sexta-feira, 3 de fevereiro de 2023 · 0 min read
Teste de vibração em reator de alta tensão
Os testes e análises de vibração são amplamente usados para identificar anomalias em máquinas industriais e outras. Neste teste, o sistema de medição Dewesoft SIRIUSi foi usado para testar um reator de alta tensão. Esses testes em intervalos regulares permitem acompanhar a evolução das características mecânicas do material isolante - identificando problemas com o maquinário para prever a necessidade de manutenção. O Dewesoft SIRIUSi pode ser configurado para realizar medições mecânicas ou elétricas ou uma combinação das duas, dependendo das necessidades de teste.
A Terna SpA é uma operadora de sistema de transmissão (TSO) com sede em Roma, Itália. Opera por meio da Terna Rete Italia, que administra a rede de transmissão de alta tensão italiana. Uma rede de 74.669 Km de linhas com 888 subestações elétricas e 4 centros de controle gerenciando 320 bilhões de kWh por ano. Essas redes distribuem eletricidade de alta tensão muitas vezes maior do que as tensões dos consumidores, na Itália normalmente até 380 kV (CA).
Reatores shunt são usados em sistemas de transmissão de energia de alta tensão para estabilizar a tensão durante as variações de carga. Um reator de derivação tradicional tem uma classificação fixa e está conectado à linha de alimentação o tempo todo ou ligado e desligado dependendo da carga.
Os principais parâmetros do sistema de energia são as tensões e a frequência do sistema, que normalmente indicam o nível das potências ativa e reativa geradas em relação ao requisito de potência da carga.
O aumento da carga de potência ativa e reativa tende a diminuir a frequência do sistema e os níveis de tensão, respectivamente. Então, torna-se essencial gerar energia ativa e reativa adicional. A função dos reatores é estabilizar a tensão da rede consumindo a potência reativa das linhas aéreas em condições de baixa carga.
A alta qualidade e estabilidade de longo prazo desses componentes são cruciais para uma rede de transmissão confiável. No entanto, baixos níveis de ruído e vibração são exigidos pelos clientes. O ruído dos reatores e grandes transformadores de potência tem um caráter tonal, que é percebido como mais incômodo do que o ruído de banda larga nos mesmos níveis sonoros.
Objetivo do Teste
O objetivo do teste foi verificar as diferenças no nível de vibração entre um reator particularmente ruidoso e um menos ruidoso (normal) conforme a variação da carga aplicada. Esta comparação tem como objetivo avaliar as possíveis variações ao longo do tempo de eventuais desvios mecânico-estruturais dos reatores, para prever e prevenir suas falhas.
O equipamento de medição usado
Um sistema de condicionamento de sinal e aquisição de dados Dewesoft SIRIUS, modelo SIRIUSi-HS 4xHV, 4xLV
Um grampo de corrente Dewesoft AC, modelo DS-CLAMP-15AC
Dois acelerômetros uniaxiais IEPE 10mV / g
Microfone GRAS 46AE 1/2 "
Acessórios de interface
Os transformadores de corrente (TCs) são usados para medir a corrente alternada (CA). Eles são sensores indutivos que consistem em um enrolamento primário, um núcleo magnético e um enrolamento secundário.
Essencialmente, uma corrente alta é transformada em uma baixa usando um portador magnético, portanto, correntes muito altas podem ser medidas com segurança e eficiência. Na maioria dos transformadores de corrente, o enrolamento primário tem muito poucas voltas, enquanto o enrolamento secundário tem muito mais voltas. Essa proporção de voltas entre o primário e o secundário determina o quanto a magnitude da carga atual é reduzida.
A CA detectada pelo enrolamento primário produz um campo magnético no núcleo, que induz uma corrente no enrolamento secundário. Esta corrente é convertida na saída do sensor.
Os transformadores de corrente estão disponíveis na configuração split-core da Dewesoft, o que permite possibilidades convenientes de conexão, uma vez que o circuito não precisa ser alterado de forma alguma.
O módulo integra um circuito de condicionamento de sinal de alta qualidade com todos os recursos necessários, tais como:
seleção de acoplamento AC ou DC,
ganhos programáveis,
compensação de deslocamento (derivado de transdutores),
filtros passa-baixa programáveis,
excitação das sondas de corrente,
a possibilidade de medição IEPE,
auto-reconhecimento das sondas atuais e a sensibilidade a ser usada e auto-reconhecimento dos adaptadores.
Dentre as várias características, destaca-se o isolamento galvânico em 1600V canal-canal e canal-terra.
Configuração de medição
Um canal do sistema de aquisição de dados isolado SIRIUSi foi dedicado à medição de tensão, detectada a jusante do TP (1: 3850). O outro canal foi utilizado para a medição de corrente a jusante do reator (CT 1: 400).
Para este teste, dois acelerômetros foram usados na estrutura externa do reator. Um foi mantido em uma posição fixa próximo ao indicador de temperatura e o outro mudou para duas posições durante o teste. Um no lado do trocador e um no lado da saída HV.
Reator ruidoso
O teste de monitoramento de vibração da estrutura mecânica do reator de fase 4 ruidoso envolveu duas configurações:
O acelerômetro 1 está posicionado atrás do indicador de pressão e o acelerômetro 2 está posicionado no lado do trocador;
O acelerômetro 1 está posicionado atrás do indicador de pressão e o acelerômetro 2 está posicionado no lado da saída HV.
