Mesmo o melhor material de isolamento e impregnação não impede a falha de bobinas elétricas

Nossos testes mostram que o processo de fabricação e as máquinas utilizadas também são extremamente importantes!


Nas bobinas de motores e geradores elétrico é por onde literalmente corre a energia que move a maior parte dos objetos que trazem os confortos de nova vida contemporânea. Os fios enrolados para formar a bobina geram um campo magnético poderoso que move trens, elevadores, ventiladores, portas automáticas, escadas rolantes, além disso são parte dos geradores de energia elétrica atuando na transformação da energia mecânica do vento, da água e de vapores, como podem ser encontrados em usinas hidrelétricas, nucleares e turbinas eólicas.


Tanta energia, precisa de um sistema de isolação robusto, principalmente em casos em que se trabalha com alta tensões como 13.8 kV, assim as bobinas por onde correm as correntes são usualmente isoladas com fitas especiais que levam mica em sua constituição, um mineral que exige diversos processos industriais antes de ser aplicado com muita precisão e cuidado. Nos testes realizados em uma bobina isolada de forma não automatizada poderemos ver algumas das características e consequências.


A bobina do nosso exemplo foi produzida por uma oficina de reparo brasileira, usando seus processos internos de produção, sendo isoladas com Fita de Mica não calcinada e com fibra de vidro padrões de mercado e posteriormente impregnada na Europa utilizando-se processo VPI totalmente automatizado da alemã AMS Anlagenbau® com resina epóxi mono componente de fabricação europeia.






A Fita de Mica isolante foi aplicada na bobina utilizando máquina semiautomática; este modelo de dispositivo aplica a fita com aceitável velocidade de 200 RPM, porém o operador precisa guiar a cabeça de aplicação pela bobina, além disso os controles de sobre posição e inclinação da fita são mecanicamente ajustados o que impede a variação desses parâmetros nas diferentes regiões da bobina, o ponto crucial é a falta de controle da tensão de aplicação da fita gerando estresse na fita devido à alta vibração, podendo levar à formação de rugas e potenciais micro fissuras na camada de mica da fita.


A impregnação no processo VPI com tecnologia alemã torna possível rastrear se a resina preencheu todas as micro cavidades das bobinas com a ajuda de um sistema de Medição de Capacitância (CMU); veja gráfico abaixo:

Podemos confirmar que houve estabilização, ou seja, atingiu todas as micro cavidades. Após a impregnação a bobina foi curada conforme orientação do fabricante da resina (8 horas a 165°C e mais 2 horas a 180°C).


Após a cura o material foi submetido a ensaios elétricos:


Fator de dissipação em temperatura ambiente


Fator de dissipação à 155°C por até 12 horas


Posteriormente a medição da Fator de dissipação temperatura ambiente


Teste de Resistência à Voltagem


Usando a norma IEC 60034-18-32 a 28.6 kV(2UN+1) foi realizado nas duas partes retas, na primeira alcançou 1 minuto, já a segunda falhou após 14 segundos. Fotos mostram a bobina e ponto de falha.





Dissecação e análise microscópica


Para análise da construção da bobina, principalmente na parte reta, partes foram cortadas e preparadas. Veja seções da bobina:



Podemos observar que os condutores não estão bem alinhados, uma causa raiz poderia ser a consolidação incorreta. Fotos microscópicas mostram diferentes seções da bobina:



Podemos observar deslocamento dos condutores e espaço entre eles:

Considerável quantidade de rugas na isolação principal (camada de Fita de Mica).



Conclusão


Após diversos testes com a bobina elétrica montada pela oficina de reparo brasileira, impregnada com resina europeia em VPI alemão de alta tecnologia e curada com os critérios estabelecidos pelo fornecedor da isolante líquido, podemos observar que a performance elétrica do todo sistema foi influenciada pela má construção das bobinas, com falhas na formação do loop, consolidação da bobina, conformação e principalmente no processo semiautomático de aplicação de fita de mica isolante. Mostrando que mesmo usando matérias-primas de qualidade e processo de alta tecnologia para impregnar, todas as etapas de produção de bobina devem ser feitas de forma acurada e com ferramentas adequadas.


O Grupo Nippon Rika oferece máquinas de Loop e para isolar que garantem a consolidação da bobina e perfeita aplicação da fita, devido ao controle automático de tensão e sobreposição não há formação de rugas. Nos consulte para mais informações.




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