básica será:
In =
Sn 3 Un
e a impedância básica: Zn =
Un2 Sn = Sn 3 In2
Quando for conveniente, os cálculos intermediários poderão ser efetuados com grandezas físicas, com subseqüente conversão da grandeza ao valor por unidade. Recomenda-se exprimir o tempo em segundos. Nos cál-
29 culos de características e no traçado de gráficos, a corrente de excitação correspondente à tensão nominal na característica em vazio é tomada como valor básico da corrente de excitação. Se a máquina possuir diversos valores nominais, devem ser indicados aqueles escolhidos como básicos. Salvo especificação diferente, o sistema acima indicado é o adotado nesta Norma. As grandezas em valores por unidade são indicadas por letras minúsculas e as grandezas em valores físicos por letras maiúsculas. 3.17.1.8 Nas fórmulas dadas nesta Norma para a de-
terminação das reatâncias de máquinas síncronas, a resistência de seqüência positiva de armadura, salvo especificação diferente, é considerada desprezível. Nos casos em que a resistência de seqüência positiva da armadura for superior a 0,2 da reatância medida, as fórmulas devem ser consideradas aproximadas. 3.17.1.9 Os métodos experimentais de determinação
descritos nesta Norma correspondem à teoria largamente aceita dos dois eixos das máquinas síncronas, com representação aproximada de todos os circuitos adicionais ao enrolamento de excitação e aos circuitos estacionários relacionados a este, por meio de dois circuitos equivalentes, um ao longo do eixo direto e outro ao longo do eixo em quadratura desprezando-se a resistência da armadura ou levando-a em conta somente de maneira aproximada. Em conseqüência desta representação aproximada de uma máquina, consideram-se nesta Norma as seguintes grandezas no estudo dos fenômenos transitórios: a) três reatâncias (síncrona, transitória e subtransitória) e duas constantes de tempo (transitória e subtransitória) ao longo do eixo direto; b) duas reatâncias (síncrona e subtransitória) e uma constante de tempo (subtransitória) ao longo do eixo em quadratura; c) a constante de tempo de curto-circuito da armadura. Admite-se como base para estas constantes de tempo um decréscimo exponencial das componentes das grandezas consideradas (corrente, tensões, etc.). Se a curva dos valores medidos da componente em questão não decrescer como uma exponencial pura, como, por exemplo, no caso de uma máquina de rotor cilíndrico, a constante de tempo deve normalmente ser interpretada como o tempo necessário para a componente decrescer até 1/ ε 0,368 do seu valor inicial. As curvas de decréscimo exponencial correspondentes a estas constantes de tempo devem ser consideradas como curvas equivalentes que substituem as curvas reais resultantes das medições. 3.17.1.10 As grandezas de máquinas síncronas variam
com a saturação dos circuitos magnéticos. Na prática utilizam-se tanto os valores saturados como os valores não saturados. Nesta Norma, salvo especificação diferente, considera-se como “valor saturado” de uma grandeza o seu valor sob tensão nominal (da armadura) e como “valor não saturado” o seu valor sob corrente nominal (da arma-
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30 dura), para todas as grandezas exceto a reatância síncrona, que não é definida como valor saturado. O valor sob tensão nominal (da armadura) de uma grandeza correspondente às condições do campo da máquina no momento de um curto-circuito instantâneo do enrolamento da armadura a partir de condições de operação em vazio, sob tensão e velocidade de rotação nominais. O valor sob corrente nominal (da armadura) de uma grandeza corresponde a uma condição, na qual o valor nominal da componente simétrica fundamental da corrente da armadura, que determina esta grandeza particular, é igual à corrente nominal.
3.17.2 Métodos de determinação 3.17.2.1 Reatância síncrona do eixo direto X d
A reatância síncrona de eixo direto X d, correspondente ao estado não saturado, é determinada a partir da característica em vazio e da característica em curto-circuito trifásico permanente. 3.17.2.2 Relação de curto-circuito K c
O ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo é recomendado. Permite determinar os valores saturado e não saturado de Xd". Os métodos de aplicação de tensão (c e d) podem ser utilizados no caso do valor não saturado de X"d, mas geralmente não são praticáveis no caso do valor saturado, em vista das elevadas exigidas e do possível aquecimento excessivo das partes maciças. 3.17.2.6 Reatância subtransitória de eixo em quadratura Xq"
É determinada pelos seguintes ensaios: a) aplicação de tensão com o rotor em ambas as posições relativas ao campo do enrolamento da armadura: eixo direto e eixo em quadratura; b) aplicação de tensão numa posição arbitrária do eixo polar.
3.17.2.3 Reatância síncrona de eixo em quadratura X q
Estes dois ensaios são praticamente equivalentes e são empregados para determinar o valor não saturado. Estes ensaios geralmente não são praticáveis no caso do valor saturado em vista das elevadas correntes exigidas e do possível aquecimento excessivo das partes maciças.
É determinada pelos seguintes ensaios:
3.17.2.7 Reatância de seqüência negativa X 2
É determinada a partir da característica em vazio e da característica em curto-circuito trifásico permanente.
a) excitação negativa;
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
d) aplicação de tensão numa posição arbitrária do eixo polar.
É determinada pelos seguintes ensaios:
b) baixo escorregamento;
a) curto-circuito permanente entre duas fases;
c) ensaio em carga, com medição do ângulo de carga.
b) seqüência negativa.
Os ensaios a) e b) são recomendados. 3.17.2.4 Reatância transitória de eixo direto X d’
É determinada pelos seguintes ensaios: a) curto-circuito trifásico instantâneo; b) restabelecimento da tensão; c) por cálculo a partir dos valores de Xd e de τdo’ e de τd’, determinados em ensaios, efetuando-se este cálculo por meio da fórmula dada em 3.17.3.48. O ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo é recomendado. Permite determinar os valores saturado e não saturado de X d’. 3.17.2.5 Reatância subtransitória de eixo X d" 3.17.2.5.1 É determinada pelos seguintes ensaios:
a) curto-circuito trifásico instantâneo;
O ensaio de curto-circuito permanente é recomendado. Esta reatância também pode ser obtida por cálculo a partir dos valores X"d e X"q obtidos em ensaios; o cálculo é efetuado por meio da equação de 3.17.3.48.2. Nota: Quando a corrente circulante contém harmônicos, obtêmse para X 2 um valor diferente do valor que se obteria na pressuposição de corrente senoidal pura. O valor correto de X2, no entanto, é o determinado com corrente senoidal pura.
3.17.2.8 Resistência de seqüência negativa R2
É determinada como indicada em 3.17.2.7. Nota: Para esta resistência pode ser obtido um valor diferente, se for utilizada a componente fundamental de uma corrente que também contenha harmônicos.
3.17.2.9 Reatância de seqüência zero X0
É determinada pelos seguintes ensaios:
b) restabelecimento da tensão;
a) aplicação de uma tensão monofásica às três fases ligadas em série (em triângulo aberto) ou em paralelo;
c) aplicação de tensão com o rotor em ambas as posições relativas ao eixo do campo do enrolamento da armadura;
b) curto-circuito permanente entre dois condutores de linha e neutro.
31
NBR 5052/1984 O ensaio de aplicação de uma tensão monofásica às três fases ligadas em série é preferencial.
da corrente de excitação decrescente com o enrolamento da armadura em curto-circuito é recomendado.
3.17.2.10 Resistência de seqüência zero R 0
3.17.2.16 Constante de tempo subtransitória de eixo direto, em curto-circuito τ"d
É determinada como indicado em 3.17.2.9.
É determinada pelo ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo.
3.17.2.11 Reatância de Potier X p
É determinada de acordo com 3.17.3.6. 3.17.2.12 Resistência sob corrente contínua da armadura Ra e do enrolamento de excitação R f
São determinadas pelos seguintes ensaios: a) tensão e corrente; b) ponte simples ou ponte dupla. O ensaio da ponte simples não é permitido para a medição de resistências inferiores a 1 Ω. 3.17.2.13 Resistência de seqüência positiva R 1
A resistência de seqüência positiva do enrolamento da armadura é determinada como indicado em 3.17.3.48.
3.17.2.17 Constante de tempo de curto-circuito da armadura τa
É determinada por meio de um ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo pelos seguintes métodos: a) por decréscimo da componente periódica da corrente no enrolamento de excitação (ver 3.17.3.16 e 3.17.3.17-e)); b) por decréscimo das componentes aperiódicas da corrente nos enrolamentos de fase da armadura (ver 3.17.3.16 e 3.17.3.17-e)); c) por cálculo a partir dos valores de K2 (ver 3.17.2.17) e de Ra (ver 3.17.2.12) por meio da fórmula dada em 3.17.3.48.4. O método do decréscimo da componente periódica da corrente no enrolamento de excitação é recomendado. 3.17.2.18 Tempo de aceleração τj
3.17.2.14 Constante de tempo transitória de eixo direto, em circuito aberto τ’do
É determinada pelos seguintes métodos: 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
a) corrente de excitação decrescente com o enrolamento da armadura em vazio;
O tempo de aceleração de uma ou mais máquinas é determinado pelos seguintes ensaios: a) oscilação do rotor suspenso por um cabo; b) oscilação com pêndulo auxiliar; c) retardamento em vazio;
b) restabelecimento da tensão; c) cálculo a partir dos valores de Xd (ver 3.17.2.1) de X’d (ver 3.17.2.4) e de τ’do (ver 3.17.2.14) obtidos em ensaio por meio da fórmula dada em 3.17.3.48. O ensaio de corrente de excitação decrescente é recomendado. 3.17.2.15 Constante de tempo transitória de eixo direto, em curto-circuito τ’d
É determinada pelos seguintes ensaios:
d) retardamento com carga, operando-se a máquina como motor; e) aceleração depois de remoção instantânea da carga, operando-se a máquina como gerador. Todos os ensaios mencionados são praticamente equivalentes. A escolha do ensaio depende do projeto e da potência nominal da máquina sob ensaio. Nota: Quando o tempo de aceleração é determinado para um grupo de máquinas mecanicamente acopladas, o conjugado de aceleração é calculado para potência ativa e velocidade angular nominais da máquina síncrona básica.
a) curto-circuito trifásico instantâneo;
3.17.2.19 Constante de energia armazenada H
b) corrente de excitação decrescente com o enrolamento da armadura em curto-circuito;
É determinada como indicado em 3.17.2.18.
c) cálculo a partir dos valores de Xd (ver 3.17.2.1), de X’d (ver 3.17.2.4) e de T’ do (ver 3.17.2.14), obtidos em ensaio, por meio da fórmula dada em 3.17.3.48.
É determinada pelos seguintes métodos:
Se X’d for determinada por meio de um ensaio de curtocircuito trifásico instantâneo, τ’d deve ser determinada por meio do mesmo ensaio; em todos os outros casos o ensaio
3.17.2.20 Corrente de excitação nominal I fn
a) medição direta durante operação nos valores nominais; b) graficamente, pelo gráfico vetorial de Potier ou pelo gráfico ASA ou pelo gráfico sueco.
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32 O método de medição direta é recomendado; os métodos gráficos são praticamente equivalentes. 3.17.2.21 Regulação da tensão nominal ∆Un
a) medição direta; b) graficamente, a partir da característica em vazio e da corrente nominal de excitação (ver 3.17.2.20), obtidas por meio de ensaios. 3.17.3 Descrição dos ensaios e determinação das grandezas das máquinas a partir dos mesmos 3.17.3.1 Ensaio de saturação em vazio 3.17.3.1.1 O ensaio de saturação em vazio é executado:
a) acionando-se a máquina sob ensaio como gerador por meio de um motor apropriado; b) operando-se a máquina sob ensaio como motor em vazio por meio de uma fonte de tensão trifásica simétrica; c) durante o retardamento da máquina sob ensaio.
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Durante o ensaio de saturação em vazio a corrente de excitação, tensão de linha e freqüência (ou velocidade) devem ser medidas simultaneamente. Ao fazer o ensaio em vazio, a excitação deve ser modificada gradualmente, em degraus das tensões mais elevadas às mais baixas, com pontos distribuídos uniformemente; se possível, a partir do valor de tensão correspondente à excitação com carga nominal, mas não com menos de 1,3 vez a tensão nominal da máquina sob ensaio, prosseguindo-se até 0,2 vez esta tensão nominal, salvo se a tensão residual for maior. Quando a corrente de excitação é reduzida a zero, mede-se a tensão residual do gerador. Se o ensaio
de saturação em vazio for realizado quando a máquina síncrona estiver funcionando como motor em vazio, tornase necessário medir a corrente da armadura adicionalmente aos valores antes mencionados. A cada degrau de tensão devem ser feitas várias leituras, a fim de determinar-se o menor valor de corrente que corresponde a um fator de potência unitário. O ensaio de saturação em vazio durante o retardamento da máquina sob ensaio pode ser executado com a precisão necessária, desde que a sua taxa de deceleração não seja superior a 0,04 vez a velocidade de rotação nominal por segundo. Para uma máquina sob ensaio, cuja taxa de deceleração é superior a 0,02 vez a velocidade de rotação nominal por segundo, é preferível excitação independente, a fim de tornar esta mais estável durante a deceleração. Antes de desligar a máquina da rede, ela deve ser excitada até a tensão mais elevada considerada necessária, ou seja, a que corresponde à excitação com carga nominal, mas não inferior a 1,3 vez a tensão nominal da máquina sob ensaio. Em seguida, a excitação é reduzida por degraus, e, a cada degrau, são feitas leituras simultâneas da tensão da armadura e da velocidade de rotação (freqüência), mantendo-se a corrente de excitação inalterada. O ensaio de retardamento pode ser repetido, a fim de obter-se todos os degraus necessários. 3.17.3.1.2 A característica em vazio é traçada com base
nos dados do ensaio em vazio. Se a característica em vazio começar acima da origem, devido a uma tensão residual elevada, torna-se necessário aplicar uma correção. Para este fim deve-se prolongar a parte reta desta curva, geralmente chamada “linha do entreferro”, até a sua intersecção com o eixo das abscissas. O comprimento do eixo das abscissas, limitado pela intersecção com o prolongamento da curva, representa o valor da correção a ser somado a todos os valores medidos da corrente de excitação (Figura 12). Se a freqüência durante o ensaio for diferente da nominal, todos os valores medidos da tensão devem ser referidos à freqüência nominal.
