Procedimento de Sincronização dos Sinais de DP nos Acopladores da Máquina 1 da Usina Hidrelétrica de Tucuruí

 

Objetivo

 

O objetivo desse procedimento é estabelecer uma forma de medição que descarte eventuais sinais de DP que ocorram fora da unidade geradora através de uma medição diferencial.

 

Configuração do Enrolamento

 

Cada uma das fases possui 8 circuitos em paralelo, como sugere o esquema abaixo. Em cada circuito, próximo à saída da fase, na tensão de 13.8kV, há um acoplador capacitivo de 80pF para a medição de DP, representado por uma seta preta.

 

De cada acoplador sai um cabo coaxial para a caixa terminal, onde esse sinal é medido sobre uma impedância de 680 Ohms.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1 - Diagrama dos circuitos da UHG1 e dos acopladores para medição de DP.

 

A figura abaixo ilustra um circuito de medição completo. A indutância à esquerda representa o circuito do enrolamento, C1 é o capacitor de acoplamento, e R1 é a impedância de medição.

 

 

Figura 2 - Circuito de medição de DP. À esquerda, temos um circuito de uma das fases, onde se conecta um capacitor de acoplamento. À esquerda, temos a impedância de medição.

 

Há ainda um gap de proteção em paralelo com a impedância de medição R1, o qual não está representado no diagrama acima.

 

Filosofia da Medição Diferencial

 

Quando ocorre uma descarga parcial em uma barra do isolamento estatórico de um gerador, esta produzirá um pulso de tensão que se propagará através do barramento até os acopladores, e dos acopladores continuará se propagando através dos cabos coaxiais até a impedância de medição.

 

Esses pulsos propagam-se com velocidades diferentes em cada meio, seja no barramento do gerador, seja no cabo coaxial.

 

A medição diferencial busca identificar e descartar eventuais pulsos de DP que chegam aos acopladores vindos de fora da máquina, isto é, de outras fontes de DP conectadas ao sistema.

 

Isso é feito através de uma calibração dos tempos de propagação de um pulso de DP vindo de fora do gerador até um determinado par de acopladores. O procedimento consiste em injetar pulsos de um calibrador de DP na entrada de cada fase, e, com o auxílio de um osciloscópio, acertar o tamanho dos cabos coaxiais de modo que os sinais cheguem simultaneamente às suas impedâncias de medição.

 

Se o instrumento de medição fizer medições diferenciais entre estes dois acopladores, os eventuais pulsos externos chegarão simultaneamente às impedâncias de medição e cancelar-se-ão mutuamente.

 

Entretanto, qualquer pulso de DP ocorrido no enrolamento estatórico percorrerá caminhos diferentes até os dois acopladores, de modo que seus sinais chegarão defasados às suas impedâncias de medição, evitando assim seu cancelamento.

 

Procedimento para a sincronização dos pulsos nas impedâncias de medição

 

Material Utilizado

• Osciloscópio digital de 2.5 GS/s ou mais.
• Alicates para reduzir o tamanho dos cabos coaxiais
• Duas garras jacaré
• Um calibrador de DP
• Diversos: fita para identificar os cabos, cabos em geral, conectores BNC, fita ou cabo de aterramento para o calibrador de DP, etc.

 

 

Configuração Inicial

 

O gerador deve estar parado e as saídas de fase devem estar abertas, isto é, sem conexão com o sistema a jusante.

 

Internamente, as 3 fases devem estar ligadas em estrela aterrada, como é a ligação normal do gerador.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 3 - Abertura das 3 fases do gerador para o início do procedimento.

 

 

Os acopladores capacitivos devem estar ligados corretamente, e os cabos coaxiais devem estar lançados dos acopladores até a caixa terminal, onde serão conectados posteriormente.

 

Os cabos coaxiais, na altura da caixa terminal, devem te grandes folgas de comprimento (dependendo do tamanho do gerador, 10m ou mais... ) para que possam ser cortados de modo que os sinais de DP sejam sincronizados.

 

Procedimento

 

1. Injeção de pulsos de DP na saída da fase com o calibrador de DP. Utilizou-se o calibrador com pulsos de 50V(Figura 8).
2. Junto à caixa terminal, selecionar, dentre os acopladores daquela fase, os dois cabos que formarão um par diferencial para medição de DP (Figura 9).
3. Com o osciloscópio, medir a defasagem entre os sinais em ns (Figura 10).

 

Por exemplo, observe na Figura 4 a defasagem entre os sinais dos acopladores ac21 (em amarelo) e ac22 (em azul). A defasagem medida entre os dois sinais foi de aproximadamente 44 ns.

