TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE...
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROCEDIMIENTOS DE MANTENIMIENTO DE LOS BOBINADOS Y NÚCLEODE LOS GENERADORES DE CENTRALES PISAYAMBO, AGOYAN Y
ESMERALDAS
RAFAEL GUSTAVO RODRÍGUEZ HIDALGO
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIEROELÉCTRICO ESPECIALIZA™ SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA
QUITO, ABRIL DE 1997
CERTIFICODE TESISDIRECCIÓN
QUE EL PRESENTE TRABAJOFUE REALIZADO BAJO MIPOR EL SEÑOR RAFAEL
\E%A HIDALGO-.
INC. NHLTO,DIRECTOR
RIVADKNEIRA V
AGRADECIMIENTO
AL INGENEIRO MILTONRIVADENEIRA V. POR SUACERTADA DIRECCION Y APOYOCONSTANTE PARA EL DESARROLLOY CULMINACION DE PRESENTETRABAJO.
A LA MEMORIA DE MI PADREAL SACRIFICIO DE MI MADREAL APOYO DE MIS HERMANOSDE MI ESPOSA Y DE MIS HIJOS
Í N D I C E
Pág.
CAP ITULO 1 INTRODUCCION 01
1 . 1 Objet i vo 06
1.2 Alcance 06
CAPITULO 2 PROCESOS DE ENVEJECIMIENTO DE
LOS GENERADORES 09
2.1 Deterioro del Aislamiento del bobinado del
Estator 10
2.2 Deterioro del Núcleo del Estator 20
Deterioro el e 1 Rotor.... 23
CAPÍTULO 3 MATERIALES USADOS EN LA REPARACIÓN
DE GENERADORES 27
3.1 Barnices 28
3.2 Resinas Aislantes 29
3.3 Cintas Aislantes........ 32
3.4 Cintas y Cordones de Amarre 34
3.5 Láminas Ai s 1 antes 35
3.6 Placas Aislantes 37
3.7 Materiales y Pinturas Semiconductoras y
I
Graduadores 41
3 . S So Idaduras 44
CAPITULO 4 MANTENIMIENTO DE GENERADORES 45
4.1 Clasificación del Mantenimiento 46
4.2 Mantenimiento Predictivo 47
4.3 Mantenimiento Preventivo.... 48
4.3 Mantenimiento por Falla 51
4.4 Manten i miento Emergente 52
4.5 Mantenimiento Mayor 52
CAPITULO 5 PRUEBAS ESPECÍALES DE MANTENIMIENTO
DE GENERADORES 70
5.1 Factor de Potencia del Aislamiento ~0
5.1.1 Tip-üp del Factor de Potencia 73
5.1.2 Factor de Potencia y Tip-Up de bobinas
de Repuestos 76
5.1.3 Equipos de Prueba ,, 81
5.1.4 Va lores Referenciales 85
5.2 Descargas Parciales 88
5.2.1 Métodos de Medición de las Descargas
Parciales 89
5.2.2 Medición de la Energía Integrada de
1 as Descargas 92
5.2.3 Medición de las Descargas Parciales
en Línea 94
II
5.2.4 Voltaje de Radio Influencia 98
5.2.5 Medición de la Carga Aparente 100
5.2.6 Medición de las Descargas con el
Probador Electromagnético - Descargas
a la Ranura 106
5.3 Pruebas del AisIamiento ínter 1aminar
del Núcleo . * * . . 113
5.3.1 Prueba del Toro i de 116
5.3.2 Prueba de EL-CID 124
CAPITULO 6 REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DE LOS
G E N E R A D O R E S DE P I S A Y A M B O , AGOYAN ,
ESMERALDAS.
