Hidrogeradores

A NISHI atua na manutenção, fabricação de componentes e consultoria especializada para avaliação do sistema isolante de máquinas elétricas. Possui corpo técnico multidisciplinar para avaliação do equipamento e planejamento de intervenções programadas e corretivas. É especialista na manutenção de geradores hidrelétricos de todos os tamanhos e potência, consolidando sua expertise na fabricação de barras e bobinas de média e alta tensão.

A falha elétrica é o principal risco associado aos geradores hidrelétricos. Falha de isolamento, faltas elétricas e condições operacionais anormais podem resultar em danos significativos aos enrolamentos do estator, núcleo e rotor.

Os geradores hidrelétricos também estão sujeitos a falhas mecânicas, como danos nos mancais, falta de lubrificação e baixa eficiência no sistema de resfriamento, rachadura na estrutura do estator e deformação do polo do rotor.

Falhas elétricas e mecânicas podem causar sérios danos ao gerador e resultar em efeitos em cascata, como incêndios de óleo de lubrificação e instabilidade do sistema elétrico, e que podem afetar outros geradores.

A operação e manutenção de acordo com as instruções dos fabricantes previnem perdas, porém devem ser observadas recomendações complementares com base nos seguintes fatores:

• Inspeções visuais;
• Histórico operacional;
• Disponibilidade da máquina;
• Resultados de testes elétricos;
• Resultados de monitoramento de condição;
• Histórico de falhas;
• Alertas de equipamento;
• Histórico de manutenção;
• Relatório de desmontagem anterior;
• Exposição a condições operacionais severas ou anormais;

Os modos de falhas mais comuns nos geradores de corrente alternada estão relacionados ao estator, núcleo e rotor.

ESTATOR

As falhas do enrolamento do estator ocorrem quando a parede isolante ou o isolamento entre espira falha e permite ocorrer um curto-circuito.

As falhas por deterioração térmica ocorrem quando o gerador é operado em temperaturas superiores à classificação térmica do isolamento do enrolamento do estator. Problemas no isolamento causam delaminação das camadas de fita de mica do isolamento. Haverá fricção entre os condutores soltos que danificam o isolamento, resultando em curtos-circuitos elétricos. A delaminação das camadas de fita de mica também cria lacunas no isolamento, onde a atividade de descarga parcial pode ocorrer, e eventualmente corroer uma cavidade no isolamento causando um curto-circuito elétrico.

As causas da deterioração térmica incluem:

1. Sobrecarga do gerador;
2. Projeto ou fabricação deficiente;
3. Troca térmica deficiente causada por alta temperatura ambiente, filtros de ar bloqueados, tubos trocadores de calor obstruídos e bloqueio das passagens de resfriamento do gerador e orifícios de ventilação;
4. Operação sobreexcitada e subexcitada do gerador de forma contínua;
5. Correntes de sequência negativa causadas pelo desequilíbrio de fase das correntes do estator;
6. Altas harmônicas no sistema elétrico contribuindo para maior aquecimento no estator e núcleo.

• Descarga parcial

A atividade das descargas parciais na isolação tende a contribuir para a evolução dos vazios presentes no isolamento. Com o tempo, podem criar stress suficiente para fragilizar o bobinado até que ocorra um possível curto-circuito

• Corona

O efeito corona é um tipo de descarga parcial que ocorre na superfície do bobinado, saída de ranhura e na cabeça das bobinas, especialmente entre as bobinas de fase.

• Ciclo de carga

O ciclo de carga causa falha de isolamento como resultado da diferença na expansão térmica entre o condutor de cobre do estator e a parede isolante. O cobre se expande mais rápido do que a parede isolante e resultará em uma tensão de cisalhamento axial entre o isolamento da parede isolante e o condutor de cobre. Com ciclos de carga repetitivos, o cobre eventualmente se separará do isolamento da parede de aterramento. A lacuna criada permitirá que a descarga parcial ocorra. A lacuna também permite que os condutores de cobre na barra se soltem e vibrem, levando a danos do isolamento.

• Barras do estator soltas

Barras do estator soltas vibrarão radialmente na ranhura. Isso faz com que o isolamento seja desgastado pela superfície da ranhura. O movimento da barra do estator na ranhura também gera descargas na ranhura que, ao longo do tempo, torna-se descarga parcial quando a camada semicondutora sobre a barra do estator é desgastada. A descarga parcial irá acelerar a deterioração do isolamento.

• Revestimento semicondutor defeituoso

Barras do estator em máquinas classificadas em 6 kV e superiores são geralmente revestidas com tinta ou fita que usam matéria prima de carbono para dar ao revestimento uma propriedade semicondutora. No entanto, a oxidação da matéria prima de carbono pode ocorrer devido à atividade de descarga parcial ou áreas localizadas de alta resistência no revestimento. Isto irá reduzir a eficácia do revestimento semicondutor e permitirá que mais atividade de descarga parcial ocorra, eventualmente levando a falha de isolamento.

• Sobretensões

As sobretensões devido a raios, falhas elétricas e comutação farão com que o isolamento falhe se for estressado além de sua capacidade de suportar.

• Contaminação

Geradores de corrente alternada refrigerados a ar abertos, geralmente operam em ambientes onde estão expostos a contaminantes como poeira, maresia, umidade e produtos químicos. Esses geradores abertos estão suscetíveis a arco elétrico, erosão e ataque químico como resultado desses contaminantes.

• Núcleo

O núcleo do estator é feito de laminações de aço. Essas laminações são isoladas umas das outras para reduzir a quantidade de correntes parasitas que são induzidas no núcleo. As correntes parasitas geram calor e perdas no gerador. A deterioração do isolamento interlaminar resultará em superaquecimento e danos ao núcleo. Os danos podem ser graves e podem resultar em danos nos enrolamentos.

ROTOR

O isolamento do rotor consiste em dois componentes: (1) isolamento entre o enrolamento do polo e o corpo do polo, e (2) isolamento entre espiras, que fornece isolamento individual entre as espiras do enrolamento do rotor para cada polo.

O isolamento do polo para geradores pequenos e grandes é geralmente o mesmo. Em máquinas modernas, isso consiste em laminado de vidro isolante entre o enrolamento e a sapata polar que garantam a rigidez dielétrica e mecânica necessária.

O isolamento da espira em geradores menores consiste na isolação de esmalte e fibra de vidro do condutor. Em geradores maiores, o isolamento de espiras consiste em um separador de material isolante colocado entre cada tira plana de cobre ou fita de material isolante enrolada em torno das tiras de cobre.

• Falha de conexões entre polos

Cada polo em um rotor de polo saliente é conectado em série por conexões interpolares aparafusadas ou abrasadas. Durante a operação, os polos do rotor se moverão em relação ao outro, fazendo com que as conexões interpolares se friccionem. Com o tempo a fadiga mecânica pode fazer com que as conexões interpolares se rompam, resultando em um enrolamento de campo aberto. Pode ocorrer mesmo com conexões interpolares laminadas flexíveis.

• Falha de isolamento do rotor

As falhas do enrolamento do rotor também podem ocorrer quando o isolamento do polo ou da espira falha e permite ocorrer um curto-circuito. É possível que o gerador continue operando com espiras em curto do rotor. Espiras em curto também resultam em aumento da vibração devido ao campo magnético assimétrico.