 

Figura 4 - Medição da defasagem inicial entre os sinais dos acopladores ac21 e ac22.

 

 

4. Ajuste do tamanho de um dos cabos para diminuição da defasagem entre os sinais (Figura 11).

 

Note que, na Figura 4, o sinal em azul, pertencente ao cabo do acoplador ac22, chega atrasado em relação ao sinal do acoplador ac21. Logo, se quisermos sincronizar os dois sinais, devemos diminuir o tamanho do cabo ac22.

 

Como uma regra prática, podemos dizer que o cabo do sinal que aparece mais à direita na tela do osciloscópio é o que deve ser cortado.

 

5. Após o corte de uma porção de um dos cabos, devemos medir novamente a defasagem entre os pulsos (Figura 12).

 

Prosseguindo em nosso exemplo, cortando-se 4m do cabo do acoplador ac22, obtivemos o seguinte resultado no osciloscópio:

 

Figura 5 - Medição da defasagem entre os sinais dos acopladores ac21 e ac22, após a redução de 4m no cabo do acoplador ac22.

 

 

A defasagem entre os sinais agora caiu para praticamente zero, levando em consideração a frente de onda dos dois pulsos. Isso mostra que a velocidade de propagação dos pulsos nos cabos coaxiais é de aproximadamente 1m/11ns, ou seja, um pulso leva cerva de 11 ns para percorrer 1m de cabo.

 

Esse dado experimental pode ser calculado na hora do ensaio, e pode ser usado no cálculo de quanto deve ser cortado de cada cabo para obtermos o sincronismo desejado.

 

6. O processo é iterativo. Se após o ajuste do tamanho dos cabos os sinais continuarem defasados, voltamos ao passo 4, reajustando o tamanho dos cabos até se obter o sincronismo desejado.
7. O último passo é a conexão dos cabos na caixa terminal com as impedâncias de medição. Nesse processo, deve-se levar em conta que o tamanho dos cabos deve permanecer proporcionalmente o mesmo. Isto é, se for necessário cortar uma determinada porção de um cabo para fazer sua conexão a caixa terminal, para preservar o sincronismo dos pulsos, uma porção igual deve ser cortada do outro cabo.

 

 

 

           

Figura 6 - Saída das fase C e A da UHG1. A cordoalha está aberta, isolando a máquina do restante do sistema.

 

 

 

           

Figura 7 - Detalhe da chegada dos circuitos da UHG1 na saída de fase.  Note que chegam 4 barramentos em vermelho. Cada barramento conecta-se posteriormente em dois circuitos.

 

 

           

Figura 8 - Conexão do calibrador de DP na saída de fase da UHG1. À direita, detalhe do cabo de aterramento do calibrador.

 

 

 

Figura 9 - Chegada dos cabos coaxiais na caixa terminal, e instrumentação utilizada no processo de sincronização.

 

 

Figura 10 - Medição inicial da defasagem dos sinais em ns.

 

           

Figura 11 - Acerto do tamanho dos cabos para sincronização dos sinais.

 

 

           

Figura 12 - Sincronização dos sinais no osciloscópio.

 

 

Figura 13 - Conexão dos cabos coaxiais nas impedâncias de medição na caixa terminal. Note a adição de gaps de proteção em paralelo com as impedâncias.

 

                       

Figura 14 - Instalação da caixa terminal.

 

 

Considerações Práticas

 

1) Na medição diferencial, pra cada DP ocorrida no enrolamento, o instrumento de medição registrará dois pulsos, defasados e invertidos entre si.

 

2) A medição diferencial supõe que os dois sinais chegam aos acopladores com a mesma forma e amplitude. Verificou-se, no entanto, que as amplitudes diferem entre si, apesar de serem da mesma ordem de grandeza. Mais ainda, a forma de onda dos pulsos, que depende essencialmente das capacitâncias e indutâncias de cada circuito, variam sensivelmente de um sinal para o outro, como pode ser observado nas Figuras 4, 5 e 12. Este fato, de antemão, gera um problema de ordem prática: como sincronizar dois sinais distintos, de modo que a diferença entre eles seja mínima? Pela frente de onda? Pelo pico de máxima amplitude? Em nosso procedimento, escolhemos o sincronismo pela frente de onda.

 

3) Ao conectar-se os cabos no osciloscópio, antes de conectar a alma, convém aterrar o osciloscópio conectando a blindagem dos cabos primeiro, para evitar picos de tensão e perdas de referência.