6.1 Reporte fie la Pruebas Eléctricas del Generador
N°1 de la Central Hidroeléctrica Pisayambo.. 134
6.1.1 Estado del Generador 136
6.1.2 Pruebas Eléctricas de Diagnóstico del
Generador 139
6.1.3 Pruebas al Aislamiento del Estator 140
6.1.4 Pruebas a 1 Rotor 157
6.1.5 Síntesis de los Resultados Obtenidos en la
Inspección y Pruebas del Generador 158
6.1.6 Recomendac iones 160
6.2 Reporte de las Pruebas Eléctricas del Generador
N°2 de la Central Agoyan 162
6.2.1 Estado del Generador 166
6.2.2 Pruebas Eléctricas de Diagnóstico del
III
Generador 169
6.2.3 Pruebas del Aislamiento del Estator 170
6.2.4 Pruebas al Rotor 191
6.2.5 Síntesis de los Resultados Obtenidos en la
Inspección y Pruebas del Generador 194
6.2.6 Recomendac iones.... 196
6.3 Reporte de las Pruebas Eléctricas del Generador
de la Central Esmeraldas 198
6.3.1 Estado del Generador 200
6.3.2 Reparaciones Efectuadas 203
6.3.3 Pruebas Eléctricas de Diagnóstico del
Generador 205
Pruebas del Aislamiento del Estator 206
Pruebas al Rotor 218
Inspección EX-POST 219
Síntesis de los Resultados Obtenidos en las
Reparaciones y Pruebas del Generador 224
6.3.8 Recomendac iones 227
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones 229
Recomendaciones., 231
Bibliog rafia 233
Apéndice A A-l
Apéndi c e B ....B-1
IV
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
I N T R O D U C C I Ó N
Las unidades de generación de propiedad del INSTITUTO
ECUATORIANO DE ELECTRIFICACIÓN - INECEL - que conforman
actualmente el Sistema Nacional Interconectado, han entrado
en servicio en forma p a u l a t i n a , a p a r t i r del año 1976, para
satisfacer la demanda c r e c i e n t e del País, y en base a un
programa p l a n i f i c a d o , previsto en los dos Planes Maestros de
E l e c t r i f i c a c i ó n , elaborados para el decenio 1966-1976 y para
el quinquenio 1978-1983. Este proceso se inició con la
entrada en operación de la Central a gas Estero Salado NQi
(Gonzalo Zevalíos) y ha cont inuado en forma sostenida hasta
la puesta en servicio de la fase C del complejo de generación
del Río Paute, en el año de 1992.
CENTRAL
GONZALO ZEVALLOS
GUANGOPOLO
PISAYAMBO
GONZALO ZEVALLOS tJ1 2
GONZALO ZEVALLOS N1 3
SANTA ROSA
PAUTE FASES A - B
ESMERALDAS
AGOYAN
PAUTE FASE C
TIPO
GAS
DIESEL
HIDRÁULICA
VAPOR
VAPOR
GAS
HIDRÁULICA
VAPOR
HIDRÁULICA
HIDRÁULICA
Nf INSTALADOS
30.94
31.20
76,00
73.00
73,0051.00
500.00
132.49
156.00575.00
AÑO DE OPERACIÓN
1976
1977
1977
1978
19801981
1982-1983
1982
198?
1992
Cuadro N° 1.1 Generación de 1 SNI
El INECEL posee 26 generadores eléctricos, operados por la
DOSNI, dispuestos en 4 centrales térmicas y en 3 centrales
hidroeléctricas, con t iempos de servicio que van desde los
21 años de las unidades más antiguas, hasta los 5 años de las
instaladas últimamente en la fase C del Paute.
Durante este período se han presentado en los generadores un
número relat ivamente bajo de problemas técnicos de
importancia, como son: la falla a tierra del bobinado de 1
generador NQ 1 de la Central Pisayambo en el año de 1980; la
apertura del bobinado de campo de los generadores 1 y 2 de 1
Agoyán, en los años 1993 y 1994, y el desprendimiento de
parte del laminado de un paquete del núcleo del estator, y
posterior falla a tierra de la fase B del generador de la
Central Térmica Esmeraldas, en el año 1995.
E1 mantenimiento realizado en los generadores eléctricos se
circunscribía en lo si guíente: 1 impieza e inspección visual
de sus partes internas; medición de la resistencia óhmica de
los bobinados estator ico y rotórico; moni toreo de 1
aislamiento en base a la medición de la resistencia, con
voltaje continuo; y la medición del factor de pérdidas o
factor de potencia, a un voltaje de 2 KVac.
Estas pruebas si bien es cierto, permiten tener una idea del
estado del aislamiento, especialmente del grado de su
contaminación con humedad y polvo, no son suficientes para
evaluar su estado interno, esto es, el contenido y
Pag. 2
proliferación de cavidades, principales signos de su
deter ioro.
