Testes de motor e acionamento mantêm a estação elevatória

Testes de motor
e acionamento mantêm
a estação elevatória
funcionando durante
a atualização
Funções
de Teste
Estudo
de Caso
Ferramentas de medição: Multímetro
de Isolamento Fluke 1587
Uma bomba elevadora de esgotos
que bombeia milhões de litros
por dia simplesmente não pode
parar. O impacto ambiental do
derramamento dessa quantidade
de esgoto não tratado em um
riacho das proximidades seria
enorme. Este caso mostra como
dois eletricistas testaram alguns
novos sistemas elétricos para essas
bombas, e como o novo Multímetro
de Isolamento Fluke 1587 atendeu
às suas necessidades de teste
e superou suas expectativas.
A estação elevatória de esgoto,
neste caso, faz parte de um
subsistema que atende a mais
de 300 mil pessoas espalhadas
por mais de 500 quilômetros
quadrados. As três bombas da
estação, com potência combinada
de 153 kW, podem transportar até
34.826 metros cúbicos por dia.
No caso de um desligamento total,
os trabalhadores do município têm
aproximadamente 40 minutos para
recolocar a estação em operação
antes que o esgoto seja derramado
no riacho das proximidades.
Operador: Valley Electric
Nota de aplicação
Por isso, o município presta
grande atenção ao estado das
suas estações de bombeamento.
À medida que novas tecnologias
são disponibilizadas, aumentam
a redundância e a robustez.
A estação de bombeamento neste
caso foi atualizada várias vezes nos
40 anos desde que foi construída.
Controladores programáveis foram
incluídos e a lógica de relês passou
a ser usada para contingências.
O sistema de alimentação ganhou
redundância. Um interruptor de
transferência de média tensão
com alimentação dupla da rede
foi adicionado, junto com um
gerador de reserva com seu
próprio interruptor de transferência
para o caso de ambas as fontes
de alimentação caírem.
Mas grande parte dos sistemas
de alimentação e controle é
original, inclusive os disjuntores,
os centros de controle de motor e
o cabeamento. Três acionamentos
de motor antigas de 1980 foram
adicionadas para impulsionar
os motores das bombas. Eles
vêm funcionando bem, mas sua
manutenção não vale a pena.
El. 11,28 metros
Nível do solo.
640,1 cm
Teste realizado: Continuidade,
isolamento, tensão, corrente, frequência
A gravidade leva
o esgoto para
a estação de
tratamento
principal
Motores elétricos de
75 hp EUA (típico)
Rolamentos fixos
de eixo (típico)
HWL El.
-2,06 metros
(pico)
HWL
El.
-2,36 metros
Recipiente
de coleta
LWL
El.
-3,55 metros
Transição
12 x 16
Transição
16 x 20
Duto de força
de 6 metros
de diâmetro
Válvula de
isolamento
de descarga
(típico)
Transição 8 x 12
(típico)
Válvula
retentora
de descarga
(típico)
Válvula de
isolamento de
aspiração
(típico)
El. piso
-5,63 metros
A estação de bombeamento em teste continha poços molhados, bombas, motores e acionamentos.
Agora, o município planeja
atualizar essa estação e outras
quatro nos próximos dois anos.
Duplicação temporária
O contrato para adaptar os
sistemas elétricos da estação
elevatória foi cedido à Valley
Electric Company, da cidade
de Everett, nos EUA. A estação
funciona 24 horas por dia, sete
dias por semana. Portanto,
desligá-la não era uma opção.
Então, a Valley construiu um
sistema elétrico duplicado em uma
estrutura modular ao lado da casa
das bombas. O sistema temporário
contém disjuntores, MCCs,
acionadores de frequência variável,
interruptores de transferência,
protetores de sobretensão e
correção de harmônicos e PF.
A estrutura modular também abriga
um sistema de controle duplicado
que receberá a entrada dos
sensores existentes e controlará
as bombas. Depois que esse
sistema temporário for usado
nesta estação de bombeamento,
o plano é erguê-lo com uma grua
e transferi-lo para o projeto de
adaptação seguinte.
Para garantir que a migração
para o sistema elétrico temporário
ocorra sem problemas, o município
insistiu para que fossem realizados
testes minuciosos do sistema
temporário. Para complicar as
coisas, os quatro acionamentos
de 112 kW que estavam
sendo reaproveitadas de uma
instalação anterior haviam ficado
armazenados em um local úmido
e, provavelmente, ficaram úmidos.
A única maneira de saber se os
acionamentos funcionariam no
primeiro momento era testá-los sob
carga.
A equipe
A equipe de Steve Uhrich e
Brian Glazier da Valley Electric
encomendou dezenas de novas
instalações de todos os tipos.
O processo geralmente envolve
a verificação da continuidade,
usando um megôhmetro, para
verificar a integridade do
isolamento, e a termografia
infravermelha para verificar
se há pontos de concentração
de calor quando o sistema é
acionado pela primeira vez. Neste
caso, a obrigação de verificar
os acionamentos dificultou mais
os procedimentos normais. Se o
processo não fosse crítico, eles
poderiam ter utilizado os motores
reais das bombas para testar os
acionamentos sob carga. Mas eles
não puderam desligar nenhum dos
motores de 100 hp. Eles deveriam
tentar rastrear um motor de 75 kW
ou poderiam usar um banco de
carga para simular a carga?
Eles tinham acesso a um
banco de carga de 500 kW.