Figura 12 - Determinação da relação de curto-circuito
33
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3.17.3.2 Ensaio de curto-circuito trifásico permanente
3.17.3.4 Ensaio com fator de potência nulo
3.17.3.2.1 Este ensaio pode ser realizado:
É executado operando-se a máquina como gerador ou como motor. Quando a máquina é operada como gerador, a potência fornecida deve ser igual a zero. Quando a máquina é operada como motor, a potência no eixo deve ser igual a zero. Durante o ensaio determinam-se os valores de corrente de excitação correspondentes a valores de tensão e de corrente da armadura que não difiram de mais de 0,15 por unidade dos respectivos valores nominais, para fator de potência nulo com sobreexcitação.
a) acionando-se a máquina sob ensaio como gerador, por meio de um motor apropriado; b) durante o retardamento da máquina sob ensaio. O curto-circuito deve ser realizado o mais perto possível dos terminais da máquina, aplicando-se a corrente de excitação depois do fechamento do curto-circuito. Durante o ensaio de curto-circuito trifásico permanente, a corrente de excitação e a corrente de linha da armadura devem ser medidas simultaneamente. Uma das leituras é feita próxima da corrente nominal da armadura. A velocidade de rotação (ou freqüência) pode diferir do seu valor nominal, mas não deve ser inferior a 0,2 vez este valor. O ensaio de curto-circuito trifásico permanente pode ser efetuado com precisão adequada durante o retardamento da máquina, desde que a sua taxa de deceleração não seja superior a 0,10 vez a velocidade de rotação nominal por segundo. Uma máquina sob ensaio, cuja taxa de deceleração é superior a 0,04 vez a velocidade de rotação nominal por segundo, deve ter excitação independente, a fim de manter-se a excitação mais estável durante a deceleração. 3.17.3.2.2 A
característica em curto-circuito trifásico permanente é traçada com base nos dados do ensaio de curto-circuito trifásico permanente. 3.17.3.3 Determinação de grandezas a partir da característica em vazio e da característica em curto-circuito trifásico permanente 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.17.3.3.1 A
reatância síncrona de eixo direto (3.17.2.1) é determinada a partir da característica em vazio e da característica em curto-circuito trifásico permanente como o quociente da tensão que, sobre a parte reta prolongada da característica em vazio, corresponde a uma corrente de excitação determinada, e do valor da corrente de curtocircuito, que corresponde a esta mesma corrente de excitação sobre a característica em curto-circuito trifásico permanente (Figura 12):
Xd =
UN AC OH ifk ; x d = = = BC OC ifg 3 IBC
O valor de xd, determinado desta forma, corresponde a um estado não saturado da máquina. 3.17.3.3.2 A relação de curto-circuito é
determinada a partir da característica em vazio e da característica em curtocircuito trifásico permanente como quociente da corrente de excitação, correspondente à tensão nominal na característica em vazio, pela corrente de excitação, correspondente à corrente nominal na característica em curtocircuito trifásico permanente (Figura 12):
Kc =
OD 1 ifo = = OH OH ifk
3.17.3.5 Determinação da corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo (sobreexcitação) 3.17.3.5.1 Se
durante o ensaio de fator de potência nulo a tensão diferir dos valores nominais de menos de 0,15 por unidade, a corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal pode ser determinada por meio de um método gráfico, a partir dos resultados do ensaio da característica em vazio (ver 3.17.3.1.2) e da característica em curto-circuito trifásico permanente (ver 3.17.3.2.2). Para este fim marca-se no gráfico onde foi traçada a característica em vazio o ponto C (Figura 13) correspondente aos valores de corrente i, da tensão u e de corrente de excitação i f, medidas no ensaio de fator de potência nulo. Toma-se sobre o eixo das abscissas um vetor OD igual à corrente de excitação correspondente à corrente da armadura i na característica em curto-circuito trifásico permanente. A partir do ponto C marca-se um comprimento CF = OD paralelamente ao eixo das abscissas e no sentido da característica em vazio. Traça-se uma reta FH paralela ao prolongamento da parte reta da característica em vazio e que intercepta esta em H. Prolonga-se HC até um ponto N tal que: HN 1 = HC i
Sendo i a corrente correspondente ao ponto C. Submete-se em seguida a característica em vazio à translação HN para a direita e para baixo. A abscissa OB do ponto A desta nova curva, cuja ordenada é a tensão nominal, representa a corrente de excitação correspondente à tensão e às corrente nominais para fator de potência nulo (sobreexcitação). 3.17.3.6 Determinação da reatância de Potier a partir da característica em vazio, da característica em curto-circuito trifásico permanente e da corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo (sobreexcitação) 3.17.3.6.1 A
reatância de Potier é determinada graficamente. A característica em vazio e a característica em curto-circuito trifásico permanente são colocadas no mesmo gráfico (Figura 14). Toma-se neste gráfico um ponto A, cuja ordenada é a tensão nominal e cuja abscissa é a corrente de excitação medida correspondente à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo com sobreexcitação. Sobre a paralela ao eixo das abscissas pelo ponto A, toma-se, à esquerda deste, um comprimento igual
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34 à corrente de excitação (i fk), que corresponde à corrente nominal da armadura na característica em curto-circuito trifásico permanente. Pelo ponto F traça-se uma paralela à parte inferior reta da característica em vazio até a sua intersecção com a parte superior desta no ponto H. O comprimento da perpendicular HG baixada do ponto H sobre a reta AF representa a queda de tensão na resistência xp sob a corrente nominal da armadura. Em valores por unidade xp = HG. 3.17.3.7 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier 3.17.3.7.1 Na determinação da corrente de excitação no-
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
minal por meio do gráfico de Potier utilizam-se a característica em vazio, a característica em curto-circuito trifásico permanente (ver 3.17.3.2.2) e a reatância de Potier x p. Toma-se sobre o eixo das abscissas o vetor da corrente nominal (in) da armadura da máquina sob ensaio e, pela origem, formando com o eixo das abscissas um ângulo ϕn (considerado positivo no caso de gerador sobreexcitado) o vetor da tensão, nominal un correspondente ao fator de potência nominal (Figura 15). Da extremidade livre do vetor da tensão traça-se uma perpendicular ao vetor da corrente da armadura, a qual representa o vetor da queda de tensão (i nxp) da reatância de Potier x p. A queda de tensão da resistência do enrolamento da armadura é geralmente desprezada. Se necessário, pode ser levada em conta, traçando-se o vetor da queda de tensão de seqüência positiva na resistência do enrolamento da armadura a partir da extremidade livre do vetor de tensão paralelamente ao vetor de corrente e dandose a ele no gráfico (Figura 15) o sentido do vetor da corrente da armadura, quando a máquina sob ensaio funciona como gerador, e o sentido contrário, quando funciona como motor. A soma vetorial da tensão nominal e da queda de tensão na reatância x p dá o vetor e da força eletromotriz. A corrente de excitação i fp, correspondente a esta força eletromotriz, é determinada sobre a característica em vazio e é traçada no gráfico a partir da origem,
a 90° do vetor da força eletromotriz. A componente da corrente de excitação que compensa a reação da armadura sob a corrente nominal da armadura (i fa) é determinada como a diferença entre a corrente de excitação, correspondente à corrente nominal da armadura na característica em curto-circuito trifásico permanente, e a corrente de excitação, correspondente à queda de tensão em xp devida à corrente nominal da armadura na característica em vazio (Figura 14). O vetor i fa é traçado a partir da extremidade do vetor i pf paralelamente ao vetor da corrente da armadura. A corrente de excitação nominal i fn é a soma vetorial de i fp e ifa. Se a reatância de Potier x p não for conhecida, ela pode ser substituída na construção da Figura 15 por (axa), na qual xa designa a reatância da armadura medida com o rotor removido e onde se admite o fator “a” igual a 1,0, salvo se valores mais precisos puderem ser obtidos como resultado de experiência anterior em máquinas de construção semelhante. 3.17.3.7.2 O ensaio com o rotor removido é efetuado, apli-
cando-se uma tensão trifásica de freqüência nominal aos terminais do enrolamento da armadura. A tensão aplicada deve ser escolhida de maneira tal que a corrente na armadura seja próxima da nominal. Durante o ensaio medem-se a tensão nos terminais (U), a corrente de linha (I) e a potência ativa fornecida (P). 3.17.3.7.3 A reatância da armadura com o rotor removido
(Xa) é calculada por meio das seguintes equações:
Xa =
Z2 - R2
Onde: Z =
U P ; R = 3 I2 3I
xa =
z2 - r 2 ; z =
u P ; r = 2 i i
Figura 13 - Determinação da corrente de excitação, correspondente à tensão e correntes nominais da armadura, pelo ensaio de fator de potência nulo
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Figura 14 - Determinação da reatância de Potier
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Figura 15 - Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier 3.17.3.8 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico ASA 3.17.3.8.1 Na determinação da corrente de excitação no-
minal por meio do gráfico vetorial ASA (Figura 16), utilizam-se a característica em vazio, a característica em curto-circuito trifásico permanente e a reatância de Potier xp. A determinação da força eletromotriz e p é feita de acordo com 3.17.3.7.1. A corrente de excitação correspondente à parte retilínea da curva para a tensão nominal da armadura (ifg) é determinada a partir da característica em vazio. Toma-se o vetor da corrente i fg sobre o eixo das abscissas, a partir da origem. Pela extremidade deste
vetor traça-se o vetor i jk da corrente de excitação correspondente à corrente nominal da armadura na característica em curto-circuito trifásico permanente, de modo a formar com a vertical um ângulo ϕn correspondente ao fator de potência nominal (marcado à direita no caso de gerador sobreexcitado e à esquerda no caso de gerador subexcitado). O vetor correspondente à diferença ∆if entre a corrente de excitação (i fp), medida na característica em vazio, e a corrente de excitação (ifep), medida no prolongamento do trecho retilíneo da característica em vazio, ambas para a tensão e p, é traçado sobre a direção da soma vetorial das correntes de excitação ifg e ifk. A soma destes três vetores corresponde à corrente de excitação
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36 nominal. A corrente de excitação nominal pode também ser determinada por meio da fórmula seguinte:
ifn = ∆ if + (ifg + ifk sen ϕn ) 2 + (i fk cos ϕn ) 2 Se a reatância de Potier for desconhecida, ela pode ser substituída na construção da Figura 16 por ax a, como explicado em 3.17.3.7.1. 3.17.3.9 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco
Na determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco, utilizam-se a característica em vazio, a característica em curto-circuito trifásico permanente e a corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo (sobreexcitado). Sobre a abscissa tomam-se três valores da corrente de excitação (Figura 17): OD correspondente à tensão nominal na característica em vazio; OB correspondente à tensão nominal e à corrente nominal armadura a fator de potência nulo; OC correspondente à corrente nominal de armadura na característica em curto-circuito trifásico permanente.
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No ponto D levanta-se uma perpendicular ao eixo das abscissas, sobre a qual se toma um comprimento FD = 1,05 OC. Ligam-se os pontos F e B por meio de uma reta e levanta-se uma mediatriz desta reta até sua intersecção com o ponto M no eixo das abscissas. Pelos pontos F e B traça-se um arco de círculo de centro M. Pelo ponto D traça-se uma reta FD, formando um ângulo ϕn (considerado positivo para um gerador sobreexcitado), correspondente ao fator de potência nominal, que intercepta o arco FB no ponto K. O comprimento OK corresponde à corrente de excitação nominal da máquina. Se necessário, a queda de tensão na resistência da armadura pode ser levada em conta da seguinte forma: tomase um comprimento KL sobre o arco FKB. Este comprimento é igual à componente EP da corrente de excitação necessária para aumentar a tensão em vazio do valor PG, este representando a queda de tensão na resistência de seqüência positiva da armadura sob a corrente nominal. O comprimento OL representa a corrente de excitação procurada. Quando a máquina é operada como motor, a queda de tensão na resistência da seqüência positiva da armadura é tomada a partir do ponto E para baixo e o ponto L é tomado à esquerda do ponto K. Se a corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo não for conhecida, o método seguinte pode ser usado para a sua determinação de acordo com o gráfico sueco. Sobre o eixo das ordenadas, soma-se à tensão nominal da armadura a queda de tensão em ax a sob corrente nominal da armadura (ponto H’, Figura 14). Pelo ponto H’ traça-se uma paralela ao eixo das abscissas até a sua intersecção com a característica em vazio no ponto H. Do ponto H baixa-se uma perpendicular ao eixo
das abscissas (ponto D, Figura 14). À direita do ponto D, toma-se sobre o eixo das abscissas um vetor DB igual a ifa (ver 3.17.3.7.1). A corrente de excitação representada pelo vetor OB é a corrente a ser utilizada na construção do gráfico sueco. 3.17.3.10 Ensaio de excitação negativa
Neste ensaio opera-se a máquina em vazio em paralelo com a rede. Reduz-se a corrente de excitação progressivamente a zero, inverte-se a polaridade e aumenta-se o seu valor até a máquina, saindo de sincronismo com a rede, atingir um escorregamento de um passo polar. Os valores da tensão, da corrente da armadura e da corrente de excitação são medidas durante o ensaio até o momento da máquina sair de sincronismo. 3.17.3.11 Determinação de x q a partir do ensaio de excitação negativa
É feita por meio da seguinte fórmula:
x q = (x d )
ur ur + (e)
Onde (e) é a força eletromotriz em vazio correspondente à corrente de excitação ifr para a qual o escorregamento da máquina é de um passo polar (Figura 18). Ela é determinada por meio de uma reta que liga a origem ao ponto da característica em vazio correspondente à tensão no momento de o escorregamento atingir um passo polar (Figura 18). ur = tensão no momento de o escorregamento atingir um passo polar xd = reatância síncrona no eixo direto, determinada pela mesma reta que liga a origem à característica em vazio Se a corrente da armadura (i r), no momento de o escorregamento atingir um passo polar, for medida durante o ensaio, xq é determinada por meio da fórmula:
xq =
Ur 3 ir
; x q =
Ur ir
O valor de xq obtido a partir deste ensaio pode, dependendo do valor de u, incluir o efeito de saturação. Para obter um valor não saturado, deve-se, geralmente, aplicar à armadura uma tensão igual ou inferior a 0,6 vez o valor nominal. 3.17.3.12 Ensaio de baixo escorregamento
Neste ensaio é aplicado aos terminais da armadura da máquina sob ensaio uma tensão trifásica simétrica muito baixa (0,01 a 0,2 U n). A tensão deve ser tal que não haja risco de a máquina entrar em sincronismo. O enrolamento de excitação é colocado em circuito aberto e o rotor é acionado por um motor, de modo a girar com escorrega-
37
NBR 5052/1984 mento inferior a 1%, a fim de tornar desprezível a influência sobre os valores medidos, da corrente induzida nos circuitos de amortecimento durante operação síncrona. A fim de evitar danos ao enrolamento de excitação, este deve ser curto-circuitado, diretamente ou por meio de uma resistência de descarga, durante a ligação e o desligamento da fonte de alimentação. A corrente e a tensão do enrolamento da armadura e a tensão nos anéis coletores, bem como o escorregamento, são medidos por meio dos aparelhos indicadores ou registrados por meio de oscilógrafo. Se a tensão residual medida antes do ensaio for superior a 30% da tensão de alimentação usada no mesmo, o rotor deve ser desmagnetizado. Esta desmagnetização pode-se efetuar, por exemplo, alimentando-se o enrolamento de excitação por uma fonte de muito baixa freqüência com corrente aproximadamente igual a 50% da corrente de excitação para tensão nominal em vazio e reduzindo-se gradualmente a corrente de excitação e freqüência. 3.17.3.13 Determinação de X q pelo ensaio de baixo escorregamento
A tensão e a corrente da armadura devem ser medidas no momento em que a tensão nos terminais do enrolamento de excitação Ufo é máxima. X q é calculada de acordo com a fórmula:
Xq =
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Um n. 3 ImÆx.