El avance científico y tecnológico en este campo, ha
permitido el desarrollo de nuevas técnicas y equipos que
facilitan llevar un control minucioso y profundo del
deterioro de los generadores, especialmente del núcleo y del
aislamiento de los bobinados. Esta tecnología de punta se
aplica en otros países desde hace unos pocos años, con
resu1tados satisfactorios y, en nuestro Paí s, se tuvo la
oportunidad de aplicarla en los últimos overhaules de los
generadores de Pisayambo, Agoyán, Gonzalo Zevallos y
Esmera 1 das.
Las nuevas pruebas que se han incorporado en este proceso
de análisis son las siguientes:
i.- Factor de potencia del aisl amiento con 2 y 8 KVac,
determinación del tip up. (AFP entre 2 y 8 KVac)
2.- Descargas Parciales por fase.
3.- Descargas a la ranura.
4.- Determinación de puntos calientes en el núcleo, con EL-
CID (Detector Electromagnético de Imperfecciones en el
Núc1 eo) y con el Toro ide o Loop Test.
Estas pruebas se las debe ejecutar en todos los generadores
del Sistema Nacional, tomando en cuenta que la mayoría han
sobrepasado el tiempo máximo indicado por los fabricantes
Pag. 3
para estas inspecciones. Los resultados que se obtengan
permitirán determinar el estado real de los mismos y los
posibles problemas que pueden estar desarrollándose, para de
ser el caso, realizar los correctivos que sean necesarios.
El Japan lere Council, en su estudio para determinar algunos
criterios de evaluación del estado de los aislamientos de la
clase F, a base de mica y resinas epóxicas, encontró que el
voltaje residual de ruptura del aislamiento de las bobinas,
decrece en forma abrupta después de aproximadamente 15 años
de operación.
El fenómeno indicado se debe fundamentalmente al deterioro
de la aislac ion, debido a una acción conjunta de 1 as
descargas parciales y a los esfuerzos mecánicos y térmicos
que se presentan en los sucesivos arranques y paradas y en
las continuas variaciones de carga. Como causas adicionales
de importancia se señala al deterioro producido por la
vibración electromagnética y el rozamiento del bobinado con
el núcleo, así como la actividad de descargas a la ranura.
Dr. Shuichi Aki, Japan IERE Council, "An InsulationDeterioration Diagnostic Method for Generator Windings",February, 1991
Pag. 4
Sign
O*OH4
*AAV<§>O©o
©
Gen.
A
BCD
EF
G,
G3
H
1
J
Raled voltage
11.0 kV
13.2 kV8.6 kV
11.0 kV13.8 kVIB.BkV
15,4kV15.4 kV13,8kV
22.0 kV
12.0 kV
Raled oulput
3 8 M V A
45 MVA10MVA35M VA8 5 M V A
110 MVA
295 MVA
295 MVA
150 MVA
442 MVA
262 MVA
Int.
P
PP
EP
EEEE
EE
Machine Annual VR drop rale a
Hydro
HydroHydroHydroPumpedPumped
TurbineTufbineTufbine
Tufbine
Turbine
1.8-2.2%3.1 -3.2%
3.6-3.8%2 5 - 3 2 %2.0-2.1%1.5- 1.9%
1.4-2.2%
2.5-4 .0%0.8- 1.5%
0.6-1.4%
1.0-1.3%
(Note) • • •<* *: Windings, P: Polveiter. E: Epa*y
a: Average valué - wont valué I- |V0 - VKJ/V( J -iwhere V0: initial breakdown valué. V,: breakdown vatue a l ter lapie
£ 100ET
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Generator G3 x ^ ^ >y v v-*\ O & Q N ^
\ XN \Pxv A / \ 6^. C* Generator B \.
^ \c
^ ^ \ H[ Tjx |
"N, \lDielectric sUength required lor operation \j
\: Rated voltage *|l *
i t i i i i10 20 30
Fig N° 1.1 Variación del Voltaje Residualde Ruptura del Aislamiento con los años de servicio
Pag. 5
O B J E T I V O
Poner a disposición de los profesionales responsables de la
operación y mantenimiento de generadores eléctricos, los
principios básicos para la evaluación del estado del
aislamiento del núcleo y de los bobinados, así como las
diferentes actividades de overahul que deben ejecutarse en
todas las partes del generador.
