J.P.C. GUTIERREZ - MANUTENÇÃO INDUSTRIAL/VERIFICAÇAO DO RELÉ DE SOBREVELOCIDADE
Relé de sobrevelocidade
Proteção contra excesso de velocidade:
A proteção contra excesso de velocidade deve ser
seletiva e não deve desligar a unidade devido a uma perda temporária de carga,
mesmo que a causa seja séria, ou seja, curto-circuito. Curtos-circuitos em
qualquer lugar perto de um gerador causarão um colapso da tensão e o gerador
sofrerá uma perda de carga. Embora seja prática geral fornecer dispositivos
mecânicos de sobrevelocidade em turbinas a vapor e hidrelétricas, que operam
diretamente na válvula reguladora de vapor ou na válvula de passo principal, não
é comum apoiar esses dispositivos por um relé de sobrevelocidade em conjuntos
acionados a vapor. Em unidades hidrelétricas, pois a resposta do governador é
comparativamente lenta e o conjunto está mais sujeito a excesso de velocidade.
O relé, quando instalado, geralmente é fornecido pelo gerador de ímã permanente
usado para o controle do governador.
O que causa sobrevelocidade?
As situações de sobrevelocidade em
máquinas rotativas devem ser evitadas a todo custo. Mesmo o menor
sobrevelocidade pode levar ao estresse mecânico que causa peças de máquina de
rotação para deformar. Situações de sobrevelocidade mais severas podem fazer com
que as extremidades da lâmina esfregue contra o alojamento. Na situação de
sobrevelocidade mais severa, as lâminas podem se soltar, o que resulta em peças
de máquina penetrando no alojamento.
Foi observado acima
que o excesso de velocidade causa sobretensão, que pode ser protegida contra o
uso de relés de sobretensão. Basicamente, no entanto, o controle de
excesso de velocidade faz parte do sistema de controle da turbina. A
maioria dos grandes controles de turbina a vapor tem duas ou três unidades de
controle de velocidade separadas, sendo uma delas estritamente um dispositivo
centrífugo mecânico que fechará as válvulas de controle da turbina mesmo se a
energia elétrica for perdida para os controles que requerem entrada elétrica.
A proteção contra excesso de velocidade deve ser
seletiva e não deve desligar a unidade devido a uma perda temporária de carga,
mesmo que a causa seja séria, por exemplo, um
curto-circuito. Curtos-circuitos em qualquer lugar perto de um gerador
causarão um colapso da tensão e o gerador sofrerá uma perda de carga. Uma
vez que a potência da turbina permanece inalterada, a unidade turbina-gerador
irá acelerar até que o governador reduza a entrada da turbina de volta. No
entanto, as falhas geralmente são temporárias e não há necessidade de desligar
a unidade, a menos que a falha esteja no gerador. Outras faltas próximas
têm exatamente o mesmo efeito no gerador, entretanto, e as proteções devem ser
projetadas para discriminar. Falhas no gerador ou no transformador
elevador desarmarão a unidade antes que o excesso de velocidade se torne um
problema. No entanto, falhas de transmissão próximas não devem desarmar a
unidade.
Eixo quebrado
Quando um eixo de transmissão quebra,
o motor de repente experimentará resistência mínima. Com a força motriz
(combustível ou vapor), o rotor será capaz de acelerar rapidamente e exceder os
limites mecânicos da máquina. Um avançado sistema de detecção de
sobrevelocidade detectará quando uma máquina de rotação exceder o limite máximo
de aceleração tolerável, acionará um alarme e iniciar uma função de estabilização antes de ocorrer uma situação real de sobrevelocidade. No entanto, levará algum
tempo para a força motriz desaparecer, durante o qual a máquina ainda pode
atingir um nível de velocidade perigosa. Portanto, é essencial ter conhecimento
aprofundado da sua máquina e saber quais acelerações são aceitáveis a cada
velocidade.
Válvula mau funcionamento
Válvulas de controle / válvulas de
segurança são partes mecânicas de uma máquina que são vulneráveis a mau funcionamento.
As válvulas de controle presas poderiam levar a situações inesperadas; Quando
uma válvula de controle de uma turbina a vapor estiver presa ou quando uma de
suas válvulas de pressão permanece aberta, pode levar a força motriz excessiva
no eixo. Assim como com um eixo quebrado, isso poderia causar aceleração
excessiva e sobrevelocidade.
Testando dispositivos mecânicos de
gastos
A proteção de sobrevelocidade
mecânica / hidráulica pode falhar durante um teste de sobrevelocidade. Esses
sistemas têm modos de falha que só podem ser testados ao criar uma situação
real de sobrevelocidade. Quando o sistema está preso devido a verniz ou
sujeira, o sistema de detecção de sobrevelocidade não desligará a maquinaria
quando necessário.
Erro humano
Embora a maioria dos sistemas seja
automatizada, ainda há espaço para ações humanas e interferência. Por exemplo:
Durante as atividades de manutenção, deixando uma substituição no lugar após
uma parada de manutenção. Outro exemplo é um erro do operador. Isso tornou-se menos
e menos provável devido a desenvolvimentos tecnológicos que exigem uma entrada
humana mínima, mas continua sendo uma das causas de sobrevelocidade para
máquinas rotativas.