; x q =
um n. imÆx.
Nota: Se Imáx. não coincidir com U mín. convém tomar como base para os cálculos Imáx., bem como a tensão correspondente a esta corrente.
Se, durante o ensaio, a tensão residual (U res) estiver compreendida entre 10% e 30% da tensão de alimentação utilizada no ensaio, o valor da corrente será determinado por meio da fórmula: 2
U ImÆx. = i - res 3 X d 2 av
2 u 2 imÆx. = iav - res x d
Onde: Iav = é a semi-soma de dois máximos consecutivos da envolvente (Figura 19) De acordo com o procedente, pode ser conseguida uma verificação do valor obtido, calculando-se X d durante o mesmo ensaio. Para isto empregam-se os resultados das medições de tensão e de corrente efetuadas no momento em que a tensão nos terminais do enrolamento de exci-
tação em circuito aberto é nula e compara-se o valor de Xd assim obtido com o seu valor real. Então:
UmÆx. 3 Im n.
Xd =
UmÆx. Xd = i m n. Para uma tensão residual inferior a 0,3 vez a tensão de alimentação, Imín. é representado pela semi-soma de duas mínimas consecutivas da envolvente. Os resultados de medição de Xq obtidos pelo ensaio de baixo escorregamento somente podem ser considerados corretos se o valor de Xd obtido no mesmo ensaio coincide praticamente com o obtido de acordo com o ensaio de 3.17.3.3.1. Caso contrário, o ensaio deve ser recomeçado com valores cada vez mais baixos do escorregamento e os valores sucessivos de Xq devem ser extrapolados até escorregamento nulo. O valor da reatância síncrona no eixo em quadratura corresponde praticamente ao valor não saturado. 3.17.3.14 Ensaio em carga com medição de ângulo de carga δ
O ensaio é executado com a máquina funcionando em paralelo com a rede sob uma carga no mínimo igual à metade da potência nominal, sob fator de potência nominal. Durante o ensaio medem-se a corrente na armadura (i), a tensão nos terminais da armadura (u), o ângulo ϕ entre a tensão e a corrente (pelo método dos dois wattímetros) e ângulo δ (ângulo interno entre a tensão nos terminais e a força eletromotriz). O ângulo de carga pode ser medido pelo método estroboscópico ou qualquer outro método de precisão. 3.17.3.15 Determinação de X q pela medição do ângulo de carga no ensaio em carga
A determinação de X q pelo método da medição do ângulo de carga efetua-se utilizando-se a fórmula:
U tg δ ; 3 I (cos ϕ - sen ϕ tg δ)
Xq =
u tg δ i (cos ϕ - sen ϕ tg δ
Xq =
3.17.3.16 Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo
O ensaio é executado na velocidade de rotação nominal da máquina, aplicando-se um curto-circuito nos terminais do enrolamento da armadura, na tensão desejada, em vazio. A excitação da máquina sob ensaio é geralmente obtida da sua própria excitatriz, a qual, porém, deve ser excitada independentemente. Se a excitatriz própria da
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máquina não puder ser utilizada, poderá ser empregada uma excitatriz separada. A corrente normal desta não deve ser inferior ao dobro da corrente de excitação para funcionamento em vazio da máquina excitada. A sua resistência da armadura não deve ser superior à da excitatriz-piloto. Neste caso, a excitatriz deve ter excitação em separado. As três fases devem ser curto-circuitadas praticamente no mesmo instante. O fechamento dos contatos de fase deve ocorrer dentro de 15° elétricos uma da outra. Este valor pode ser ultrapassado no ensaio, se a componente assimétrica da armadura for pouco importante. Para a a medição da corrente de curto-circuito podem ser utilizados derivados não indutivos, transformadores sem núcleo ou transformadores de corrente adequados. Os transformadores de corrente devem ser utilizados somente para a medição das componentes simétricas da corrente e devem ser escolhidos de modo que o valor inicial da componente subtransitória da corrente de curto-circuito se encontre na parte reta da característica do transformador. Os transformadores sem núcleo são ligados ao oscilógrafo por meio de um amplificador integrador. Neste caso, quando for necessário determinar somente os valores máximos da corrente de curto-circuito assimétrica e da componente simétrica, poderá ser utilizada um galvanômetro oscilográfico integrador. A resistência total dos aparelhos de medição e dos condutores que os ligam ao secundário dos transformadores de corrente não devem ultrapassar o valor nominal admitido para o tipo de transformador utilizado. A tensão nos terminais da máquina, a corrente de excitação e a temperatura do enrolamento de excitação devem ser medidas imediatamente antes do curto-circuito. Para obter as grandezas correspondentes ao estado não saturado da máquina, o ensaio deve ser efetuado a várias tensões da armadura de 0,1 a 0,4 vez a tensão nominal. As grandezas são determinadas para cada ensaio e postas em gráfico em função dos valores iniciais das correntes simétricas transitórias e subtransitórias da armadura. Desta cuva podem-se obter as grandezas dese jadas para corrente simétrica da armadura correspondente aos respectivos valores nominais. Para obter as grandezas correspondentes ao estado saturado da máquina, o ensaio é executado com tensão nominal nos terminais da máquina antes de curto-circuitar o enrolamento da armadura, e o ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo não pode ser executado sob tensão nominal da armadura; recomenda-se efetuá-lo por várias tensões da armadura (por exemplo: 0,3; 0,5 e 0,7 vez a tensão nominal) e determinar as grandezas para cada um destes ensaios. Os resultados são postos em gráficos em função da tensão em vazio antes da realização do curto-circuito, e as grandezas correspondentes à tensão nominal da armadura são determinadas aproximadamente por extrapolação. Para determinar as grandezas características da máquina, fazem-se oscilogramas da corrente da armadura em cada fase e da corrente no circuito de excitação. O registro oscilográfico deve continuar após a realização do curto-circuito durante um intervalo de tempo não inferior a τ’d + 0,2 s. Os valores permanentes também devem ser registrados, reiniciando-se o oscilograma em seguida ao estabelecimento do regime contínuo. Para verificação, os valores finais devem ser medidos por meio de instrumentos. Podem se efetuados registros oscilográficos de duração mais curta, se ensaios realizados em máquinas semelhantes demonstrarem que o valor da corrente de-
cresce exponencialmente. As variações com o tempo da componente aperiódica e da componente periódica da corrente em cada uma das fases do enrolamento da armadura são determinadas por meio dos oscilogramas de curto-circuito trifásico instantâneo, achando-se respectivamente a semi-soma algébrica e a semidiferença algébrica das ordenadas das envolventes superior e inferior da corrente de curto-circuito nas diferentes fases. A componente periódica da corrente de curto-circuito da armadura é determinada como a média dos valores da componente periódica da corrente nas três fases. Para determinar a componente transitória ( ∆i’ k) e a componente subtransitória ( ∆i" k), subtrai-se da curva de variação da componente periódica da corrente da armadura o valor da corrente permanente de curto-circuito i (∞). A diferença que representa a soma ∆ i’k + i"k, é posta em gráfico sobre papel semilogarítmico. Este gráfico pode ser constituído por uma linha predominantemente reta ou por uma curva contínua: a) quando a última parte deste gráfico constituir uma linha reta (caso de uma exponencial), o prolongamento desta até a reta t = 0 dará o valor inicial ∆ i’k (0) da componente transitória da corrente de curtocircuito (Figura 20-a); b) quando a última parte deste gráfico constituir uma curva, a amplitude da corrente i A será medida (Figura 20-b) no instante OA’ tomado igual a 0,2 s ou no instante a partir do qual os fenômenos subtransitórios se tornarem desprezíveis. Medese o tempo OB’, no qual a corrente é ib =
1 i . ε A
Toma-se a constante de tempo τ’d = (OB’ - OA’) segundos. A reta que liga os pontos representativos das correntes i B e iA é considerada como representando o valor equivalente de ∆ i’ k e a sua extrapolação até a reta t = 0 dá o valor inicial ∆ i’k (0) da componente transitória da corrente de curto-circuito. A componente subtransitória da corrente de curto-circuito é definida como a diferença entre a curva ∆ i’ k + ∆"k e a reta representativa do valor de ∆ i’k. A variação da componente subtransitória da corrente em função do tempo é posta em gráfico também sobre papel semilogarítmico (Figura 20-a). As componentes aperiódicas das correntes das três fases postas em gráfico sobre papel semilogarítmico. A extrapolação destas curvas até a origem dos tempos dá o valor inicial das correntes correspondentes. Para determinar o maior valor possível da componente aperiódica, os valores iniciais das componentes aperiódicas das três fases, obtidos por extrapolação, são tomados como vetores sobre três retas que, a partir de uma origem comum, fazem entre si ângulos de 60°. O maior destes vetores é tomado sobre a reta do meio. Levantam-se perpendiculares aos vetores nas suas extremidades. O vetor que liga a origem ao centro do triângulo determinado por estas perpendiculares representa o maior valor possível da componente aperiódica, igual ao valor inicial da amplitude periódica (Figura 20-c). O maior valor possível da componente aperiódica da corrente pode ser determinado analiticamen-
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NBR 5052/1984 te pela fórmula (em valores por unidade ou em valores físicos):
ia máx.
2 = 3
i2a 2 + i2a 2 + ia 2 + ia 3
Onde ia 3 é o maior valor algébrico inicial das componentes aperiódicas da corrente e ia 2 é a componente aperiódica da corrente em qualquer uma das duas outras fases. A variação em função do tempo da componente periódica da corrente de excitação é determinada a partir do oscilograma da corrente de excitação e é traçado em coordenadas semilogarítmicas. A extrapolação da curva obtida até a origem dos tempos fornece o valor inicial de componente periódica da corrente de excitação. 3.17.3.17 Determinação de grandezas a partir do ensaio
de curto-circuito trifásico instantâneo a) reatância transitória de eixo direto: - é determinada como a relação entre a tensão em vazio [u(o)], medida imediatamente antes do ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo, e o valor inicial da componente periódica da corrente de curto-circuito, desprezando-se a componente subtransitória (Figura 20-a);
U (O) 3 I (∞) + ∆I’k (O)
X’d = 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
’ u (o) x d = i (∞) + i’k (O) b) reatância subtransitória de eixo direto: - é determinada como a relação da tensão em vazio, medida imediatamente antes do curto-circuito, e o valor inicial da componente periódica da corrente de curto-circuito obtida por análise dos oscilogramas (Figura 20-a);
rente da armadura decrescer até 1/ ε ≈ 0,368 do seu valor inicial; d) constante de tempo subtransitório de eixo direto, em curto-circuito: - é determinada neste ensaio como o tempo necessário para a componente subtransitória da corrente da armadura decrescer até 1/ ε ≈ 0,368 do seu valor inicial; e) constante de tempo de curto-circuito da armadura: - é determinada neste ensaio como o tempo necessário para a componente periódica da corrente de excitação decrescer até 1/ ε ≈ 0,368 do seu valor inicial (ver 3.17.2.17). Esta grandeza, quando obtida pelo descréscimo das componentes aperiódicas das correntes em cada fase da armadura, é determinada como o tempo necessário para estas componentes decrescerem até 1/ ε ≈ 0,368 do seu valor inicial. O valor médio destas grandezas é considerado como a constante de tempo de curto-circuito. Qualquer fase em que a componente aperiódica inicial é inferior a 0,4 vez o valor inicial encontrado, deve ser desprezada na determinação da constante de tempo de curto-circuito da armadura. A determinação da constante de tempo de curto-circuito da armadura será permitida somente se a corrente da armadura for medida no ensaio de curtocircuito trifásico instantâneo por meio de derivadores não indutivos; f) valor maior possível da corrente inicial de curtocircuito: - é determinado neste ensaio como a soma dos valores das componentes periódica e aperiódica um semiciclo após o instante de curto-circuito. O valor da componente periódica neste instante é igual à soma das componentes permanente, transitória e subtransitória da corrente de curtocircuito instantâneo. O valor da componente aperiódica é dado pela fórmula (em valores por unidade ou em grandezas físicas):
-
0,5 f . τa
ia = ia mÆx. ε U (O) 3 I (∞) + ∆ I’k (O) + ∆ I"k (O)
X"d =
u (o) ’ " i (∞) + ∆ ik (O) + ∆ ik (O)
x "d =
c) constante de tempo transitória de eixo direto, em curto-circuito: - é determinada neste ensaio como o tempo necessário para a componente transitória da cor-
Onde: ia máx.= valor maior possível da componente aperiódica da corrente, no curtocircuito instantâneo
ε
= base dos logaritmos naturais (neperianos)
τa
= constante de tempo de curto-circuito da armadura
f
0,5 = freqüência em Hz; f = intervalo correspondente a meio período
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Figura 16 - Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico ASA
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Figura 17 - Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco
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Figura 18 - Determinação de Xq a partir do ensaio de excitação negativa
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Figura 19 - Determinação de X q pelo ensaio de baixo escorregamento
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Figura 20-a) - Variação da componente periódica da corrente da armadura em função do tempo - Última parte do gráfico constituída por linha reta
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Figura 20-b) - Variação da componente periódica da corrente da armadura em função do tempo - Última parte do gráfico constituída por curva
Figura 20-c) - Determinação do maior valor possível da componente aperiódica da corrente de curto-circuito
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NBR 5052/1984 3.17.3.18 Ensaio de restabelecimento da tensão
O ensaio de restabelecimento da tensão, depois da supressão de um curto-circuito trifásico permanente, é efetuado na velocidade de rotação nominal da máquina com o enrolamento da armadura curto-circuitado por um dis juntor no ínicio do ensaio. A máquina é posta em movimento com o seu enrolamento da armadura curto-circuitado e a sua corrente de excitação mantida num valor correspondente à parte reta da característica em vazio, para a qual a tensão geralmente não superior a 0,7 vez a tensão nominal da armadura em vazio, em condições de regime contínuo no instante de abertura do disjuntor. As grandezas obtidas neste ensaio correspondem ao estado não saturado da máquina. Com relação ao sistema de excitação devem ser observadas as precauções indicadas em 3.17.3.16. O curto-circuito trifásico permanente deve ser desligado de modo praticamente simultâneo nas três fases, devendo as três correntes ser interrompidas dentro de um intervalo de tempo correspondente a meio ciclo (180° elétricos). Registram-se no oscilograma o restabelecimento de uma tensão de linha e uma corrente de linha. A diferença entre a tensão permanente e a tensão determinada pelas envolventes da tensão de restabelecimento é posta em gráfico em função do tempo sobre papel semilogarítmico e extrapolada até o instante de supressão do curto-circuito (curva 1, Figura 21). A extrapolação da parte reta da curva 1 até o eixo das ordenadas dá o valor inicial da componente transitória da tensão ∆u’ (O). A diferença entre a tensão determinada pela curva 1 e a componente transitória (∆u’) da tensão dá o valor da componente subtransitória ( ∆u") da tensão no mesmo instante. 3.17.3.19 Determinação de grandezas a partir do ensaio de restabelecimento da tensão 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
a) reatância transitória no eixo direto: - é determinada neste ensaio como a relação da diferença entre a tensão permanente u ( ∞) e o
valor inicial da componente transitória da tensão ∆ u’ (O) para a corrente da armadura (ik) medida imediatamente antes da supressão do curtocircuito (Figura 21):
X’d = U (∞) - U’(O) 3 lk
’ u (∞) - u’(O) x d = ik b) reatância subtrânsitória no eixo direto: - é determinada neste ensaio como a relação da diferença entre a tensão permanente u ( ∞) e a soma dos valores iniciais das componentes transitórias ∆u’ (O) e subtransitórias ∆u" (O) para a corrente da armadura medida imediatamente antes da supressão do curto-circuito (Figura 21):
x"d =
U (∞) - ∆U’ (O) + U" (O) 3 Ik
u (∞) - ∆u’ (O) + u" (O) x" = d ik c) constante de tempo transitória de eixo direto em circuito aberto: - é determinada neste ensaio como o tempo necessário para a componente transitória da tensão ∆u’ decrescer até 1/ ε ≈ 0,368 do seu valor inicial.