A L C A N C E
En la primera parte de este trabajo, se presenta en forma
resumida los procesos de deterioro o envejecimiento que se
desarrollan en los aislamientos y en el núcleo, debido a los
diferentes esfuerzos a los que se encuentra sometido el
generador durante toda su vida ú t i l .
El mantenimiento mayor o de overhaul de un generador debe ser
una actividad con obj et ivos muy definidos y met i cu losamente
planificada, por lo que se expondrá a continuación el listado
de las actividades a desarrollarse en cada una de las partes
constitutivas, con una descripción sucinta de la forma cómo
deben ejecutarse, los puntos de mayor atención y los
objetivos que se persiguen.
Se ha puesto especial atenc ion en presentar, en una
referencia bastante explícita, los diferentes materiales
aislantes que se usan actualmente en las reparaciones
Pag. 6
parciales de ios generadores, cuyo conocimiento facilitará
su planificación y ejecución.
Se expondrán en síntesis, los fundamentos de las pruebas de
diagnóstico de generadores que se utilizan actualmente en el
País, con algunos criterios técnicos de soporte para la
evaluación de los resultados. Se analizarán, como casos de
aplicación, los resultados obtenidos en los mantenimientos
de overhaul realizados en las Centrales de Agoyán, Esmeraldas
y Pisayambo, así como las reparaciones realizadas.
Pag. 7
DATOS GENERALES DE LOS GENERADORES DE LAS CENTRALES
PISAYAMBO AGOYAN Y ESMERALDAS
CARACTERÍSTICA
UBICACIÓN
MARCA
FUERZA KOTRIZ
CAPACIDAD NOMINAL
VOLTAJE NOMINAL
CORRIENTE NOMINAL
FACTOR DE POTENCIA
POLOS
I/ÜLT'AJE DE EXCITACIÓN
CORRIENTE DE EXCITACIÓN
R.F.M,
FRECUENCIA
CONEXIÓN DEL ESTATOR
CLASE DE AISLAMIENTO
ENFRIAMIENTO
SERVICIO
PUESTA EN SERVICIO
PISAYAHBQ
TUNGÜRAHUA
ALSTÜOH
HIDRÁULICA
40.000 UVA
13.800 V
1,673 A
0,95
14
191) Vdc
800 A
514.3
60 Hz
ESTRELLA
V (MICA-ISOTENAX II)
AIRE-AGUA
CONTINUO
197?
AGOTAN
TÜNGÜRAHÜA
KITSUBISHI
HIDRÁULICA
85.000 UVA
13.800 V
3,566 A
0.9
32
310 Vdc
862 A
225
60 Hz
ESTRELLA
"F" (EPQXICA-KICAl
AIRE-AGUA
CONTINUO
198?
ESMERALDAS
ESMERALDAS
ERCOLE MARELLI
VAPOR (BUNKER)
155.882 KVA
13.800 V
6.522 A
0.85
2
230 Vdc
1320 A
3600
60 Ü2
ESTRELLA
T (THERMALASTIC)
HIDROGENO-AGUA
CONTINUO
1982
Cuadro N° 1.2
Pag. 8
CAPITULO 2
PROCESOS DE ENVEJECIMIENTO DE LOS
GENERADORES
Una vez que un generador inicia su operación comere ial,
generalmente trabaja sin problemas durante algunos años,
t iempo que depende de varios factores, siendo los más
importantes: diseño de los equipos, tipo de operación,
nive les de mantenimiento, impactos del medio ambiente y
contingencias del sistema eléctrico.
Todas las partes de los generadores hidráulicos se diseñan
para que soporten durante toda su vida ú t i l , los esfuerzos
mecánicos de al menos un arranque y parada diario, con un
nivel y frecuencia de mantenimiento adecuados.
En el Sistema Nacional Interconectado, las centrales
hidráulicas normalmente se utilizan como potencia base, pero
debido al estiaje o escasez de agua en ciertos meses del año,
están sujetos a continuos arranques y paradas. " El
deterioro del generador se acelera con cada arranque y
parada, y equivale a una reducción de 10 horas del tiempo de
vida útil de la máquina".
