Descargas Eléctricas, a inimiga dos motores submersíveis

O raio é uma poderosa descarga electroestática natural acompanhada por uma emissão de luz e som (trovoada). É um fenómeno meteorológico consistente em descargas elétricas engendradas dentro de um condensador natural que se propagam através de um dielétrico (substância má condutora de eletricidade), neste caso o ar, que sob determinadas condições naturais facilita esta condução.

Ainda que na maioria dos casos seja assim, nem sempre os raios se transformam numa tempestade. Por exemplo, as erupções vulcânicas ou grandes incêndios, provocam uma importante fonte de calor atípica que ao subir no ar expõe-se a uma rápida condensação, iniciando assim um processo gerador de um raio (relâmpago).

Dados relevantes

Tensão entre nuvem e um objeto na terra: 1.000 a
1.000 milhões de Volts Intensidade de descarga:
5 a 300 milhões de Amperes
di/dt: 7,5 kA/s a 500 kA/s
Frequência: 1 kHz a 1 MHz
Tempo: 10 Microssegundos a 100 ms
Temperatura superior a: 27.000 ºC
Propagação do som do raio: 340 m/s
Propagação da luz do raio c = 300.000 km/s
Campo electroestático por metro de elevação sobre a superfície da terra: 10 kV

O motor submersível: uma vítima fácil

Sabe-se que uma descarga elétrica de um raio procura o caminho mais fácil em direção à terra. Um motor submersível está instalado no interior da camada de águas subterrâneas; uma terra perfeita. Por isso, se transforma numa vitima fácil para estas descargas.

É importante ter em conta que uma descarga elétrica não necessita necessariamente cair diretamente sobre o motor para provocar danos no mesmo. Frequentemente, uma descarga atmosférica nas proximidades afeta a linha de distribuição elétrica e é suficiente para gerar voltagens induzidas extremamente altas nos cabos até ao motor.

Tendo em conta que no ponto de descarga podemos chegar a ter milhões de volts e milhares de amperes, através da indução eletromagnética e em lugar de impacto e através da linha de transmissão, podemos encontrar uma corrente de pico transitória de dezenas de kV.

Uma falha por descarga pode acontecer inclusive num dia ensolarado.

A queda direta de um raio pode danificar permanentemente um motor num instante. Mas na realidade, na maioria das vezes não acontece assim. Quando uma descarga moderada ou indireta chega a um motor, esta deixa a sua “marca” – uma trajetória de carvão no isolamento do motor. À medida que as descargas subsequentes chegam ao motor, os picos de voltagem seguem essa mesma trajetória de carvão tornando-a maior. A qualquer momento, esta trajetória de carvão fica de tal forma grande que uma tensão de trabalho normal pode continuar a degradar o isolamento, até que um dia (inclusive ensolarado) a trajetória de carvão chega a um ponto que a tensão de trabalho normal provoca uma falha definitiva do motor.

Alguns mitos sobre descargas elétricas

A probabilidade de um motor sofrer uma descarga elétrica está sempre presente independentemente do tipo do motor, desenho ou sistema de lubrificação. As descargas podem ocorrer tanto em motores com lubrificação a óleo, como em solução aquosa. Da mesma forma, as descargas podem danificar tanto motores monofásicos como trifásicos. Também devemos estar cientes que, em função da magnitude da descarga elétrica e da corrente que a segue, o dano causado ao enrolamento e equipamentos elétricos pode não ser visível a olho nu.

 

Como é que uma sobrecarga elétrica afeta os motores submersíveis?