Figura 21 - Determinação de grandeza a partir do ensaio de restabelecimento da tensão
NBR 5052/1984
44 3.17.3.20 Ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura com relação ao eixo de campo do enrolamento da armadura
Aplica-se uma tensão alternada sob freqüência nominal a dois terminais de linha quaisquer do enrolamento da armadura. O enrolamento de excitação deve ser curtocircuitado. O tempo de aplicação da tensão deve ser limitado, a fim de evitar aquecimento excessivo das partes maciças. O rotor deve ser girado lentamente, a fim de determinar as duas posições angulares correspondentes ao valor máximo e ao valor praticamente nulo da corrente no enrolamento de excitação. A primeira posição corresponde ao eixo direto, a segunda ao eixo em quadratura. Em cada uma destas duas posições do rotor, devem-se medir a tensão de alimentação, a corrente da armadura e a potência absorvida. A corrente no enrolamento de excitação é medida somente para determinar as duas posições (eixo direto e eixo em quadratura) do rotor. A sua medição não exige necessariamente instrumento de alta precisão. Se os ensaios não puderem ser executados sob corrente ou tensão nominais da armadura, a determinação das grandezas referidas ao estado saturado ou não saturado da máquina deve ser realizada por meio de vários ensaios sob diferentes tensões de alimentação (U,2 a U,7)Un. As grandezas são postas em gráfico em função da tensão aplicada ou da corrente da armadura e os valores procurados são determinados por extrapolação. Para as máquinas de ranhuras da armadura fechadas ou semifechadas e ranhuras do enrolamento de amortecimento fechdaas, a tensão de alimentação não deve ser inferior a 0,2 vez a tensão nominal.
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.17.3.21 Determinação de grandezas a partir de ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura com relação ao eixo de campo do enrolamento da armadura
a) reatância subtrânsitória no eixo direto: - é determinada por meio da fórmula: X"d =
Z"2d - R"2d
Onde: Z"d =
Onde: Z" =
3 U 3 p x"q = z"q2 - r"q2 ; z" = 2 . i ; r" = 2 . i2 Os valores da tensão aplicada da corrente e da potência absorvida devem ser medidos para a posição do rotor em qua a corrente no enrolamento de excitação é praticamente nula. 3.17.3.22 Ensaio de aplicação de tensão para uma posição arbitrária do rotor
Aplica-se uma tensão alternada sucessivamente a cada par de terminais de linha do enrolamento da armadura da máquina sob ensaio. O enrolamento de excitação deve ser curto-circuitado. A posição do rotor deve ser mantida inalterada para as três aplicações da tensão de ensaio. Se necessário, o rotor deve ser bloqueado. O tempo de aplicação da tensão deve ser limitado, a fim de evitar aquecimento excessivo das partes maciças. Os valores da tensão aplicada, corrente circulante e potência absorvida pelo enrolamento da armadura, bem como a corrente induzida no enrolamento de excitação, devem ser medidos para cada par de terminais a que se aplica tensão alternada. A determinação das grandezas referidas ao estado saturado ou não saturado da máquina é análoga à de 3.17.3.30. 3.17.3.23 Determinação de grandezas a partir do ensaio de aplicação de tensão para uma posição arbitrária do rotor
a) reatância subtrânsitória de eixo direto: - calculam-se as reatâncias entre cada par de terminais de linha do enrolamento da armadura x 12, x23 e x31. Estas reatâncias são calculadas por meio das fórmulas de 3.17.3.1-a). A reatância subtrânsitória no eixo direto é calculada por meio da fórmula (em valores por unidade ou em grandezas físicas): x "d = xmed ± ∆ x Onde:
U P ; R"d = 21 212
xmed =
x"d =
z"
2 d
- r"
2 d
; z"d
=
3 U 3 P . ; r" = . 2 2 i 2 i
Os valores da tensão aplicada da corrente e da potência absorvida devem ser medidos na posição do rotor em que a corrente no enrolamento de excitação é máxima; b) reatância subtrânsitória de eixo em quadratura X"q =
U P ; R"d = 21 212
Z"q 2 - R"q2
x
2 3
x12 + x 23 + x 31 3 x12 (x12 - x23 ) + x23 (x23 - x31 ) + x31 (x31 - x12 )
O sinal que precede ∆ x é determinado de acordo com a seguinte regra: positivo, se a maior das três correntes no enrolamento de excitação corresponder à maior reatância medida da armadura; negativo, se a maior das três corresponder à menor das reatâncias medidas entre um par de terminais de linha do enrolamento da armadura;
45
NBR 5052/1984 b) reatância subtrânsitória de eixo em quadratura: - é determinada por um procedimento análogo ao descrito em a). O sinal que precede ∆x é determinado de acordo com a seguinte regra: positivo, se a menor das três correntes medidas no enrolamento de excitação corresponder à maior das reatâncias medidas entre um par de terminais de linha de enrolamento da armadura; negativo, se a menor das três correntes medidas no enrolamento de excitação corresponder à menor reatância medida da armadura. 3.17.3.24 Ensaio de curto-circuito monofásico permanente
Curto-circuitam-se dois terminais de linha quaisquer e aciona-se a máquina na sua velocidade síncrona por meio de um motor qualquer (Figura 22). Medem-se a corrente de curto-circuito (Ik2), a corrente de excitação e a tensão (Uk2) entre o terminal em circuito aberto e os dois terminais em curto-circuito. Para aumentar a precisão das medições em presença de harmônicos da tensão e da corrente, recomenda-se medir a potência ativa (P) e a potência reativa (Q). As medições são feitas para vários valores da corrente de curto-circuito. Para evitar aquecimento excessivos das peças maciças, o tempo do ensaio de curto-circuito monofásico permanente para correntes superiores a 0,3 In deve ser limitado ao intervalo de tempo necessário à leitura dos instrumentos. A corrente poderá ser aumentada até o seu valor nominal, se a vibração da máquina não exceder valores admissíveis. 3.17.3.25 Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito monofásico permanente
X2 =
U2 P2 . 2 2 3 p p +Q
1
.
; x 2 =
u2 p2 . 2 2 3 p p +q
1
.
A fórmula acima é aplicável quando os harmônicos da tensão ou da corrente devem ser levados em conta. A reatância de seqüência negativa é determinada para cada um dos valores medidos da corrente de curto-circuito. Com base nos dados de ensaio, X2, é posta em gráfico em função da corrente. Nota: O valor de X 2, obtido por uma corrente igual a 3 vezes a corrente de fase nominal, será considerado como o valor sob corrente nominal.
b) resistência de seqüência negativa: - é determinada aplicando-se a fórmula: U2 Q2 R2 = . . 2 2 3 Q p +Q 1
1 u2 q2 ; r2 = . . 2 2 3 q p +q
A resistência de seqüência negativa é determinada para cada um dos valores medidos da corrente de curto-circuito. Com base nos dados do ensaio, R2 é posta em gráfico em função da corrente. Nota: O valor de R 2, obtido por uma corrente igual a 3 vezes a corrente de fase nominal, será considerado como valor sob corrente nominal.
3.17.3.26 Ensaio de seqüência negativa
a) reatância de seqüência negativa: 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
- é determinada aplicando-se as fórmulas:
x2 =
P 3 Ik22
; x 2 = 3 .
P ik22
A fórmula acima é aplicável quando os harmônicos da corrente ou da tensão podem ser desprezados.
É executado aplicando-se à máquina uma tensão simétrica reduzida (0,02 U n a 0,2 Un), fornecida por uma fonte independente com sucessão de fases negativas, isto é, operado como freio eletromagnético com escorregamento 2. O enrolamento de excitação deve ser curto-circuitado. Se a tensão residual da máquina sob ensaio é superior a 30% da tensão de alimentação, o rotor deve ser desmagnetizado pelo procedimento descrito em 3.17.3.12. A tensão e a corrente nas três fases e a potência absorvida devem ser medidas neste ensaio.
Figura 22 - Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente
NBR 5052/1984
46 3.17.3.27 Determinação de grandezas a partir do ensaio de seqüência negativa
3.17.3.29 Determinação de grandezas a partir do ensaio de alimentação monofásica das três fases
A reatância de seqüência negativa e a resistência de seqüência negativa são determinadas aplicando-se as fórmulas:
A reatância de seqüência zero e a resistência de seqüência zero são determinadas pela fórmula:
X2 =
Z22 - R2 ; Z2 =
U P ; R2 = 3 I2 I 3
x = z2 - z2 ; z = u ; r = P 2 2 2 2 i 2 i2
Xo =
Z2o - R 2o ; x o =
z2o - ro2
quando as três fases do enrolamento são ligadas em série: Zo =
U P ; R o = 3I 3 I2
zo =
1 u P . ; ro = 2 i 3 i
Onde: P = potência absorvida I = corrente média medida U = valor médio medido da tensão aplicada A reatância de seqüência negativa e a resistência de seqüência negativa são determinadas para cada um dos valores medidos da tensão de alimentação. Com base nos dados de ensaio, X 2 e R 2 são postas em gráfico em função da corrente.
quando as três fases do enrolamento são ligadas em paralelo: Zo =
3U 3P ; R o = 2 I I
z = 3 3 u ; r = 9p o i o i2
3.17.3.28 Ensaio de alimentação monofásica das três fases
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
O ensaio de aplicação de uma tensão monofásica aos terminais das três fases ligadas em série ou em paralelo é executado sobre a máquina à velocidade de rotação nominal ou próxima desta. As ligações das fases devem ser dispostas de tal forma que as correntes nas três fases, em qualquer instante, circulem no mesmo sentido, por exemplo da extremidade do neutro para a extremidade de linha, ou contrário, como definido para a seqüência zero. O enrolamento de excitação deve ser curto-circuitado. O valor da tensão aplicada é escolhido de forma tal que a corrente no enrolamento da armadura seja da ordem de grandeza da corrente nominal. As grandezas medidas são a tensão, a corrente e a potência absorvida, a vários valores da tensão de alimentação.
3.17.3.30 Ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha e neutro
O enrolamento da armadura é ligado em estrela, dois terminais de linha são ligados diretamente ao neutro, a máquina é acionada na sua velocidade de rotação nominal e excitada (Figura 23). As grandezas medidas são a tensão entre o terminal em circuito aberto e o neutro (U o) e a corrente na conexão que liga os terminais curto-circuitados ao neutro (Io). Medem-se a potência ativa e a potência reativa, a fim de se levarem em conta os harmônicos. As medições são feitas para vários valores da corrente no neutro. Os valores da corrente e o tempo de ensaio são limitados pelo aquecimento excessivo do rotor e pelas vibrações.
Figura 23 - Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente entre dois terminais de linha e neutro
47
NBR 5052/1984 3.17.3.31 Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha e neutro
a) reatância de seqüência zero: - é determinada pela formula:
Xo =
3u Uo ; x o = o Io io
que é aplicável, quando os harmônicos de corrente ou de tensão podem ser desprezados, ou pela formúla:
U2o Q2 Xo = . ; Q P2 + Q2
que é aplicável, quando os harmônicos de corrente ou de tensão devem ser levados em conta. Nestas fórmulas, Uo, P e Q são respectivamente os valores medidos da tensão, da potência ativa e da potência reativa. A reatância de seqüência zero é determinada para vários valores da corrente no neutro. Com base nos dados do ensaio, Xo é posta em gráfico em função da corrente no neutro. Nota: O valor de X o será o valor sob corrente nominal, quando a corrente no neutro for igual a três vezes a corrente nominal de fase.
b) resistência de seqüência zero: - é determinada para vários valores da corrente no neutro, pela fórmula:
U2o P2 ; Ro = . 2 P P + Q2
j2 ∆θ = °C / s c Onde: j = densidade de corrente durante o ensaio, em ampéres por milímetro quadrado c = constante igual a 200 para o cobre e a 86 para o alumínio
u2o q2 x o = q . p2 + q2
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
sucessivamente entre cada par de terminais de linha do enrolamento da armadura. Durante a medição da resistência sob corrente contínua, o valor da corrente deve ser tal que a elevação de temperatura do enrolamento durante o ensaio não exceda 1°C, admitindo-se aquecimento adiabático. Para o cálculo do aquecimento adiabático, deve ser empregada a fórmula:
u2o p2 ro = p . p2 + q2
com base nos resultados do ensaio, R o é posta em gráfico em função da corrente no neutro. Nota: O valor de R o será o valor sob corrente nominal, quando a corrente no neutro for igual a três vezes a corrente nominal de fase.