ABB Generation, Refurbishment and uprating of hidro powergenerators, pág. NQ 2, 1985.
Pag. 9
En países industrializados, se ha observado que de las fallas
que ocurren en una estación de generación, le corresponde al
estator aproximadamente el 70 %, del cual, casi la totalidad
tienen lugar en el bobinado.
El conocimiento de ios procesos de deterioro del núcleo y de
la aislación de los bobinados, permite de una manera muy
objetiva, programar, ejecutar y evaluar las act ividades de
los mantenimientos predictivos, preventivos y correctivos.
El proceso de envejecimiento del aislamiento se produce por
la contribución de varios factores, los cuales se clasifican
bás icamente, en los siguientes cuatro grupos:
1 . - Esfuerzos térmicos
2.- Esfuerzos eléctricos
3.- Esfuerzos mecánicos
4.- Impactos del medio ambiente
1.- ESFUERZOS TÉRMICOS.-
El envejecimiento térmico está muy relacionado con las
reacciones químicas y cambios de estado físico de los
componentes de 1 ais 1amiento, que se encuentran en contacto
con el cobre y la atmósfera. Por pequeño que sea el
incremento térmico, puede causar efectos considerables.
Pag. 10
Existe una regla práctica que dice: "El tiempo de vida de un
sistema de aislamiento se reduce en un 50 % si la temperatura2
se incrementa en 10 arados Kelvin".
Las reacciones químicas, aparte de la formación interna de
gases, causan que la aislación se torne reseca, endurecida,
quebrad iza, con pérdida apreciable de elasticidad.
Los ciclos térmicos producidos por las variaciones de carga,
acentúan los esfuerzos en la interfase conductor-ais1 ación,
y dentro de la aislación misma, debido a las diferentes
características de dilatación térmica que poseen el cobre y
los materiales aislantes, originándose una separación de las
diferentes capas del aislamiento, y del conductor con
respecto a la aislación (laminación del aislamiento).
Durante la operación, las bobinas presentan un movimiento
relativo con respecto al núcleo que se encuentra a una
temperatura inferior, y en ese proceso de expansión y
contracción, se producirán daños en la superficie de la
bob i na por rozamiento con la 1aminac ion.
2.- ESFUERZOS ELÉCTRICOS.-
La degradación eléctrica se produce por presencia de campos
eléctricos que actúan sobre el aislamiento, en largos
2ABB Generation, Refurbishment and uprating of hydro power
generators, pág. 5, 1985.
Pag. 11
períodos de tiempo. El proceso degenerativo se acentúa
cuando el generador opera en condiciones de sobre excitación,
en presencia de transitorios de sobre voltaje o en pérdidas
bruscas de carga.
Descargas parciales internas.-
Las descargas parciales es quizás el factor más importante
en la degradación eléctrica del aislamiento; consiste en
pequeñas descargas localizadas en cavidades o huecos del
aislamiento, que quedan en el proceso de impregnación de la
res ina.
Las cavidades I lenas de aire se encuentran sujetas a campos
eléctricos grandes en proporción a la constante dieléctrica
del aislamiento sólido circundante; esta situación, sumada
a que la rigidez dieléctrica del aire es menor que la del
sólido, resulta en descarga o rompimiento del espacio de aire
a voltajes muy inferiores a los requeridos para perforar el
sol ido.
Las descargas internas producen la ionización del aire,
formando ozono, gas contaminante muy corrosivo que ataca las
superficies de aislamiento c i reundante.
El flujo de corriente producida por la descarga es
relativamente débil, por la alta resistencia del dieléctrico
que se encuentra en serie con las cavidades, pero como el
Pag. 12
deterioro progresa, aparecen descargas en las cintas
aislantes que cambian químicamente las propiedades de la
resina, produciéndose una línea de falla, con reducción del
espesor efectivo del aislamiento y su consecuente
perforación.