Um pico de tensão (sobrecarga) pode ser causado por uma descarga atmosférica ou uma alteração no fornecimento elétrico (mudanças nas redes de abastecimento, interrupções no serviço, restabelecimentos de energia,etc.). Em qualquer caso, esta sobrecarga "procura" sempre a terra para a sua descarga. Os estratos de água subterrânea (aquíferos) acabam por ser o melhor meio para a descarga. Neste caso, os equipamentos de bombagem submersível acabam por estar no caminho desses picos de tensão na busca da terra real. Isto é, a carcaça de um motor submersível colocado em águas subterrâneas transformasse num excelente caminho para a "descarga" da sobrecarga, causando uma diferença de potencial muito elevado entre a linha de alimentação (enrolamentos) e o exterior.

Como reduzir a incidência de descargas num motor submersível?

Uma das formas mais efetivas para reduzir a incidência de descargas elétricas num motor submersível é através do uso de supressores de   picos. Estes dispositivos geram momentaneamente um arco elétrico internamente para derivar picos de tensão potencialmente destrutivos para a carcaça e/ou manto aquífero. Uma vez que reduzido este potencial para um nível normal, regressam a um estado de circuito aberto. Muitos anos de experiência mostram que estes supressores de picos reduzem em grande parte as falhas por sobretensão. No entanto, não são raras as vezes que os motores sofram danos por descargas elétricas diretas nas linhas ou quando estas excedam os limites de protecção intrínsecos dos materiais (naturalmente nunca poderão ser evitados 100% dos casos).

O uso apropriado dos supressores ajuda-nos em grande medida a reduzir as possibilidades de falha. No entanto, quando os supressores de pico não são adequadamente ligados, oferecem pouca ou nenhuma protecção. Para que um supressor seja o mais eficiente possível, é absolutamente necessário liga-lo à “terra do aquífero” (por exemplo, a carcaça do motor). Da mesma forma, pouca ou nenhuma protecção se obtêm quando o supressor se liga a uma vara de terra ou um “delta de terras”.

 

Diferentes opções de supressor de picos para instalações de motores submersíveis

 Supressor de picos integrado internamente nos motores: É opcional nos motores Franklin Electric de 4” monofásicos “3 wire” y PSC (motor standard com condensador permanente)

Supressor de picos trifásico: incluído no kit quando se solicita equipamento de protecção SubMonitorPremium.

Embora o motor deva estar sempre conectado eletricamente à terra por intermédio de um cabo adequado, em instalações existentes onde não se utiliza este cabo de terra desde o motor até ao   quadro de controlo ou arrancador, recomenda-se colocar um cabo desde a tubagem metálica de descarga do poço até ao supressor de picos. Os cabos para ligar a terra aos supressores devem ser de cobre tipo entrançado de igual ou maior calibre ao utilizado para la alimentação do motor. Ideal será   ligar o supressor a terra da alimentação elétrica (para além do tubo de descarga).

Procedimentos que nos ajudam a determinar se um motor foi danificado por uma descarga

Motor instalado em poço

Utilize um Multímetro para verificar a resistência ohmica dos enrolamentos do motor de acordo com manual de Aplicação, Instalação e Manutenção (AIM) da Franklin Electric. Depois, utilizando um Megger, verifique a resistência de isolamento entre cada uma das fases e a terra de acordo com as especificações do manual do motor.

Motor fora do poço

Verifique visualmente se o motor apresenta danos, como cabos ou conectores queimados ou frisado.

Inspecione também o interior dos quadros de comando ou arrancadores e procure o mesmo tipo de falhas. Pesquise por furos ou orifícios na superfície da carcaça do estator; especialmente junto à área onde se conecta o cabo do motor. Verifique se o veio do motor gira livremente, caso contrário provavelmente a camisa interna do estator deformou-se por sobre temperatura por causa da sobrecarga. Procure também qualquer mudança de cor (geralmente o aço inoxidável fica azul) na superfície da carcaça do motor. Volte a confirmar os dados da resistência do isolamento (com um Megger) e a resistência dos enrolamentos (com um Multímetro) de acordo com os valores indicados no manual AIM.

Esperamos que esta informação seja útil e o ajude a prevenir e identificar danos por sobretensões ou descargas elétricas.