3.17.3.32 Medições da resistência dos enrolamentos: sob corrente contínua, pelo método de tensão e corrente ou pelo método da ponte
Para a medição da resistência sob corrente contínua pelo método de tensão e corrente ou pelo método da ponte, pode ser empregada qualquer fonte de corrente contínua (bateria, gerador, etc.) que tenha potência suficiente e forneça tensão estável. A resistência deve ser medida diretamente nos terminais do enrolamento com o rotor parado. A resistência do enrolamento da armadura deve ser medida em cada fase separadamente. Se, por uma razão qualquer, a resistência de cada fase não puder ser medida diretamente, as medições devem ser efetuadas
Se a elevação de temperatura do enrolamento não for conhecida, o valor da corrente não deve ser superior a 10% da corrente nominal do enrolamento e ela não deve ser aplicada durante mais de 1 min. As medições devem ser efetuadas quando, no instante de efetuarem-se as leituras, os ponteiros estiverem imóveis, isto é, os fenômenos transitórios tenham cessado tanto nos instrumentos de medição, como nos circuitos cujas resistências estão sendo medidas. Durante as medições, a temperatura do enrolamento deve ser determinada por meio de detectores de temperatura embutidos se houver. Os termômetros ou pares termoelétricos utilizados na medição da temperatura do enrolamento devem estar no seu lugar durante pelo menos 15 min e devem ser protegidos contra qualquer influência externa. 3.17.3.33 Determinação da resistência sob corrente contínua pelo método de tensão e corrente e pelo método da ponte
a) resistência do enrolamento da armadura e resistência do enrolamento de excitação pelo método de tensão e corrente: - para se medirem as resistências pelo método de tensão e corrente, recomenda-se fazer três a cinco leituras, com vários valores estáveis da corrente. Adota-se a média das resistências obtidas. Na determinação deste valor médio não se consideram as resistências que difiram de mais de 1% do valor médio. Para o esquema de ligações, ver Figura 24. No cálculo das resistências empregam-se as fórmulas seguintes: - enrolamento de excitação e enrolamento da armadura que podem ser medidos individualmente. R =
U ; I
r = 3.
u para o enrolamento da armadura i
U = tensão aplicada ao enrolamento, em volts I
= corrente do enrolamento, em ampéres
NBR 5052/1984
48 - enrolamentos de armadura nos quais as medições são feitas sucessivamente entre cada par de terminais de linha (em valores por unidade ou em grandezas físicas). Caso de ligações em estrela: R1 =
1 (R12 - R23 + R31) 2
analogamente para R2 e R3. caso de ligação em triângulo:
R1 =
2R12 . R23 R - R23 + R31 - 12 R12 - R23 + R31 2
analogamente para R2 e R 3. R12 , R 23 e R 31 designam respectivamente as resistências, medidas entre os terminais 1-2, 2-3 e 3-1; b) resistência do enrolamento da armadura e resistência do enrolamento de excitação pelo método da ponte:
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
- devem ser efetuadas pelo menos três leituras, modificando-se de cada vez o equilíbrio da ponte. A resistência deve ser medida nos anéis coletores ou nos terminais dos enrolamentos, de modo a não incluir a resistência das escovas e dos seus contatos. A média dos resultados é considerada como o valor da resistência. Na determinação deste valor médio não se consideram as resistências que difiram de mais de 1% do valor médio. Se as medições da resistência forem feitas sucessivamente entre cada par de terminais do enrolamento da armadura, as resistências de fase serão calculadas como indicado em a).
apropriado. O enrolamento de excitação deve ser curtocircuitado instantaneamente. Em caso de necessidade, a fonte de alimentação do enrolamento de excitação deve ser desligada dentro de 0,02 s após o estabelecimento do curto-circuito. Para limitar a corrente de curto-circuito da fonte de corrente contínua, podem-se ligar em série com o enrolamento de excitação resistências limitadoras de corrente. Registram-se no oscilógrafo a tensão nos terminais do enrolamento da armadura, a corrente no enrolamento de excitação e a tensão nos anéis coletores. Os oscilogramas servem para a determinação precisa do instante em que começa o decréscimo da corrente de excitação (instante zero) e do valor da tensão inicial neste instante. A diferença entre a tensão transitória obtida do oscilograma e a tensão residual é posta em gráfico em função do tempo sobre papel semilogarítmico. 3.17.3.35 Determinação de τ ’ do a partir do ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em vazio
A constante de tempo transitória, de eixo direto, em circuito aberto é determinada como o tempo necessário para a diferença entre a tensão transitória obtida no oscilograma de 3.17.3.34 e a tensão residual decrescer até 1/ ε ≈ 0,368 do seu valor inicial. 3.17.3.36 Ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em curto-circuito
É efetuado nas seguintes condições: a máquina deve ser excitada para tensão nominal, acionada por um motor
É efetuado nas seguintes condições: o enrolamento da armadura deve ser curto-circuitado e a máquina acionada por um motor apropriado, de modo a fazer circular no enrolamento da armadura a corrente nominal. O enrolamento de excitação deve ser curto-circuitado instantaneamente. A limitação da duração e do valor da corrente de curto-circuito da fonte de alimentação do enrolamento de excitação deve ser efetuada como indicado em 3.17.3.34. Registram-se em oscilograma a corrente de excitação, ou a tensão nos anéis coletores, e um dos valores da corrente de linha. A diferença entre a corrente transitória obtida do oscilograma e da corrente devida à tensão residual é posta em gráfico em função do tempo sobre papel semilogarítmico.
Enrolamento ligado em estrela
Enrolamento ligado em triângulo
3.17.3.34 Ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em vazio
Figura 24 - Esquema para determinação da resistência da armadura e resistência do enrolamento de excitação pelo método de tensão e corrente
49
NBR 5052/1984 3.17.3.37 Determinação de τ ’ do a partir do ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em curto-circuito
A constante de tempo transitória de eixo direto em curtocircuito é determinada como o tempo necessário para a diferença entre a corrente transitória obtida do oscilograma de 3.17.3.36 e a corrente devida à tensão resisual atingir 1/ ε ≈ 0,368 do seu valor inicial. 3.17.3.38 Ensaio de oscilação do rotor suspenso
Para efetuar este ensaio o rotor deve ser suspenso por um cabo ou por dois cabos paralelos, de modo que o seu eixo fique na posição vertical. Girando-se o rotor, provocam-se oscilações em torno do seu eixo geométrico. Registra-se o tempo necessário para efetuar diversas oscilações e calcula-se a duração média de um período de oscilação. No caso de suspensão por um só cabo, o ensaio é executado duas vezes: uma com o rotor somente e a segunda com o rotor ao qual se junta um volante ou uma polia, com efeito de inércia conhecido. O deslocamento angular unidirecional não deve ultrapassar 45°, no caso de suspensão por um só cabo, e 10°, no caso de suspensão por dois cabos.
- no caso do rotor suspenso por dois cabos:
T 2 . a 2 mg J= . L (4 π)2 Onde: Jp = momento de inércia conhecido da polia, em quilogramas-metro-quadrado g = aceleração da gravidade, em metros por segundo quadrado T = período de oscilação do rotor, em segundos Tp = período de oscilação do rotor, com uma polia ou um volante adicionados, em segundos a = distância entre os pontos de supensão, em metros L = comprimento de suspensão, em metros m = massa do rotor, em quilogramas
3.17.3.39 Determinação de τj e de H a partir do ensaio do rotor suspenso
O tempo de aceleração e a constante de energia armazenada são calculados por meio das seguintes fórmulas:
Jω 2 τ j = . 10-3 Pn 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
H=
Jω 2 . 10-3 2 Sn
As fórmulas são expressas no Sistema Internacional de Unidades. J = momento de inércia, em quilogramas-metro quadrado =
πn = velocidade angular, em radianos por 30
segundo n = velocidade de rotação nominal, em rotações por minuto Pn = potência ativa nominal, em quilowatts Sn = potência aparente nominal, em quilovoltampéres
3.17.3.40 Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar
Para realizar este ensaio, fixa-se um pêndulo auxiliar (uma massa colocada na extremidade de uma alavanca) perpendicularmente ao eixo da máquina, este na posição horizontal. A massa da própria alavanca, que é conhecida, deve ser a menor possível. Em lugar de um pêndulo auxiliar, uma massa conhecida pode ser fixada na periferia do rotor ou da polia. O pêndulo auxiliar é deslocado da sua posição de equilíbrio de um ângulo de aproximadamente 5°. Mede-se o período de uma oscilação. Este ensaio é recomendado para máquinas equipadas com rolamentos de esferas ou de cilindros. 3.17.3.41 Determinação de τ j e H a partir do ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar
O tempo de aceleração e a constante de energia armazenada são calculados a partir da fórmula:
Tp2 g J = mpL 2 - L 4 π Onde: mp = massa do pêndulo auxiliar, em quilogramas L
= distância do centro do eixo ao centro de gravidade do pêndulo ou ao centro de gravidade da massa fixa na periferia do rotor ou da polia, em metros
g
= aceleração da gravidade, em metros por segundo quadrado
T
= período de uma oscilação, em segundos
O momento e inércia é calculado por meio das fórmulas seguintes: - no caso do rotor suspenso por um só cabo:
J = Jp
T 2 p
2
T T2
NBR 5052/1984
50 3.17.3.42 Ensaio de retardamento em vazio
Este ensaio é excutado quando não existe volante suplementar no eixo da máquina sob ensaio. A excitação deve ser fornecida por uma fonte independente e deve permanecer inalterada durante o ensaio. A máquina é levada a sobrevelocidade pelo aumento da freqüência ou por meio de um motor equipado com embreagem. Em seguida, suprime-se a alimentação. O ensaio consiste na medição do tempo de retardamento ∆t entre duas velocidades de rotação predeterminadas ∆ω , por exemplo, entre 1,10 e 0,90 (valor por unidade) ou entre 1,05 e 0,95 (valor por unidade). 3.17.3.43 Determinação de τj e de H a partir de ensaio de retardamento em vazio
O tempo de aceleração e a constante de energia armazenada são determinados pelas fórmulas:
τ j = ω n H=
∆t (Pmec + PFe ) . ∆ω Pn
ω n ∆t (Pmec + PFe ) . 2 ∆ω Sn
H=
∆t P1 - (Psup + Pcu ) . Pn ω
ωn ∆t P1 - (Psup + Pcu ) . 2 ∆ω Sn
Onde: P1 = potência absorvida pelo motor imediatamente antes do desligamento da fonte de alimentação, em quilowatts Psup e Pcu = perdas no enrolamento da armadura (perdas suplementares + perdas Joule) imediatamente antes do d e s l i gamento da fonte de alimentação, em quilowatts
ω n = velocidade angular nominal, em radianos por segundo
Este método de determinação não é muito preciso. 3.17.3.46 Ensaio de aceleração após supressão instantânea da carga, com a máquina operada como gerador
Onde: P mec = perdas mecânicas, em quilowatts
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
τ j = ω n
PFe
= perdas no circuito magnético, na velocidade de rotação nominal e tensão correspondente, em quilowatts
Pn
= potência ativa nominal, em quilowatts
ω n
= velocidade angular nominal, em radianos por segundo
Sn
= potência aparente nominal, em quilovoltampéres
3.17.3.44 Ensaio de restardamento de máquinas acopladas mecanicamente, operando-se a máquina síncrona como motor
Para a realização do ensaio, opera-se a máquina como motor em carga. Antes de desligar a unidade da fonte de alimentação, a sua velocidade de rotação deve ser igual à nominal. A potência absorvida antes desse desligamento não deve ser inferior a 60% da potência nominal; o fator de potência deve ser o mais próximo possível da unidade. A excitação da máquina deve permanecer inalterada durante o ensaio. Logo após o desligamento da fonte de alimentação, determina-se a variação de velocidade de rotação da máquina durante os primeiros segundos. Traça-se a curva de variação da velocidade de rotação em função do tempo, bem como uma tangente ao ponto inicial da curva. Esta tangente é utilizada na determinação da variação de velocidade de rotação durante o intervalo de tempo ∆t. 3.17.3.45 Determinação de τj e de H de máquinas acopladas mecanicamente, a partir do ensaio de retardamento, operando-se a máquina síncrona como motor
O tempo de aceleração e a constante de energia armazenada da máquina com a carga acionada por ela são determinados pelas fórmulas:
Antes do ensaio, a carga deve ser da ordem de 10% a 20% da sua potência nominal (o fator de potência é regulado para um valor próximo da unidade) o regulador de velocidade de rotação do motor de acionamento é colocado fora de serviço. A excitação do gerador deve permanecer inalterada durante o ensaio. Após o desligamento instantâneo do gerador da rede, determina-se a variação de velocidade de rotação em função do tempo. Quando a velocidade de rotação atingir cerca de 1,07 a 1,1 vez o seu valor nominal, coloca-se o sistema de regulagem de velocidade de rotação fora de operação ou interrompese a admissão do vapor. Traça-se o gráfico de aceleração. Traça-se uma tangente à curva de aceleração no ponto correspondente à velocidade de rotação nominal e determina-se a variação de velocidade de rotação durante o intervalo de tempo. 3.17.3.47 Determinação de τj e de H a partir do ensaio de aceleração após a supressão instantânea de carga com a máquina operada como gerador
O tempo de aceleração da máquina e do seu motor de acionamento e a constante de energia armazenada são determinados pelas fórmulas:
τ j = ωn H=
∆t P1 . s ∆ω Pn
ω n ∆t P1 . . 2 ∆ω Sn
Onde: P1 = potência fornecida pelo gerador imediatamente antes do desligamento da rede Este método de determinação não é muito preciso.
51
NBR 5052/1984 3.17.3.48 Determinação de grandezas por meio de cálculos, utilizando-se grandezas obtidas de ensaios
com 3.13, pela fórmula: R1 =
3.17.3.48.1 As grandezas x’ d’ , xd’, τ’do e τ’d são relacionados
entre si pela equação:
Pcu + Psup 3 I2n
r1 = Pcu + Psup
xd . τ’d = x’d . τ’do
Onde:
Esta equação é aplicada na determinação de x’d ou τ’d ou τdo a partir dos valores conhecidos de xd e das duas outras grandezas. 3.17.3.48.2 A reatância de seqüência negativa x 2 pode ser
calculada a partir dos valores x"d e de x"q, obtidos de ensaios, pela fórmula:
P cu = 3 I2Ra= perdas Joule P sup = perdas suplementares Este valor de R1 corresponde à temperatura do enrolamento na qual foram realizadas as medições das perdas. 3.17.3.48.4 A constante de tempo de curto-circuito da ar-
madura, sob freqüência nominal, é calculada a partir dos valores de X2 e de ra, obtidos de ensaios, por meio da fórmula:
x" + x"q x2 = d 2 3.17.3.48.3 A resistência de seqüência positiva do enro-
lamento da armadura é determinada a partir das perdas Joule (Pcu) conhecidas 3 I2Ra e das perdas suplementares (Psup) no enrolamento da armadura, medidas de acordo
τ a =
x2 2 π fnra
Nota: Deve ser utilizado o valor saturado de x 2.
