Como Testes Contínuos de Resistência de Isolação Aumentam Confiabilidade e Produtividade de Motores

Por décadas, pessoal de fábrica realiza testes de resistência de isolação com megaômetros portáteis para prevenir falhas de motores que levam a paradas não planejadas caras, penalidades por falha de produção e reparos de rebobinamento. No entanto, esses testes fornecem apenas um "instantâneo" da saúde do motor. Em questão de dias, enrolamentos e cabos expostos a umidade, químicos, contaminantes ou vibração podem ser comprometidos e falhar na partida.

Megaômetros portáteis também exigem que técnicos elétricos desconectem manualmente cabos do equipamento e conectem pontas de teste em equipamentos potencialmente energizados ou danificados para realizar testes manuais. Esses testes expõem técnicos a potenciais arcos elétricos ao acessar o painel. Nos EUA, incidentes não fatais de arco elétrico ocorrem aproximadamente 5 a 10 vezes por dia, com fatalidades na taxa de aproximadamente um por dia.

Com tanto em risco, gestores de fábrica reconhecem o valor do monitoramento contínuo de megaômetros da resistência de isolação que inicia no momento em que o motor desliga até ser religado.

Munidos dessa informação em tempo real, pessoal de manutenção pode tomar ações corretivas antecipadamente para evitar falha que interromperia produção. Fazendo isso, podem economizar centenas de milhares de dólares em taxas de reparo para rebobinamento caro, penalidades por falha de produção e tempo de produção perdido.

Além disso, dispositivos de teste automáticos permanentemente instalados permitem monitoramento "mãos-livres" sem acessar painéis — mantendo técnicos fora de perigo.

Proteção de Motores em Utilidades

Independente da indústria, plantas de manufatura e processamento dependem fortemente de motores, embora número e tipo variem conforme tamanho da planta e tipo de combustível. Algumas plantas podem ter 20-30 motores críticos, com média de cinco a dez.

Motores críticos são aqueles que poderiam prejudicar significativamente capacidade de atender objetivos de negócio com segurança ou afetar níveis de produção se ficarem offline inesperadamente. Exemplos incluem motores de 480-13.800 V usados para operar compressores, bombas e ventiladores.

A maioria das utilidades mantém esses motores através de programas de manutenção preventiva (MP) baseados em tempo. Testes de resistência de isolação são tipicamente agendados semestralmente. No entanto, dada redução de pessoal na maioria das plantas, pode ser ainda menos frequente. Baseados nesses testes, motores podem ser agendados para envio a oficinas de reparo para recondicionamento.

Tipicamente, testes de resistência de isolação também são conduzidos no início de revisões anuais ou paradas planejadas para identificar motores que também precisem reparo. Ainda, apesar de programas MP, motores offline ou ciclagem frequente podem ser comprometidos rapidamente. "Tivemos nossa cota de falhas de motor, e ficou bem caro", disse Richard Hohlman, aposentado após 37 anos em usinas de geração de energia.

"Às vezes falhas podem ser realmente caras", disse. "Naquela planta, tínhamos alguns motores de indução CA PAM de duas velocidades Westinghouse e rebobinar um deles seria despesa de seis dígitos."

De perspectiva O&M (Operações e Manutenção), "se podemos identificar motor fraco e evitar risco de tentar ligá-lo e ter falha, isso é grande economia", adicionou.

Para evitar motores falhos, Hohlman exigia que todos motores críticos em uma planta de 1.500 mW no Long Island Sound desligados por 24 horas ou mais fossem testados manualmente com megaômetro antes de religar. "Isso virou despesa em si, porque testes são frequentemente conduzidos em diferentes horas do dia, em taxas de hora extra", disse Hohlman. "Mas, fazendo isso, evitamos várias falhas de motor."

Hohlman disse que um membro da equipe descobriu Meg-Alert, dispositivo de teste e monitoramento contínuo fabricado pela Meg-Alert, Minocqua, Wisconsin. A planta instalou inicialmente em quatro bombas de circulação e vários ventiladores de tiro induzido. Depois, dispositivos foram adicionados a vários ventiladores de tiro forçado e outros motores críticos pela planta.

A unidade Meg-Alert é permanentemente instalada dentro do compartimento de alta tensão do MCC ou seccionadora e conecta diretamente aos enrolamentos do motor ou gerador. A unidade detecta quando motor ou gerador está offline e então realiza teste dielétrico contínuo na isolação do enrolamento até o equipamento ser religado.

A unidade funciona aplicando tensão DC de teste não destrutiva, limitada em corrente, aos enrolamentos de fase e mede com segurança qualquer corrente de fuga através da isolação de volta à terra. O sistema usa níveis de tensão DC de 500, 1.000, 2.500 ou 5.000 V que atendem padrões IEEE, ABS, ANSI/NETA e ASTM International para tensão adequada de teste de resistência de isolação baseada na tensão de operação do equipamento.

O teste não causa deterioração da isolação e inclui tecnologia de limitação de corrente que protege pessoal.

"Com monitoramento contínuo, a equipe O&M está ciente o tempo todo da aptidão do motor para serviço", disse Hohlman. "Toda vez que o motor desliga — seja por segundos, um dia, ou pelos 10 dias de uma parada — o motor está sendo testado. E se cai abaixo de nível seguro, alarma imediatamente e pode travar motor de partir."