Reator de ruído normal
O teste de monitoramento de vibração da estrutura mecânica de um reator com nível de ruído normal, o reator de fase 12, envolveu duas configurações:
O acelerômetro 1 está posicionado atrás do indicador de pressão e o acelerômetro 2 está posicionado no lado do trocador
O acelerômetro 1 está posicionado atrás do indicador de pressão e o acelerômetro 2 está posicionado no lado da saída HV.
Análise Mecânica Comparativa
Fizemos uma análise mecânica comparativa entre o reator de fase 4 e o reator de fase 12.
Para ambas as configurações de medição, o comportamento mecânico do reator Fase 4 apresenta valores RMS de aceleração mais elevados quando comparado com os valores RMS de aceleração adquiridos no reator Fase 12.
| Reator | Acc. 1 (indicador de pressão) | Acc. 2 (lado do trocador) | Acc. 2 (Lado HV) |
|---|---|---|---|
| Reator barulhentoFase 4 | 0.363 g | 0.606 g | 0.779 g |
| Reator de ruído padrãoFase 12 | 0.142 g | 0.430 g | 0.430 g |
Os dados extraídos mostram que um reator com nível de ruído normal apresenta um nível de vibração uniforme em ambos os lados (lado do trocador e lado HV), igual a 0,430 g. O acelerômetro próximo ao indicador de pressão mede uma aceleração igual a cerca de um terço da outra. Este é um fenômeno que se explica pela presença de um reforço da carpintaria metálica não muito longe do primeiro acelerômetro.
The extracted data show that a reactor with a normal noise level shows a uniform vibration level on both sides (exchanger side and HV side), equal to 0.430 g. The accelerometer near the pressure indicator measures an acceleration equal to about one-third of the other. This is a phenomenon that is explained by the presence of a reinforcement of the metal carpentry not far from the first accelerometer.
A análise realizada no reator ruidoso, por outro lado, mostra uma clara discrepância nos valores de vibração dos dois lados medidos pelo acelerômetro 2 (0,606 e 0,779 g RMS).
Além disso, neste caso, o acelerômetro 1 detecta um nível de vibração mais baixo, mas com uma razão de cerca de ½ em vez de ⅓ como no caso de um reator ruidoso. O fenômeno é claramente visível na Figura 6.
Uma análise de frequência dos sinais dos acelerômetros mostra a presença clara de harmônicos de até 1.500Hz.
O conteúdo espectral é diferente, mas está presente nas mesmas frequências.
Ao adicionar a tensão da linha ao gráfico (em verde), a correlação da frequência das vibrações mecânicas com a da energização do reator torna-se clara. A tensão da linha está em 50 Hz, enquanto os harmônicos das vibrações são múltiplos de 100 Hz.
Análise de Potência
Realizamos uma análise de potência nos sinais de tensão e corrente adquiridos a jusante dos TPs e TCs para calcular os parâmetros típicos de um analisador de rede.
Frequência de linha
A frequência da linha foi calculada pelo algoritmo PLL integrado com DewesoftX que garante precisão de 1 MilliHertz.
Nos 20 minutos de gravação, o sistema detectou variações de frequência com uma variação pico a pico de 0,07 Hz.
Análise Fasorial
Uma exibição de fasores de tensão e corrente destaca a mudança de fase de 90 °, que é típica da indutância quase pura do reator.
Análise de Harmônicas
O fator de potência muito baixo (0,0255) é quase totalmente causado pelo deslocamento de fase próximo a 90 graus, enquanto a potência de distorção é praticamente desprezível (regime senoidal quase perfeito).
Para a potência reativa Q, é medido em “var” (volt-ampere-reativo) - VA adicionou a letra “r”. Os múltiplos de “var” são kvar (kilovar) e Mvar (megavar).
A potência de distorção D é 1.059 kvar de uma potência reativa total Q de 86.347 kvar e uma potência aparente S de 86.375 kvar.
Conclusão
Os testes realizados mostraram claramente um alto nível de vibrações do reator de ruído (Fase 4) em comparação com o reator de ruído normal (Fase 12). Ele também mostrou uma distribuição não uniforme de intensidades nos dois lados medidos.
A vibração medida mostra uma correlação perfeita com a frequência da rede de 50 Hz, um sinal claro de que ela deriva dos fenômenos de energização do reator.
Uma análise em intervalos regulares dos reatores com o sistema Dewesoft permite, sem dúvida, acompanhar a evolução das características mecânicas do material isolante e prever a eventual necessidade de manutenção.
O sistema Dewesoft SIRIUSi pode ser configurado para realizar medições mecânicas ou elétricas ou uma combinação dos dois, dependendo das necessidades de teste.
A análise de potência , em paralelo com as medições mecânicas, permite manter todas as características elétricas do sistema sob controle e agrega informações importantes para detectar eventuais anomalias.
A mesma ferramenta poderia ser utilizada para análise modal (Teste Modal) quando o reator não está energizado, para identificar as frequências e formas modais, conforme mostrado na imagem a seguir.
Qualquer desvio de frequências e formas modais fornece um índice claro de desgaste mecânico com a conseqüente mudança nas características de rigidez.
Esses índices poderiam ser usados tanto na fase inicial para identificar os melhores pontos para analisar as vibrações quanto na análise periódica para ter uma imagem clara da variação das características mecânicas.
Tudo para dar uma ideia do comportamento mecânico dinâmico do reator - uma ferramenta útil para a otimização de suas propriedades de ruído e vibração.
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