Tabela 2 - Relação de métodos de ensaio Grandeza
Métodos de ensaio
Itens
Designação do ensaio
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Valor saturado ou não saturado
Xd
Ensaios de saturação em vazio e de curtocircuito trifásico permanente
3.17.3.1
Ko
Ensaios de saturação em vazio e de curtocircuito trifásico permanente
3.17.3.1 3.17.3.2
Xq
Ensaio de excitação negativa
3.13.3.10
saturado não saturado
Ensaio de baixo escorregamento
3.17.3.12
não saturado
Ensaio em carga com medição de ângulo de carga
3.17.3.14
saturado
Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo
3.17.3.16
não saturado saturado
X’d Ensaio de restabelecimento de ensaio
X"d
Indicação de ensaios recomendados
não saturado
recomendado
recomendado
não saturado
Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo
3.17.3.16
não saturado saturado
Ensaio de restabelecimento da tensão
3.17.3.18
não saturado
Ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura
3.17.3.20
não saturado (saturado)
Ensaio de aplicação de tensão para posição arbitrária do rotor
3.17.3.22
não saturado (saturado)
recomendado
/continua
NBR 5052/1984
52 /continuação Grandeza
Métodos de ensaio
Itens
Designação do ensaio X"q
X2
R2
xo
Ro
Ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura
3.17.3.20
saturado não saturado
Ensaio de aplicação de tensão para uma posição arbitrária do rotor
3.17.3.22
saturado (não saturado)
Ensaio de curto-circuito monofásico permanente
3.17.3.24
não saturado
Ensaio de seqüência negativa
3.17.3.26
não saturado
Ensaio de curto-circuito monofásico permanente
3.17.3.24
não saturado
Ensaio de seqüência negativa
3.17.3.26
não saturado
Ensaio de alimentação monofásica das três fases
3.17.3.28
não saturado
Ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha e neutro
3.17.3.30
não saturado
Ensaio de alimentação monofásico das três três fases
3.17.3.28
não saturado
Ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha e neutro
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
não saturado
xp
Ensaio de saturação em vazio, ensaio de curto-circuito permanente, ensaio com fator de potência nulo
3.17.3.1 3.17.3.2 3.17.3.4
Ra
Método de tensão e corrente ou da ponte
3.17.3.32
Rf
Método de tensão e corrente ou da ponte
3.17.3.32
R1
Resistência de seqüência positiva do enrolamento da armadura
3.17.3.48.3
τdo
Ensaio do decréscimo da corrente de excitação 3.17.3.34 com o enrolamento da armadura em vazio Ensaio de restabelecimento da tensão
3.17.3.18
Ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em curto-circuito
3.17.3.36
Ensaio de curto-circuito trifásico
3.17.3.16
τ"d
Ensaio de curto-circuito trifásico
3.17.3.16
τa
Ensaio de curto-circuito trifásico
3.17.3.16
τ j
Ensaio de oscilação do rotor suspenso
3.17.3.38
Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar
3.17.3.40
τ’d
Valor saturado ou não saturado
Indicação de ensaios recomendados
recomendado
recomendado recomendado
recomendado
ver 3.13 recomendado
recomendado
/continua
53
NBR 5052/1984 /continuação Grandeza
Métodos de ensaio
Itens
Designação do ensaio
τ’ j
H
ifn
Un 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Ensaio de retardamento em vazio
3.17.3.40
Ensaio de retardamento em curva com a máquina operada com o motor
3.17.3.44
Ensaio de aceleração após supressão de carga, com a máquina operada como gerador
3.17.3.46
Ensaio de oscilação do rotor suspenso
3.17.3.38
Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar
3.17.3.40
Ensaio de retardamento em vazio
3.17.3.42
Ensaio de retardamento em carga com a máquina operada como motor
3.17.3.44
Ensaio de aceleração após supressão instantânea da carga, com a máquina operada como gerador
3.17.3.46
Medição direta
3.17.3.1
Gráfico vetorial: de Potier da ASA SUECO
3.17.3.7 3.17.3.8 3.17.3.9
Medição direta
3.17.3.1
Por meio do gráfico da característica em vazio e do valor conhecido da corrente i fn
3.17.3.7
Valor saturado ou não saturado
Indicação de ensaios recomendados
recomendado
/ANEXO A
54
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
NBR 5052/1984
55
NBR 5052/1984 ANEXO A - Método da superposição
Nota: Ver 3.14.3 da NBR 5383.
A-1 Execução do ensaio A-1.1 Mediante acordo prévio, as medições de resistência podem ser feitas, sem interrupção do ensaio, pelo método da superposição que consiste na aplicação aos enrolamentos de uma pequena corrente contínua de medição, sobreposta à corrente de carga.
A-2 Princípios do método A-2.1 Pela aplicação de uma tensão contínua aos enrolamentos do estator de uma máquina de corrente alternada em carga superpõe-se à corrente alternada uma componente de corrente contínua. A-2.2 Por meio de reatâncias podem-se separar as componentes contínua e alternada. A medição da resistência dos enrolamentos primários, empregando-se corrente contínua, pode ser feita pelo procedimento da ponte ou por medição de tensão e de corrente. A escolha do método e do circuito a adotar depende da potência e da tensão da máquina a ensaiar, do modo de conexão dos seus enrolamentos de estator e do modo de execução do ensaio de elevação de temperatura.
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Notas: a)O valor da corrente contínua superposta deve ser suficientemente baixo e o seu tempo de circulação suficientemente curto, a fim de não influenciar a elevação de temperaturas dos enrolamentos. Se não for possível evitar essa influência, a correção eventualmente a ser aplicada deve ser determinada por cálculo ou por ensaio. A correção na prática não é considerada necessária se a corrente contínua superposta não ultrapassar em 5% a corrente alternada de carga e se não circular mais de 5 min. Para medições em máquinas de alta-tensão, o método descrito pode ser aplicado com corrente contínua de valores muito mais baixos, inferiores mesmo a 1% da corrente de carga. O valor mínimo da tensão contínua medida nos terminais do enrolamento e do derivador deve ser da ordem de 10 mV. b)As medições de resistência, antes e durante o ensaio em carga, devem ser feitas pelo mesmo método. c) O método de medição de tensão e corrente é preferível em máquinas de alta-tensão, devido à sua simplicidade; melhor precisão, contudo, será obtida com o método da ponte.
Dois procedimentos específicos de aplicação deste método são descritos a seguir, a título de exemplo, sendo o primeiro o procedimento da ponte e o segundo de medição de tensão e corrente. Podem ser empregados outros circuitos na dependência das conexões dos enrolamentos e do tipo de máquina.
A-3 Medição da elevação de temperatura dos enrolamentos em máquinas de alta-tensão pela medição de tensão e corrente
a) o valor da corrente contínua sobreposta, que circula no enrolamento; b) a queda de tensão nos terminais deste enrolamento, devido à corrente contínua sobreposta. Isto constitui, portanto, uma medição de resistência por leitura de tensão e corrente. A-3.1.2 Este procedimento é aplicável qualquer que seja
o modo de conexão dos enrolamentos (estrela com neutro acessível ou inacessível, triângulo), porém, o esquema do circuito de ensaio variará com o modo de conexão. A seguir são dados três esquemas a título de exemplo: A Figura 25-a) fornece os detalhes do esquema de ensaio para a medição, em carga, da elevação de temperatura de um enrolamento ligado em estrela com neutro acessível. A Figura 25-b) mostra o esquema básico para o ensaio de curto-circuito na mesma máquina. A Figura 25-c) mostra o esquema básico para um enrolamento ligado em estrela com neutro inacessível. Deste esquema pode ser deduzido facilmente o esquema de ensaio de um enrolamento ligado em triângulo. A-3.1.3 No caso de um enrolamento ligado em estrela, a
sobreposição da corrente contínua é feita pelo neutro. É necessário providenciar também um neutro de retorno, o qual, para um ensaio em carga, pode ser o do enrolamento do estator de outro gerador de corrente alternada ou do transformador principal, ou do enrolamento paralelo do gerador sob ensaio, se houver, ou ainda de um transformador auxiliar ou de reatores ligados em zigue-zague e, no caso de um ensaio de curto-circuito, as conexões de curto-circuito dos terminais de linha. A-3.1.4 No caso de um enrolamento com neutro inaces-
sível, a corrente contínua deve ser sobreposta entre uma fase e o terminal correspondente de um indutor trifásico. Como na prática a resistência do sistema é muito mais baixa que a do enrolamento em ensaio, é necessário impedir a passagem da corrente contínua para o sistema. Para este fim, devem ser ligados capacitores ou resistores entre o sistema e os pontos por onde é feita a sobreposição de corrente contínua. O esquema (Figura 24-c) mostra um resistor em cada fase, mas um resistor na fase sob ensaio será suficiente. A sua resistência deve ser normalmente igual à da fase sob ensaio. A-3.1.5 Os capacitores ou resistores são normalmente
curto-circuitados. Os interruptores que os curto-circuitam são abertos somente durante as medições
A-3.2 Método de medição A-3.2.1 A descrição a seguir é limitada ao caso de um en-
A-3.1 Procedimento
rolamento em estrela com neutro acessível (Figura 25-a)).
A-3.1.1 Sobrepõe-se uma corrente contínua fornecida, por
A-3.2.2 A corrente contínua é medida nos terminais de um
exemplo, por uma bateria de acumuladores à corrente alternada de carga e medem-se os valores seguintes:
derivador colocado em série com a conexão do neutro: representa desta forma três vezes o valor médio das cor-
NBR 5052/1984
56 rentes sobrepostas a cada uma das três fases. O valor médio das tensões contínuas aplicadas às três fases do enrolamento é obtido pela leitura num microamperímetro ligado entre o neutro do enrolamento e o neutro de três impedâncias de resistências iguais e ligadas em estrela nos terminais de saída dos enrolamentos. A-3.2.3 Para este fim, podem-se utilizar os enrolamentos
primários de elevada reatância de transformadores de potencial, a qual limita a circulação de corrente alternada nos circuitos de medição de corrente contínua. A-3.2.4 Se R/3 for a resistência equivalente a três fases
do enrolamento sob ensaio, r a a resistência de uma impedância, r a resistência do circuito do microamperímetro de medição da tensão, obtém-se a seguinte relação entre a corrente sobreposta I 1 e a corrente i no microamperímetro: i =
RI1 / 3 r + ra / 3
a qual fornece a resistência procurada: R =
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
i (3r + ra ) I1
Como se trata de medir uma elevação de temperatura, isto é , uma variação relativa da resistência, não é necessário medir os valores verdadeiros de R em vazio e sob carga, mas apenas valores que lhes sejam proporcionais. É suficiente, portanto, que os instrumentos de medição tenham deflexões proporcionais, na faixa de medição, uma deles à tensão contínua nos terminais do enrolamento sob ensaio e o outro à corrente contínua que circula neste enrolamento.
A-3.3 Aparelhagem de medição A-3.3.1 Derivadores A-3.3.1.1 O derivador colocado em série com as conexões
de neutro será percorrido por corrente alternada de valor muito baixo, não acarretando problema algum de projeto. A-3.3.1.2 No caso de enrolamento em triângulo, ou em
estrela com neutro inacessível, deve ser empregado um derivador cuja resistência não seja afetado sensivelmente pela elevação de temperatura resultante da corrente alternada de carga que o percorre. Um seccionador ligado aos seus terminais permitirá ligá-lo somente no momento das medições. A-3.3.1.3 O transformador de filtragem com relação uni-
blicação nº 51 da Comissão Eletrotécnica Internacional, enquanto não vigorar norma brasileira equivalente. Devem ser dotados de filtros, a fim de evitar interferência de corrente alternada nas medições. A resistência r do circuito do microamperímetro deve ser superior a: 10r3a Para reduzir as variações de r a resultantes da elevação de temperatura do reator, convém dar a r um valor não inferior a 100 r a. Usam-se geralmente aparelhos de feixe luminoso. A-3.3.3 Transformadores de potencial usados nos circuitos de medição
Estes três transformadores devem ter reatâncias tão próximas uma da outra quanto possível, a fim de reduzir a componente alternada residual transmitida ao circuito de medição. Se as suas resistências não forem iguais, podem ser equilibradas por meio de resistores adicionais, ou a relação ra /3 pode ser substituída na fórmula pelo valor calculado de resistência equivalente destas três impedâncias em paralelo. Se r tiver valor elevado com relação ao de ra (r ≥ 100 ra), esta correção é desnecessária. Recomenda-se escolhê-los com tensão nominal superior à da máquina, a fim de reduzir a influência das suas elevações de temperatura sobre o valor da sua resistência. A-3.3.4 Transformador auxiliar
Quando, na ausência de um ponto neutro de retorno no circuito de alimentação, for usado transformador auxiliar, é necessário certificar-se de que a corrente contínua não causa elevação exagerada de temperatura deste aparelho, deslocamento do neutro ou de armação apreciável da forma de onda (terceiro harmônico). Por estas razões, será geralmente preferível usar reatores em ziguezague especialmente projetados para estes ensaios. A-3.3.5 Isolação do circuito de medição
Apesar do circuito de medição estar a uma tensão próxima ao potencial de terra, no caso de uma máquina de alta tensão com neutro acessível, podem surgir tensões perigosas no caso de falta para a terra numa fase, o que torna necessário isolar todos os circuitos de medição para a tensão nominal da máquina, fazer leituras à distância e usar interruptores acionáveis por meio de haste. A-3.3.6 Alimentação da corrente contínua
tária, ligado aos terminais do derivador, deve ter resistência elevada em comparação com a deste, a fim de a componente de corrente contínua, que circula através dele, não influenciar sensivelmente o seu estado de saturação magnética.
A-3.3.6.1 É satisfatória qualquer fonte de corrente contínua
A-3.3.2 Microamperímetro e milivoltímetro
A-3.3.6.2 O ajuste da corrente contínua pode ser executado
Estes documentos devem ser precisos e lineares. A sua classe de precisão deve ser 0,5 de acordo com a Pu-
mediante um resistor adicional variável, o qual também serve para limitar a corrente alternada, especialmente de terceiro harmônico que circula entre neutros, ou mediante
de tensão estável, porém, no caso de máquinas de altatensão onde esta fonte deve ser isolada, isto torna-se mais fácil mediante o emprego de uma bateria de acumuladores.
57
NBR 5052/1984 a inserção de um número maior ou menor dos elementos de bateria.
Figura 24-b (conexão em estrela com neutro acessível) ou na Figura 27 (conexão em triângulo).
A-3.3.7 Precauções a observar nas medições
Onde:
A-3.3.7.1 Como não se mede a corrente contínua real no
enrolamento e a tensão correspondente, mas valores que lhes são proporcionalidade, é importante serem os fatores de proporcionalmente iguais nas medições feitas em vazio e sob carga. Decorre daí que alteração alguma deve ser feita durante o ensaio, nas características dos elementos do circuito, especialmente na sensibilidade dos instrumentos.
R1
= resistência de um enrolamento de fase
R2
= resistor calibrado da ponte
R3, R4 = resistores ajustáveis da ponte D
= impedores de reatância elevada de limitação da corrente alternada
RD
= resistência dos impedores D
Z
= interruptor para ligação em curto-circuito
W
= interruptor
A
= amperímetro de bobina móvel
F
= filtro
A-3.3.7.2 Fenômenos transitórios, especialmente varia-
ções de carga, podem dar origem a componentes contínuas capazes de falsear os resultados. Recomenda-se por isso tomar leituras somente depois das indicações terem permanecido constantes durante 10 s e que as medições de tensão e de correntes sejam feitas simultaneamente. A-3.3.7.3 Como o zero mecânico dos aparelhos pode variar
ligeiramente durante o ensaio e não pode ser regulado devido ao perigo de alta-tensão aplicada, ele deve ser deslocado para frente ou para trás de algumas divisões, a fim de deduzir a deflexão do zero mecânico, controlado depois de cada medição, das deflexões lidas durante o ensaio. A-3.3.7.4 Deve ser verificado, se os aparelhos de medição
de corrente contínua não se desviam sob a influência da corrente alternada de carga, quando não circula corrente contínua. A-3.3.7.5 Nos casos especiais de máquinas de corrente 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
nominal elevada, isto é, máquinas de terminais de grande porte, as diferenças de potencial porventura existente ao longo dos terminais poderão influenciar o grau de precisão da medição da queda de tensão contínua no enrolamento sob ensaio. Esta causa de erro poderá ser eliminada, ligando-se o circuito de medição de tensão contínua aos terminais do enrolamento por meio de resistores equalizadores de aproximadamente 1 Ω, de acordo com a Figura 26.