Isso contrasta fortemente com o instantâneo do megaômetro no início da parada. O motor pode rapidamente absorver umidade considerável devido a umidade e contaminação.

"Um motor elétrico pode absorver umidade suficiente em poucas horas na região sul do país para causar dano na partida", disse Ricky Loupe, gerente elétrico e de instrumentação em grande planta que produz forma em pó de cloreto de polivinila (PVC) e ingrediente principal, cloreto de vinila. "Há muitos dias chuvosos com alta umidade aqui no Sul, e umidade e eletricidade não combinam.

"Quando motor cheio de umidade é partido, enrolamentos vão à terra e danificam motor", continuou Loupe. "Agora você tem motor crítico com enrolamentos danificados que custará quantia significativa para reparar."

Engenheiro na época, ele e sua equipe conduziram análise para determinar causa raiz e como prevenir. Após saber mais sobre Meg-Alert, comprou um como teste. Loupe disse que foi instalado em motor 4.160-V, 1.200-hp, gabinete WP, usado para acionar compressor em unidade chiller.

Baseado em requisitos de produção, alguns chillers eram desligados e só usados quando necessário. Isso significava que motores de algumas unidades podiam ficar ociosos. Antes de rodar chiller novamente, motores tinham que ser testados com megaômetros portáteis. "Frequentemente esse trabalho era fora de horário, devido a demandas operacionais e requisitos de ligá-los o mais rápido possível", explicou Loupe. "Tínhamos técnicos vindo nos fins de semana — frequentemente em hora extra — só para testar motores para que pudessem partir."

Loupe disse que com unidades Meg-Alert, essa informação agora está disponível em tempo real. Ficou mais convencido após o dispositivo, conectado ao starter, não permitir motor ligar devido a leituras baixas de resistência megaôhmica após dia chuvoso. "O Meg-Alert não permitiu o motor partir porque havia muita umidade no motor", explicou Loupe. "Isso, ali, pagou a unidade de monitoramento contínuo dez vezes mais."

Hoje, a planta tem Meg-Alerts em todos dez motores de chiller e em quatro bombas de torre de resfriamento de 900-hp em outra área.

Monitoramento 'Mãos-Livres'

Sistema de monitoramento contínuo também permite abordagem "mãos-livres" que não exige técnicos acessarem gabinetes de controle para teste manual de resistência de isolação. Em vez disso, medidor analógico fora na porta do gabinete mostra leituras de resistência de isolação em megaôhms em tempo real. O medidor também indica níveis de isolação bom, regular e ruim através de esquema simples de cores "verde, amarelo, vermelho".

Quando níveis predeterminados de set point de resistência de isolação são atingidos, luzes indicadoras acendem para sinalizar condição de alarme e notificações automáticas podem ser enviadas à rede de monitoramento. Monitoramento contínuo também mostra se aquecedores usados para manter temperaturas térmicas ou prevenir condensação estão funcionando corretamente.

A maioria dos motores utiliza aquecedores para manter temperatura dentro do motor para não variar drasticamente da temperatura de operação ou temperaturas ambientes fora da unidade. Se cai abaixo do ponto de orvalho, motor começa pegar condensação enquanto offline.

No entanto, se esses aquecedores falham ou disjuntor desarma, pessoal de manutenção pode não saber até motor falhar na partida. Embora aquecedores de motor sejam verificados regularmente, isso pode deixar motores e geradores críticos desprotegidos por semanas ou meses.

Prevenindo Arcos Elétricos

Talvez mais importante, Loupe disse que abordagem mãos-livres reduz exposição de funcionários a potencial dano de arcos elétricos. "Com dispositivos de monitoramento contínuo de resistência de isolação, você elimina potencial dano de arcos elétricos por não ter técnico abrindo gabinetes para teste megaôhmico", disse Loupe.

Arco elétrico é descarga elétrica indesejada que viaja pelo ar entre condutores ou de condutor à terra. O flash é imediato e pode produzir temperaturas quatro vezes a da superfície do sol. Calor intenso causa expansão súbita do ar, resultando em onda de choque que pode arremessar trabalhadores e derrubá-los de escadas. Lesões incluem queimaduras de terceiro grau, cegueira, perda auditiva, dano nervoso, parada cardíaca e morte.

Entre causas potenciais de arco elétrico listadas pela NFPA 70E inclui "uso impróprio de equipamento de teste". Embora desenergizar equipamento antes de testar e usar EPI apropriado seja recomendado, a melhor solução é eliminar necessidade de acessar gabinetes de controle para realizar testes de resistência de isolação.

Além do risco de arcos, Loupe testemunhou outro risco potencial em primeira mão que pode ocorrer se motor curto-circuita a poucos pés de funcionário. Na planta, pessoal fica a apenas cerca de 1,5 metros do motor ao partir chiller. Se motor curto-circuita, faz enorme barulho e joga massa de faíscas.

"Com monitoramento contínuo de resistência de isolação, você não tem funcionário em perigo se motor falha na partida", disse Loupe. "O dispositivo previne essa preocupação de segurança também."

Para mais informações visite www.megalert.com ou ligue 800-778-5689.