Entendendo o desequilíbrio elétrico

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Definição: O que é desequilíbrio elétrico?

Desequilíbrio elétrico O desequilíbrio de fase (também chamado de desequilíbrio de tensão ou desequilíbrio de corrente) é uma condição em sistemas elétricos trifásicos onde as tensões ou correntes nas três fases não são iguais em magnitude ou não estão separadas por exatamente 120 graus elétricos. Essa assimetria na alimentação elétrica ou nos enrolamentos do motor cria forças eletromagnéticas desequilibradas, aquecimento excessivo nos enrolamentos do motor, correntes de sequência negativa, pulsações de torque e características indesejáveis. vibração com o dobro da frequência da linha.

Mesmo pequenos desequilíbrios de tensão (2-3%) podem causar desequilíbrios de corrente significativos (6-10×) e reduzir a eficiência e a vida útil do motor. O desequilíbrio elétrico é um problema comum em instalações industriais e pode resultar de problemas no fornecimento de energia elétrica, má distribuição de energia ou defeitos no enrolamento do motor.

Tipos de desequilíbrio elétrico

1. Desequilíbrio de tensão

Tensões desiguais entre fases ou entre fase e neutro:

• Medição: Meça a tensão entre cada par de fases (AB, BC, CA).
• Cálculo: Desequilíbrio de tensão % = (Desvio máximo da média / média) × 100
• Exemplo: As fases medem 477V, 480V e 483V → Média de 480V, desvio máximo de 3V → Desequilíbrio de 0,625%
• Aceitável: < 1% por NEMA, < 2% por IEC

2. Desequilíbrio de corrente

Corrente desigual nas três fases:

• Medição: Meça a corrente em cada fase (IA, IB, IC).
• Cálculo: % Desequilíbrio de corrente = (Desvio máximo da média / média) × 100
• Causas: Desequilíbrio de tensão, falhas no enrolamento, conexões deficientes
• Amplificação: Um pequeno desequilíbrio de tensão cria um desequilíbrio de corrente maior (multiplicador de 6 a 10 vezes).

3. Desequilíbrio do ângulo de fase

• Fases não separadas exatamente por 120°
• Cria torque pulsante e aquecimento.
• Menos comum do que o desequilíbrio de magnitude
• Requer um analisador de qualidade de energia para detectar o problema.

Causas do desequilíbrio elétrico

Problemas no fornecimento de energia elétrica

• Problemas com transformadores: Transformadores de distribuição desequilibrados
• Cargas monofásicas: Grandes cargas monofásicas na mesma fonte de alimentação criam assimetria.
• Problemas na linha de transmissão: Impedância desigual em três fases
• Condições de falha na rede elétrica: Perturbações do sistema

Distribuição de instalações

• Conexões ruins: Conexões de alta resistência em uma única fase.
• Fusíveis queimados: Perda parcial de uma fase (desequilíbrio grave)
• Comprimentos de cabos desiguais: Impedâncias diferentes em condutores de fase
• Monofásico: Perda total de uma fase (desequilíbrio extremo)

Causas internas do motor

• Falhas no enrolamento: Curvas de giro a giro reduzem as curvas efetivas em uma fase.
• Assimetria de Enrolamento: Variação de fabricação nas resistências de enrolamento
• Problemas de conexão: Conexões de terminal deficientes
• Enrolamentos danificados: Curto-circuitos parciais ou circuitos abertos

Efeitos no desempenho motor

Superaquecimento

A consequência mais grave:

• Correntes de sequência negativa criam aquecimento adicional.
• Uma das fases conduz mais corrente do que a projetada.
• Aumento de temperatura muito maior do que o desequilíbrio de tensão sugeriria
• Regra prática: O desequilíbrio de tensão em 3% pode causar aumento de temperatura em 18-25%.
• Envelhecimento e falha acelerados do isolamento

Eficiência e fator de potência

• Menor eficiência devido às correntes circulantes
• Fator de potência reduzido
• Aumento do consumo de energia
• Perda de eficiência típica: 1-2% para desequilíbrio moderado