A-4 Métodos baseados no emprego de ponte A-4.1 Aplicabilidade dos métodos Estes métodos, aplicáveis aos diversos modos de ligação dos enrolamentos (ligação em estrela com neutro acessível ou não, ligação em triângulo), são utilizados principalmente em máquinas de baixa tensão.
A-4.2 Aplicabilidade das pontes
A-4.3.2 O resistor calibrado R2 deve ser dimensionado
para a corrente de carga Ip. Recomenda-se que: R2 ≤ 0,1 R1
A-4.3.3 Os resistores ajustáveis R3 e R4 devem ter a pre-
cisão usual dos resistores para pontes de laboratório, ou seja, de aproximadamente 0,02%. A-4.3.4 Os impedores D devem ser enrolados com fio de
baixo coeficiente de temperatura. O valor de sua resistência deve ser conhecido com a mesma precisão que os valores dos resistores R 3 e R4. A-4.3.5 A ligação dos circuitos de medição é feita por meio
do interruptor W, com o interruptor para ligação em curtocircuito Z aberto. A-4.3.6 São desligados, abrindo-se o interruptor W e fe-
chando-se o interruptor para ligação em curto-circuito Z. A-4.3.7 A corrente contínua indicada pelo amperímetro
deve ser da ordem de: 5% de I p no caso da Figura 28 (ligação em estrela); 10% a 15% de I p no caso da Figura 27 (ligações em triângulo) sendo I p o valor da corrente alternada de fase da máquina durante o ensaio de elevação de temperatura.
Podem ser utilizadas pontes simples ou duplas. Recomenda-se o emprego de ponte simples na medição de resistências de valor superior a 10 Ω. Os esquemas mais usuais são descritos a seguir.
A-4.3.8 Em máquinas que podem ser ligadas em estrela
A-4.3 Medição da elevação de temperatura dos enrolamentos em máquina de baixa tensão pelo procedimento da ponte dupla
A-4.3.9 A resistência de uma fase do enrolamento é calcu-
A-4.3.1 De acordo com o método de conexão do enro-
lamento, deve ser usado o circuito de ensaio indicado na
ou triângulo, recomenda-se a escolha da ligação estrela para o ensaio. lada, com a ponte em equilíbrio, pela fórmula: R1 = R2
Ra + RD R4
NBR 5052/1984
58 A-4.4 Medição da elevação de temperatura dos enrolamentos em máquinas de baixa tensão pelo procedimento da ponte simples A-4.4.1 A Figura 29 mostra o esquema básico. O trans-
formador de potencial T, de relação 1:1, serve para reduzir a zero a tensão alternada entre os terminais da ponte, enquanto o capacitor é utilizado no desacoplamento do sistema do enrolamento sob ensaio, para corrente contínua. Sem este capacitor, a resistência medida seria a do enrolamento em paralelo com a resistência do sistema. A-4.4.2 O esquema mostra que a resistência medida é a
soma das resistências dos enrolamentos e do secundário do transformador de potencial. A-4.4.3 A resistência do enrolamento é obtida, subtraindo-
se a resistência do transformador da resistência medida. Um interruptor de quatro pólos, como indicado na Figura 30, evita o aquecimento do transformador de potencial e a variação da sua resistência durante os ensaios. Deve ser levada em conta a resistência dos elementos auxiliares e, se houver, a sua variação com a temperatura. A-4.4.4 A necessidade de manter baixa a queda de tensão
da corrente de carga alternada que percorre os capacitores utilizados neste circuito, limita este método a máquinas de potência relativamente baixa, da ordem de 20 kVA a 30 kVA.
b) curto-circuitar os bancos de capacitores durante os períodos em que não são efetuadas medidas; c) permitir verificação periódica da resistência do enrolamento secundário do transformador de potencial, antes de efetuar as medições, para constatação de eventual variação. Deve-se notar que dois pólos do interruptor são utilizados em paralelo para reduzir e tornar mais estáveis as resistências de contato neste circuito. A-4.4.7 Se, em lugar de medir as elevações de tempera-
tura em intervalos, se desejar observar a sua variação contínua, será necessário manter o transformador do potencial ligado até atingir o seu equilíbrio térmico antes do início e medir a resistência do enrolamento a frio. A-4.4.8 O capacitor ligado aos terminais da ponte de me-
dição tem por fim reduzir os efeitos de sobretensões de manobra no circuito de ensaio.
A-4.5 Medição da elevação de temperatura dos enrolamentos em máquinas de alta-tensão com o emprego de ponte A-4.5.1 A Figura 31 mostra o esquema de ligação para
uma máquina ligada em estrela com neutro acessível. A-4.5.2 A tensão contínua de alimentação da ponte é apli-
A-4.4.5 A Figura 29 mostra as disposições necessárias à
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
aplicação deste método a uma máquina trifásica ligada em estrela. A resistência medida corresponde à de duas fases em série. Com enrolamentos ligados em triângulo, o circuito de ensaio é o mesmo, mas a resistência medida é a de uma fase ligada em paralelo com a resistência das outras duas fases ligadas em série. Se o neutro de enrolamento sob ensaio for ligado à terra, deve ser inserido um capacitor em cada fase do sistema. A-4.4.6 O interruptor de quatro pólos indicados na Figu-
ra 30 serve para vários fins: a) ligação do transformador de potencial somente durante as medições de resistência, de forma a reduzir a sua elevação de temperatura. Deve-se notar também que a finalidade do transformador de potencial consiste em fornecer tensão em oposição à tensão alternada entre os terminais da ponte, mas não em fornecer energia. Nestas condições a elevação de temperatura capaz de afetar a resistência do seu enrolamento secundário é consideravelmente mais baixa;
cada entre os pontos neutros da máquina e de um transformador T. A-4.5.3 Um reator L1 opõe-se à circulação de correntes de
terceiro harmônico entre os dois pontos neutros.
A-4.5.4 A filtragem das componentes de corrente alternada
do circuito de medição é assegurada de um lado por meio de um transformador T1 de relação unitária, com enrolamento primário de resistência elevada em relação ao derivador R2, entre cujos terminais está ligado, e de outro lado por meio de um reator L 2, série com um resistor R3 e de um capacitor ligado em paralelo com o braço R 3R4 da ponte. A-4.5.5 As condições necessárias para a precisão das
medidas, relativas a reatores e derivadores e as medidas de segurança contra alta-tensão são as mesmas que para o método de medição de tensão e corrente. Se o neutro da máquina for diretamente aterrado, o circuito da ponte pode ser protegido simplesmente por meio de um centelhador de esferas.
59
NBR 5052/1984
F = filtro L1 = reatância eventual para limitação das correntes de 3ª harmônica Ta = transformador auxiliar
Figura 25-a) - Ensaio em carga
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
F = filtro
Figura 25-b) - Ensaio em curto-circuito - Esquema básico
NBR 5052/1984
60
F = filtro Nota: Em máquinas de potência relativamente baixa, os resistores R 1, R2 ou R 3 podem ser substituídos por capacitores. O esquema não mostra os diversos interruptores necessários para o ensaio.
Figura 25-c) - Enrolamento em estrela com neutro inacessível - Esquema básico
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Figura 26 - Resistores equalizadores
61
NBR 5052/1984
F = filtro
Figura 27 - Enrolamento ligado em triângulo
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
F = filtro
Figura 28 - Medição em enrolamento de baixa tensão ligado em estrela pelo procedimento da ponte dupla
NBR 5052/1984
62
T1 = transformador de potencial
Figura 29 - Esquema básico de medição pelo procedimento da ponte simples
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
T1 = transformador de potencial S = lâmpada de sinalização
Figura 30 - Esquema prático de medição de um enrolamento trifásico de baixa tensão ligado em estrela pelo procedimento da ponte simples
/ANEXO B
63
NBR 5052/1984 ANEXO B - Modelos de formulário para relatórios de ensaios
Formulário 1 Especificação do desempenho de geradores síncronos, com acionamento por turbina hidráulica, resfriados a ar Característica nominal Potência nominal
Fator de potência
Data ___________ Potência ativa
kVA
Velocidade de rotação nominal rpm
kW
Número de fases
Freqüência nominal
Tensão nominal
Corrente nominal
Hz
V
A
Tipo ou carcaça
Descrição A carga admissível no mancal de escora (gerador de eixo vertical), adicionalmente ao peso das partes girantes de gerador e excitatriz (quando fornecida) é de........................................................................ kgf Efeito de inércia do rotor não inferior a .................................................. kgf m 2 Sobrevelocidade - Velocidade de rotação máxima do gerador (e da excitatriz diretamente acoplada, quando fornecida), sem danos mecânicos: ......................................... rpm está O enrolamento amortecedor incluído. não está Isolação: Enrolamento da armadura, classe de temperatura................................... Enrolamento de excitação, classe de temperatura ................................... Elevações de temperatura Potência Fator de Tempo até a nominal potência estabilidade térmica
kVA
h
Ensaios dielétricos Elevações de temperatura máximas permitidas °C Núcleo da Enrolamento da armadura Enrolamento de armadura, excitação para para Termômetro Resistência Detectores resistência resistência embutidos
Os valores nominais e elevações de temperaturas são baseados em temperatura do ar de resfriamento de 40°C e altitude não superior a 1000 m. Rendimento 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Potência Fator de Potência nominal potência ativa
Rendimento %
da armadura de excitação AC* ou DC*
AC* ou DC*
* Indicar qual
Vazão Temperatura aproximada máxima
Corrente 3/4 da nominal corrente
kW
Aplicada ao enrolamento
Água de resfriamento
Para kVA
Tensão de ensaio * kV
1/2 da corrente
1/min
°C
Na determinação do rendimento acham-se incluídas as perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a ..... °C, as perdas em vazio e suplementares. As perdas por atrito e ventilação, excluída a parte das perdas nos mancais produzidas pelo peso externo ou são não são empuxo hidráulico incluídas. As perdas na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz incluídas. As perdas no não são são reostato de campo do gerador não são incluídas. Quando o gerador não for fornecido com o jogo completo de mancais, as perdas por atrito e ventilação (quando incluídas) serão baseadas no uso de mancais para ensaio. As perdas e elevação de temperatura são deteminadas de acordo com o MB-470 - ........... Excitação Potência requerida para carga nominal da máquina principal e tensão nominal da excitatriz kW
Excitatriz Tensão nominal
Relação de resposta de excitação aproximada
V
Tensão teto de excitação nominal V
Reatâncias (valores calculados em "por unidade") Síncrona
Transitória, de eixo direto, sob corrente nominal
Subtransitória, de eixo direto, sob tensão nominal
Peso aproximado, em quilogramas-força Total líquido
Rotor líquido
Parte mais pesada para o guindaste (líquido)
Total para expedição
NBR 5052/1984
64 Formulário 2 Especificação do desempenho de compensadores síncronos Característica nominal
Data ___________
Velocidade de rotação Subexcitado Sobreexcitado nominal kVAr kVAr rpm Potência nominal
Número de fases
Freqüência nominal
Tensão nominal
Corrente nominal
Hz
kV
A
Meio de Resfriamento Gás
Tipo ou carcaça
Pressão kgf/cm2
Desc riç ão ___________________________________________________________________________________________________ Sobrevelocidade - Velocidade de rotação máxima do gerador (e da excitatriz diretamente acoplada, quando fornecida), sem danos mecânicos .......................................... rpm Elevações de temperatura
Ensaios dielétricos
Potência nominal Subexcitado
Tensão de ensaio * kV
Elevações de temperatura máximas permitidas °C
Sobreexcitado
Aplicada ao enrolamento Núcleo da armadura, por termômetro
kVAr
kVAr
Enrolamento de armadura, por detector embutido
Enrolamento de excitação, por resistência
da armadura de excitação AC* ou DC*
AC* ou DC*
* Indicar qual Os valores nominais e elevações de temperatura são baseados na temperatura de ...°C do gás de resfriamento, na saída dos trocadores de calor ou (se não houver trocadores de calor) nas aberturas de admissão de ar da máquina, e em altitude não superior a 1000 m para máquinas resfriadas a ar. Em máquinas resfriadas a hidrogênio, funcionando em qualquer altitude, a pressão do hidrogênio deve ser mantida em valor absoluto igual ao correspondente ao funcionamento ao nível do mar com a pressão do hidrogênio, em quilogramas-força por centímetro quadrado, à qual é referida a característica nominal. Perdas As perdas do compensador, quando funcionar na sua característica nominal, não excederão ............. kW 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
As perdas consistem nas perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a .....°C, nas perdas em vazio, suplementares, por atrito e ventilação, na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz. As perdas e elevações de temperatura são determinadas de acordo com o MB-470 - ............ Dados de operação Potência nominal capacitativo (sem excitação)
kVAr
Água de resfriamento Vazão aproximada
1/min
Excitação
Excitatriz
Temperatura Potência requerida Tensão nominal máxima para carga nominal da máquina principal e tensão nominal da excitatriz °C
kW
Relação de resposta de excitação aproximada
Tensão teto de excitação nominal
V
Reatâncias (valores calculados em "por unidade") Síncrona
Transitória, de eixo direto, sob corrente nominal
Subtransitória, de eixo direto, sob tensão nominal
Potência de partida, em quilovolt-ampéres Quando dor dada partida com ....... % da tensão nominal, a potência nos terminais do compensador será de aproximadamente .... kVAr Efeito de inércia do rotor não inferior a ...................... kgf m 2 Peso aproximado, em quilogramas-força Total líquido
Rotor líquido
Parte mais pesada para o guindaste (líquido)
Total para expedição
65
NBR 5052/1984 Formulário 3 Especificação do desempenho de geradores síncronos, com acionamento outro que por turbina hidráulica, resfriados a ar Característica nominal
Potência nominal
Fator de potência
Data ___________
Potência ativa
kVA
kW
Velocidade de rotação nominal rpm
Número de fases
Freqüência nominal
Tensão nominal
Corrente nominal
Hz
kV
A
Tipo ou carcaça
Desc riç ão ___________________________________________________________________________________________________ Isolação: Enrolamento da armadura, classe de temperatura................................... Enrolamento de excitação, classe de temperatura................................... O enrolamento amortecedor
está incluído. não está
Elevações de temperatura
Ensaios dielétricos Elevações de temperatura máximas permitidas °C
Potência Fator de Tempo até a Núcleo da Enrolamento da armadura Enrolamento de nominal potência estabilidade armadura, excitação, por térmica por Termômetro Resistência Detectores resistência kVA h resistência embutidos Os valores nominais e elevações de temperaturas são baseados em temperatura do ar de resfriamento de 40°C e altitude não superior a 1000 m.