Então, decidiram investigar a
viabilidade de usá-lo para testar
os acionamentos. Eles entraram
em contato com os fabricantes dos
acionamentos e do banco de carga.
Ambos os fabricantes garantiram
que o plano de usar o banco de
carga resistiva nos acionamentos
PWM era viável. “Os acionamentos
não geravam mais de 30% da
carga nominal do banco de
carga, e tivemos o cuidado de
elevar a tensão do acionamento
rapidamente para fazer com que
o ventilador do banco de carga se
movimentasse“, observou Uhrich.
Sistema temporário
VFD
VFD
Chave de
transferência
de 480 V
Mecanismos
de distribuição
Filtro de
harmônicos/
correção de PF
VFD
VFD
Sistema
de controle
CCM
Motor/gerador
Alimentação de 13 kV
de rede elétrica
VFD
VFD
Chave de
transferência de MV
Transformador
redutor
Medidor
Chave de
transferência
de 480 V
Mecanismos
de distribuição
VFD
Sistema
de controle
Iluminação
Reserva de 13 kV
de rede elétrica
Sistema a ser substituído
CCM
Principais elementos do sistema elétrico duplicado.
2 Fluke Education Partnership Program Testes de motor e de acionamento mantêm a estação elevatória funcionando durante a atualização
Glazier desenvolveu um
plano de teste detalhado que
incorporou elementos essenciais
da operacionalização elétrica
convencional, junto com o teste de
carga. Primeiro, eles verificaram
todas as conexões, depois
acionaram cada um dos quatro
acionamentos e as deixaram
funcionando por 15 minutos
a 30%, 60% e 100% da saída
nominal. A cada passo, eles
verificavam se o acionamento
estava de fato gerando o que
aparecia no visor. Para executar
o plano, eles planejavam ter
um multímetro digital, um
megohmetro, um analisador de
qualidade de energia, e uma
câmera de infravermelho.
Uhrich havia adquirido
recentemente um Multímetro
de Isolamento Fluke 1587 e
estava ansioso para testá-lo
minuciosamente. O 1587 combina
as funções de um multímetro
digital e de um megôhmetro. Ele
também inclui um filtro passabaixo, que permite verificar a
saída de um acionamento de motor
com PWM. Devido à necessidade
de verificar a continuidade, os
níveis de tensão, a integridade do
isolamento e o desempenho do
acionamento, este caso foi uma
oportunidade de ouro para usar
muitas das funções do 1587.
Teste do sistema
Antes de conectar o novo sistema
à rede elétrica, Uhrich e Glazier
testaram os cabos de entrada e os
disjuntores. As funções de teste
do isolamento e continuidade de
1.000 V do 1587 foram utilizadas
durante este teste inicial. Eles
testaram o isolamento de cada
um dos condutores com o terra
e entre si. Durante esta fase de
testes, eles descobriram que
um dos condutores de fase que
saía do interruptor com fusíveis,
alimentando o disjuntor temporário,
tinha apenas 400 kW de resistência
com o terra. Ela deveria estar pelo
menos na casa dos megaohms.
Eles substituíram o cabo antes
de continuar.
Quando eles ligaram o sistema,
fizeram medições no medidor da
rede elétrica para garantir que não
estavam puxando uma corrente
excessiva e que a tensão estivesse
próxima de 277 V. O 1587 600 V
CAT IV se saiu muito bem nas
medições de tensão em todos os
pontos deste sistema, desde a
alimentação temporária da rede
até os acionamentos. E com um
acessório de alicate amperímetro
(o Fluke i400s com adaptador),
também foi possível medir
a corrente.
Cada um dos acionamentos
foi conectado ao banco de carga
e alimentada uma por vez. Em
cada um dos três níveis de saída,
Uhrich e Glazier fizeram leituras
de corrente para garantir que
a corrente até o banco de carga
estivesse dentro da tolerância.
Eles mediram a tensão e a
frequência e as correlacionaram
com visor do acionamento. O filtro
passa-baixo do 1587 permite fazer
leituras de tensão e frequência
que correspondam à envoltória
da PWM, e não ao pulso individual
que compõe a forma de onda.
As leituras de passa-baixo podem
ser diretamente comparadas com
o visor do acionamento.
Depois de deixar cada
acionamento funcionando por
45 minutos, Glazier tomou
termogramas infravermelhos do
acionamento e dos disjuntores para
verificar se não havia pontos de
concentração de calor.
Uhrich disse: “Eu levo um
monte de instrumentos de teste
em meu caminhão, mas com a
versatilidade do 1587 eu posso
pegar um só medidor e realizar
todos os testes necessários para
solução de problemas, manutenção
ou operacionalização“.
Os novos disjuntores e o
Fluke 1587 funcionaram bem.
O município e a equipe da Valley
Electric ficaram satisfeitos com
o resultado dos inovadores
testes de acionamento. Depois
desses testes completos, todos
estão mais confiantes em que os
equipamentos elétricos temporários
darão conta da estação durante
a renovação.
Steve Uhrich testa a resistência do cabeamento da o acionamento.
Fluke Corporation
PO Box 9090, Everett, WA USA 98206
©2007 Fluke Corporation. Todos os direitos reservados.
Impresso nos EUA. 8/2011 4061521 A-PT-BR-N Rev A
Na Web: http://www.fluke.com
3 Fluke Education Partnership Program Testes de motor e de acionamento mantêm a estação elevatória funcionando durante a atualização