Entrada incorreta do sensor
Um sensor que é incorretamente
montado ou ajustado e erros de configuração do sistema, pode corromper o sinal
de velocidade que causa uma entrada incorreta na lógica do sistema. Isso deixa
a máquina rotativa vulnerável a situações de sobrevelocidade não detectadas.
Falha do sistema de controle
Uma falha do sistema de controle de
velocidade pode levar a uma situação de sobrevelocidade. Um sistema de controle
de velocidade é usado para regular a velocidade da máquina de rotação. Um sinal
de entrada inválido de erro de programação pode definir uma falha do sistema de
controle de velocidade em movimento, que poderia subseqüentemente causar
excesso de velocidade.
Os sistemas de proteção de
sobrevelocidade têm uma das funções mais importantes em relação às medidas de
segurança para máquinas rotativas. Como tal, esses sistemas exigem funções
avançadas de segurança para detectar as situações de sobrevelocidade e de
aceleração excessiva e agir de acordo para evitar danos e tempo de inatividade.
No entanto, avançado não deve ser confundido com o complexo, já que a
complexidade não significa necessariamente que o sistema seja “melhor”. Quanto
mais funções tiverem um sistema de proteção de sobrevelocidade, o mais complexo
se torna, mas não necessariamente mais avançado.
Núcleo de proteção contra
sobrevelocidade
Os principais padrões de máquinas,
como a API 670 e o IEC 61508, têm um requisito principal para máquinas
rotativas: a ser equipado com um sistema de proteção de sobrevelocidade de
última geração. O núcleo da proteção de sobrevelocidade é detectar as situações
de sobrevelocidade e de aceleração excessiva e iniciar um relé de viagem quando
necessário. Quaisquer outras funções são classificadas como add-ons e não são
um requisito para aderir às diretrizes de segurança da máquina.
Custos
Sistemas complexos com mais funções
são mais caros. Em primeiro lugar, devido aos custos das funções secundárias,
como as funções de monitoramento, que não contribuem diretamente para a função
central: proteção contra sobrevelocidade. Mais funções exigem mais hardware, o
que aumenta os custos do próprio sistema, bem como os custos de instalação
(isto é, fiação, armários de instrumentação, etc.). Hardware requer manutenção
periódica; Quanto mais hardware o sistema mais intensivo de manutenção se
torna.
Estes sistemas são frequentemente
exagerados para equipamentos rotativos menores e / ou menos críticos que requer
proteção simples de gastos. Isso deixa os operadores com a escolha de
implementar um sistema que dificilmente é financeiramente justificável para sua
aplicação, ou deixar a máquina desprotegida.
Complexidade e experiência
Com a complexidade vem um requisito
mais exigente para o amplo know-how sobre a operação e manutenção do sistema de
proteção de sobrevelocidade. Os sistemas geralmente são verificados apenas
durante a reviravolta, tornando sua confiabilidade da maior importância. Como
sistemas de proteção de sobrevelocidade não exigem atenção diária, geralmente
não é uma especialização dedicada, mas parte de uma descrição maior do
trabalho. Como tal, é importante que esses sistemas sejam tão simples quanto
possível, e não dependentes de uma perícia diminuindo. Quanto mais complexo o
sistema, maior a chance de erros humanos. Este é especialmente o caso com
sistemas de proteção de sobrevelocidade, como ninguém realmente tem a
oportunidade de ganhar experiência devido aos longos intervalos de manutenção.
Verificação e teste
Quanto mais complexo um sistema de
segurança, mais exigindo seus testes e requisitos de verificação são. Para
testar e verificar um sistema de segurança, o processo é interrompido; Um
intervalo de teste de longa prova nega a necessidade de interromper o processo
regularmente. Um sistema que é focado apenas no núcleo da proteção de
sobrevelocidade pode atingir intervalos de teste de acima de 10 anos, a um
ponto em que não precisa ser testado antes de chegar ao fim da vida. É
importante notar que, mais funções, um sistema de proteção de sobrevelocidade,
menor será o intervalo de teste, e quanto mais o processo é interrompido.
Portanto, é importante ter um sistema adequado para sua aplicação específica,
em vez de implementar um sistema que seja “exagero” para o aplicativo.
A maioria das grandes
unidades de turbina a vapor possui dispositivos de proteção projetados para
distinguir entre uma rejeição de carga e uma falha. Ambos causam excesso
de velocidade e uma perda repentina de energia gerada, mas o comportamento da
corrente do gerador é bem diferente. As falhas causam um aumento na
corrente, enquanto a rejeição de carga causa uma diminuição na corrente. O
gerador não deve ser desarmado para a condição de falha, assumindo que não é
uma falha do gerador ou do transformador, mas o gerador terá que ser desarmado
se a carga for perdida permanentemente. Os controles da turbina são
projetados para fazer essa distinção, para retornar no caso de rejeição de
carga e não fazer nada no caso de uma falha de rede, exceto a reação usual de
controle de velocidade.
Esses controles de turbina estão fora do escopo deste blog, mas há casos em que
é necessário haver coordenação entre as ações de proteção realizadas no lado
elétrico com as realizadas na uidade de geração de energia. No caso de excesso de velocidade, a
proteção de backup pode ser interligada com os controles da turbina que irão
monitorar a frequência do barramento e ordenar um desligamento do gerador se
esta frequência ficar muito alta. Obviamente, isso deve ser coordenado com
os controles da turbina.