Pulsações de torque

• Torque pulsante com frequência duas vezes maior que a da rede.
• Cria vibração torsional na transmissão.
• Pode excitar ressonâncias torsionais
• Reduz o funcionamento suave

Vibração

• 2× Frequência da linha: Componente de vibração de 120 Hz (60 Hz) ou 100 Hz (50 Hz)
• Origem eletromagnética: Forças magnéticas pulsantes
• Amplitude: Proporcional ao grau de desequilíbrio
• Confusão: Pode ser confundido com falhas do estator ou atração magnética

Vida útil reduzida

• O aumento do estresse térmico reduz a vida útil do isolamento.
• Redução da potência do motor necessária (capacidade reduzida)
• O desequilíbrio de tensão 3% pode reduzir a vida útil do motor em 50%.

Detecção e Medição

Medição de Tensão

• Meça as tensões de fase (VAB, VBC, VCA) com o motor funcionando sob carga.
• Calcule a média e o desvio percentual.
• Realize a medição nos terminais do motor (não no painel de alimentação), incluindo a queda de tensão.
• Documente e acompanhe as tendências ao longo do tempo.

Medição atual

• Meça a corrente em cada fase com um alicate amperímetro.
• Calcular a porcentagem de desequilíbrio
• O desequilíbrio de corrente geralmente é de 6 a 10 vezes maior que o desequilíbrio de tensão.
• O aumento do desequilíbrio atual indica o desenvolvimento de um problema motor.

Análise de vibração

• Componente de frequência de linha 2× elevado
• Compare a amplitude com a linha de base.
• Diferenciar do desalinhamento mecânico (2×) pela frequência (120/100 Hz vs. 2× velocidade de rotação).

Monitoramento térmico

• Meça as temperaturas do enrolamento ou a temperatura da carcaça do motor.
• Desequilíbrio de temperatura entre as fases
• A temperatura geral foi superior à esperada para a carga.

Métodos de correção

Para desequilíbrio do lado da oferta

• Contate a concessionária de energia se houver desequilíbrio na entrada de serviço.
• Verifique e aperte todas as conexões no sistema de distribuição.
• Verifique se os fusíveis e disjuntores estão intactos.
• Equilibrar as cargas monofásicas entre as três fases.
• Verifique as configurações das derivações do transformador.

Para problemas no lado do motor

• Verifique e limpe as conexões dos terminais do motor.
• Verifique se as conexões dos cabos estão firmes e limpas.
• Teste para detecção de falhas no enrolamento (resistência de isolamento, análise da assinatura de corrente)
• Se for confirmada uma falha interna, rebobine ou substitua o motor.

Desativação

• Se o desequilíbrio não puder ser corrigido, reduza a carga do motor.
• A NEMA recomenda a redução da potência nominal do 1% por desequilíbrio de tensão do 1% além do 1%.
• Monitore a temperatura atentamente.

Prevenção e Monitoramento

Instalação

• Verifique o equilíbrio de tensão nos terminais do motor antes de energizá-lo.
• Utilize condutores com a bitola adequada (minimize a queda de tensão).
• Certifique-se de que todas as conexões estejam limpas e bem apertadas.
• Verifique se a conexão do motor está correta (estrela ou triângulo).

Operação

• Medição periódica de tensão e corrente
• Tendência para detectar problemas em desenvolvimento
• Verifique se há fusíveis queimados ou disjuntores desarmados.
• Levantamentos de qualidade de energia em instalações com problemas recorrentes em motores.

O desequilíbrio elétrico é um problema comum, porém frequentemente negligenciado, em motores, que impacta significativamente a saúde, a eficiência e a vida útil do motor. Compreender a relação entre o desequilíbrio de tensão e o desequilíbrio de corrente, reconhecer a assinatura de vibração de 2× a frequência da rede e manter o fornecimento de energia elétrica balanceado por meio de instalação e monitoramento adequados são essenciais para o desempenho e a confiabilidade ideais do motor.

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