Tensão de ensaio * kV Aplicada ao enrolamento da armadura de excitação AC* ou DC*
AC* ou DC*
* Indicar qual
Sobrevelocidade - Velocidade de rotação máxima do gerador (e da excitatriz diretamente acoplada, quando fornecida), sem danos mecânicos: ......................................... rpm Rendimento Excitação 1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Potência Fator de Potência nominal potência ativa
Rendimento %
Para kVA
kW
Corrente nominal
3/4 da 1/2 da corrente corrente nominal nominal
Potência Tensão requerida para nominal da carga nominal excitatriz da máquina principal e tensão nominal da excitatriz kW V
Na determinação do rendimento acham-se incluídas as perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a ........°C, as perdas em são vazio e suplementares. As perdas por atrito e ventilação incluídas. As perdas na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz não são são incluídas. As perdas no reostato de campo do gerador não são incluídas. Quando o gerador não for fornecido com o jogo comnão são pleto de mancais, as perdas por atrito e ventilação (quando incluídas) serão baseadas no uso de mancais para ensaio. As perdas e elevações de temperatura são determinadas de acordo com o MB-470 - ............... Efeito de inércia do rotor não inferior a ................................... kgf m 2. Coeficiente de sincronização: aproximadamente ................. kW/rad elétrico Peso aproximado, em quilogramas-força Total líquido
Rotor líquido
Parte mais pesada para o guindaste (líquido)
Total para expedição
NBR 5052/1984
66 Formulário 4 Especificação do desempenho de motores síncronos Característica nominal Potência nominal
Fator de potência
Data ___________ Velocidade de rotação
Número de Pólos
kW
Freqüência nominal
Tensão nominal
Corrente nominal
Hz
V
A
Tipo ou carcaça
Fases
rpm
Descrição ___________________________________________________________________________________________________ Isolação: Enrolamento da armadura, classe de temperatura................................... Ligações da armadura, classe de temperatura ........................................ Enrolamento de excitação, classe de temperatura................................... Elevações de temperatura
Excitação Potência Tensão nominal nominal da requerida na excitatriz carga nominal do motor e tensão nominal da excitatriz kW V
Elevações de temperatura máximas permitidas °C Potência Fator de Tempo até a Núcleo da Enrolamento da armadura Enrolamento de nominal potência estabilidade armadura, excitação por térmica por Termômetro Resistência Detectores resistência kW h resistência embutidos
Os ensaios dielétricos são executados de acordo com o MB-470 Os valores nominais e elevação de temperaturas são baseados em temperatura do ar de resfriamento de 40°C e altitude não superior a 1000 m Conjugados e potência com rotor bloqueado (em porcentagem dos valores nominais, sob tensão nominal)
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
Conjugado de sincronização
Potência com Conjugado com rotor bloqueado rotor bloqueado Conjugado kVA
Efeito de inércia normal da carga sobre o qual o conjugado é baseado
Conjugado máximo mantido durante 1 min com excitação para carga nominal
Recomendadas partida com ............. % da tensão nominal e sincronização com .............. % da tensão nominal. No caso de partida sob tensão reduzida, com autotransformador, o conjugado e a potência do motor, com rotor bloqueado, devem ser reduzidos aproximadamente, em proporção ao quadrado da tensão reduzida aplicada. Rendimento
Peso aproximado, em quilogramas-força
Potência Fator de nominal potência
Total líquido
Rendimento %
Para Corrente nominal kW
3/4 da corrente nominal
Rotor líquido
Parte mais pesada para o guindaste (líquido)
Total para expedição
1/2 da corrente nominal
Na determinação do rendimento, acham-se incluídas as perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a .... °C, as perdas em vazio e suplementares. As perdas por atrito e ventilação, excluída a parte das perdas nos mancais produzidas pelo peso externo ou são são empuxo hidráulico, incluídas. As perdas na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz incluídas. As perdas no não são não são reostato de campo do motor não são incluídas. Quando o motor não for fornecido como o jogo completo de mancais, as perdas por atrito e ventilação (quando incluídas) serão baseadas no uso de mancais para ensaio.
/ÍNDICE ALFABÉTICO
67
NBR 5052/1984 Índice alfabético
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
1
Objetivo .......................................................................................................................................................... 1
2
Documentos complementares ...................................................................................................................... 1
3
Ensaios .......................................................................................................................................................... 1
3.1
Resistência do isolamento ............................................................................................................................ 1
3.2
Valor mínimo da resistência do isolamento ................................................................................................... 2
3.3
Ensaio dielétrico ............................................................................................................................................ 4
3.4
Ensaio de resistência ôhmica ........................................................................................................................ 4
3.5
Ensaio de espiras curto-circuitadas do enrolamento de excitação .............................................................. 4
3.6
Ensaio de polaridade para bobinas de campo.............................................................................................. 5
3.7
Ensaio de tensão no eixo e isolação de mancal............................................................................................ 5
3.8
Ensaio de seqüência de fases ....................................................................................................................... 6
3.9
Irregularidade da forma de onda - Determinação do fator de interferência telefônica (FIT) ......................... 8
3.10
Ensaio de sobrevelocidade ........................................................................................................................... 9
3.11
Característica em V ........................................................................................................................................ 9
3.12
Capacidade dos geradores para absorver potência reativa ...................................................................... 10
3.13
Perdas e rendimento .................................................................................................................................... 10
3.13.1
Prescrições gerais ....................................................................................................................................... 10
3.13.2
Classes de ensaio para a determinação do rendimento............................................................................. 11
3.13.3
Ensaios para medição das perdas e determinação do rendimento ........................................................... 11
3.13.4
Escolha dos ensaios .................................................................................................................................... 11
3.13.5
Precisão ....................................................................................................................................................... 11
3.13.6
Métodos e ensaios preferenciais................................................................................................................. 11
3.13.7
Determinação do rendimento pelo ensaio do freio ..................................................................................... 11
3.13.8
Determinação de rendimento pelo ensaio com máquina calibrada ........................................................... 11
3.13.9
Determinação do rendimento pelo ensaio de oposição mecânica ............................................................ 11
3.13.10
Determinação do rendimento pelo ensaio de oposição elétrica ................................................................ 11
3.13.11
Determinação do rendimento pelo ensaio de fator de potência nulo ......................................................... 11
3.13.12
Determinação do rendimento pela adição das perdas ............................................................................... 12
3.13.13
Descrição dos métodos para determinação do rendimento ....................................................................... 13
3.14
Ensaio de elevação de temperatura ............................................................................................................ 22
3.14.1
Método termométrico de medição da temperatura ..................................................................................... 22
3.14.2
Método de medição da temperatura por resistência ................................................................................... 23
3.14.3
Método de medição da temperatura por superposição .............................................................................. 23
3.14.4
Generalidades ............................................................................................................................................. 23
3.14.5
Medição da temperatura do meio refrigerante durante os ensaios de elevação de temperatura .............. 23
3.14.6
Métodos de aplicação da carga ................................................................................................................... 24
3.14.7
Leituras de temperatura ............................................................................................................................... 24
3.14.8
Duração do ensaio ....................................................................................................................................... 25
3.15
Ensaio velocidade de rotação-conjugado para motor síncrono ................................................................. 25
3.16
Conjugado máximo em sincronismo ........................................................................................................... 28
3.17
Grandezas de máquinas síncronas ............................................................................................................. 28
3.17.1
Generalidades ............................................................................................................................................. 28
3.17.2
Métodos de determinação ........................................................................................................................... 30
3.17.3
Descrição dos ensaios e determinação das grandezas das máquinas a partir dos mesmos .................... 32
NBR 5052/1984
68
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
3.17.3.1
Ensaio de saturação em vazio ..................................................................................................................... 32
3.17.3.2
Ensaio de curto-circuito trifásico permanente ............................................................................................. 33
3.17.3.3
Determinação de grandezas a partir da característica em vazio e da característica em curto-circuito trifásico permanente ............................................................................................................................................. 33
3.17.3.4
Ensaio com fator de potência nulo ............................................................................................................... 33
3.17.3.5
Determinação da corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo (sobreexcitação).................................................................................................... 33
3.17.3.6
Determinação da reatância de Potier a partir da característica em vazio, da característica em curto-circuito trifásico permanente e da corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo (sobreexcitação)................................................................................... 33
3.17.3.7
Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier ........................................ 34
3.17.3.8
Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico ASA ................................................ 35
3.17.3.9
Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco ............................................. 36
3.17.3.10
Ensaio de excitação negativa ...................................................................................................................... 36
3.17.3.11
Determinação de xq a partir do ensaio de excitação.................................................................................... 36
3.17.3.12
Ensaio de baixo escorregamento ................................................................................................................ 36
3.17.3.13
Determinação de xq pelo ensaio de baixo escorregamento ....................................................................... 37
3.17.3.14
Ensaio em carga com medição do ângulo de carga δ .........................................................................................37
3.17.3.15
Determinação de Xq pela medição medição do ângulo de carga no ensaio em carga .............................. 37
3.17.3.16
Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo .............................................................................................. 37
3.17.3.17
Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo .............................. 39
3.17.3.18
Ensaio de restabelecimento da tensão ....................................................................................................... 43
3.17.3.19
Determinação de grandezas a partir do ensaio de restabelecimento da tensão ....................................... 43
3.17.3.20
Ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura com relação ao eixo de campo do enrolamento da armadura ......................................................................................... 44
3.17.3.21
Determinação de grandezas a partir do ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura com relação ao eixo de campo do enrolamento da armadura ............................ 44
3.17.3.22
Ensaio de aplicação de tensão para uma posição arbitrária do rotor ......................................................... 44
3.17.3.23
Determinação de grandezas a partir do ensaio de aplicação de tensão para uma posição arbitrária do rotor .............................................................................................................................................................. 44
3.17.3.24
Ensaio de curto-circuito monofásico permanente....................................................................................... 45
3.17.3.25
Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito monofásico permanente ....................... 45
3.17.3.26
Ensaio de seqüência negativa .................................................................................................................... 45
3.17.3.27
Determinação de grandezas a partir do ensaio de seqüência negativa .................................................... 46
3.17.3.28
Ensaio de alimentação monofásica das três fases ..................................................................................... 46
3.17.3.29
Determinação de grandezas a partir do ensaio de alimentação monofásica das três fases ..................... 46
3.17.3.30
Ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha e neutro .............................................. 46
3.17.3.31
Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha e neutro ........................................................................................................................................................... 47
3.17.3.32
Medições da resistência dos enrolamentos: sob corrente contínua, pelo método de tensão e corrente ou pelo método da ponte .................................................................................................................................. 47
3.17.3.33
Determinação da resistência sob corrente contínua pelo método de tensão e corrente e pelo método da ponte ............................................................................................................................................................ 47
3.17.3.34
Ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em vazio .................... 48
3.17.3.35
Determinação de τ’do a partir do ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em vazio ...................................................................................................................................... 48
3.17.3.36
Ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em curto-circuito ....... 48
3.17.3.37
Determinação de τ’do a partir do ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em curto-circuito .......................................................................................................................... 49
NBR 5052/1984
1 3 6 3 0 0 / 7 6 1 . 0 0 0 . 3 3 O R I E L I S A R B O E L O R T E P o v i s u l c x e o s u a r a p r a l p m e x E
69
3.17.3.38
Ensaio de oscilação do rotor suspenso ....................................................................................................... 49
3.17.3.39
Determinação de τ j e de H a partir do ensaio do rotor suspenso ................................................................. 49
3.17.3.40
Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar .................................................................................................. 49
3.17.3.41
Determinação de τ j e H a partir do ensaio de oscilação em pêndulo auxiliar............................................. 49
3.17.3.42
Ensaio de retardamento em vazio ............................................................................................................... 50
3.17.3.43
Determinação de τ j e de H a partir do ensaio do retardamento em vazio ................................................... 50
3.17.3.44
Ensaio de retardamento de máquinas acopladas mecanicamente, operando-se a máquina síncrona como motor ............................................................................................................................................................ 50
3.17.3.45
Determinação de τ j e de H de máquinas acopladas mecanicamente, a partir do ensaio de retardamento, operando-se a máquina síncrona como motor............................................................................................ 50
3.17.3.46
Ensaio de aceleração após supressão instantânea da carga, com a máquina operada como gerador ... 50
3.17.3.47
Determinação de τ j e de H a partir do ensaio de aceleração após a supressão instantânea da carga com a máquina operada como gerador ................................................................................................................. 50
3.17.3.48
Determinação de grandezas por meio de cálculos, utilizando-se grandezas obtidas de ensaios ............ 51
Tabela 1
Fatores de ponderação .................................................................................................................................. 8
Tabela 2
Relação de métodos de ensaio ................................................................................................................... 51
Figura 1
Determinação da resistência do isolamento ................................................................................................. 3
Figura 2
Medição da resistência do isolamento - método do voltímetro ..................................................................... 4
Figura 3
Indicador de seqüência de fases ................................................................................................................... 7
Figura 4
Indicador de seqüência com fases de lâmpadas néon ................................................................................. 7
Figura 5
Esquema de ligações para comparação da seqüência de fase de um gerador com a do sistema pela indicação de tensão através de uma chave desligadora .............................................................................. 7
Figura 6
Fatores de ponderação .................................................................................................................................. 9
Figura 7
Conjunto de curvas em V típicas .................................................................................................................. 10
Figura 8-a)
Diagrama de ligações para os ensaios em vazio ........................................................................................ 15
Figura 8-b)
Diagrama de ligações para os ensaios de curto-circuito ............................................................................ 15
Figura 9
Medição de velocidade de rotação por meio de tensões contínuas ........................................................... 18
Figura 10
Curvas de retardamento .............................................................................................................................. 19
Figura 11
Características com rotor bloqueado........................................................................................................... 28
Figura 12
Determinação da relação de curto-circuito ................................................................................................. 32
Figura 13
Determinação da corrente de excitação, correspondente à tensão e correntes nominais da armadura, pelo ensaio de fator de potência nulo .................................................................................................................. 34
Figura 14
Determinação da reatância de Potier .......................................................................................................... 35
Figura 15
Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier ........................................ 35
Figura 16
Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico ASA ................................................ 40
Figura 17
Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco ............................................. 40
Figura 18
Determinação de Xq a partir do ensaio de excitação negativa ................................................................... 41
Figura 19
Determinação de Xq pelo ensaio de baixo escorregamento ....................................................................... 41
Figura 20-a) Variação da componente periódica da corrente da armadura em função do tempo - Última parte do gráfico constituída por linha reta .............................................................................................................................. 42 Figura 20-b) Variação da componente periódica da corrente de armadura em função do tempo - Última parte do gráfico constituída por curva .................................................................................................................................... 42 Figura 20-c) Determinação do maior valor possível da componente aperiódica da corrente de curto-circuito ............. 42 Figura 21
Determinação de grandezas a partir do ensaio de restabelecimento da tensão ....................................... 43
Figura 22
Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente .................................................................. 45
Figura 23
Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente entre dois terminais de linha e neutro ..... 46
Figura 24
Esquema para determinação da resistência da armadura e resistência do enrolamento de excitação pelo método de tensão e corrente ....................................................................................................................... 48