RESIMA
ENCINTADO
/ / * r t f / f * / f f f / /
CONDUCTOR
CAVIDAD e:
_ ENTrtECL-> / /"7 V 7 f t /"/ />/""" CCNlXíCTCRYEL
Cü.NUJCTOX
fíg. NQ2.1 Deterioro del aislamiento
Descargas a la ranura.-
Son descargas que se producen entre la superficie del
aislamiento del bobinado y el núcleo cuando se presentan
campos eléctricos en las paredes del aislamiento, en donde
se ha deteriorado o removido la pintura semiconductora de ranura.
Pag. 13
La pintura semiconductora, por su contacto directo con el
núcleo, pone la superficie del aislamiento de las bobinas a
un potencial cercano a tierra, y a la vez, reduce el campo
eléctrico en cualquier espacio de aire a un valor inferior
al de descarga.
Al existir un número bajo de contactos de bobina con el
núcleo, se presentan concentraciones de esfuerzos en esos
puntos, que provocarán un deterioro térmico de la pintura
semiconductora (material grafitado). Las vibraciones
mecánicas y electromagnéticas, que normalmente son de doble
frecuencia (120 Hz) , ocasionarán la remoción de esta pintura
en los puntos de contacto.
En resumen, el fenómeno de descargas a la ranura compaginado
con las vibraciones, desgastan las superficie del aislamiento
de las bobinas, con el consecuente aparecimiento de polvo
amarillo en las ranuras.
Para evitar una concentración excesiva de esfuerzos sobre el
aislamiento en las esquinas del núcleo, al final de la
ranura, se aplica una capa de pintura semiconductora de alta
resistencia, 11 amada también pintura graduadora, sobre la
pintura de sección de ranura, la cual pone a tierra la
superficie del aislamiento de los cabezales de bobina, en una
longitud determinada.
Normalmente, la pintura semiconductora de ranura sobresale
Pag. 14
en los dos lados del núcleo una distancia igual a la altura
de los dedos de presión. A partir de ese punto, se apiica
la pintura graduador a en una longitud de 12 a 15 cm,
dependiendo del diseño del bobinado y de 1 voltaje de
operación, debiendo existir un traslape de 1/2 a 1 pulgada
con la pintura semiconductora.
CROQUIS INDICATIVO PABA LA APLICACIÓN DE LAS PIífTURAS GRADIENTE Y SEMICONDUCTORA EN LOS CABEZALESDE BOBINAS.
A- Long qu* lobrciilt d«ll»inid« ti dtdo di —
prtiiín,
B. Lo«5 (••} d«d« por Ii
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En dona*:
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15. O KV 8. 70 ••.
17.0 KV B. «3 Kf l .
SlJKXCO*»
UII 1 I I I
Fig. NQ 2.2 Pinturas semiconductoras de bobinas
El tras lape y toda la pintura graduadora se encuentra
protegida con una envoltura de cinta de fibra de vidrio, en
Pag. 15
una o dos capas.
Luego de cualquier reparación se debe resanar cuidadosamente
la pintura semiconductora, asegurándose un buen contacto
entre la capa nueva y la existente,
Se ha observado que la resistencia de la pintura graduadora
de los cabezales, decrece a medida que se incrementa el
voltaje del sistema, o cuando se eleva el voltaje en las
pruebas de diagnóstico del ais 1 amiento, como la del factor
de potencia, fenómeno que incide en los resultados.
Se ha observado también que las propiedades graduadoras de
la pintura, se reducen cuando existe condensación de humedad
en la superficie del aislamiento. De igual forma, con el
paso de los años esta pintura se degenera, perdiendo sus
carácter!sti cas semi conductoras, or iginando una concentración
excesiva de esfuerzos en el extremo de la pintura conductora
de ranura, y el aparecimiento de efecto corona e esos
sectores (caso de la Central Pisayambo).
Los sistemas de aislamiento terraoplásticos (mica en hojuelas,
resina o barniz de goma laca, asfaltos) por ser más dúctiles,
para voltajes nominales bajo 7 KV no requieren medidas para
preven ir las descargas a la ranura.
Con los modernos sistemas de aislación a base de resinas
sintéticas duras, las descargas a la ranura se pueden formar
Pag. 16
en generadores con voltajes nominales inferiores, debido al
menor espesor del ai si amiento. Adicionalmente, su mayor
dureza no permi te tener un buen contacto con la superficie
del núcleo.
Descargas parciales entre el cobre y el aislamiento.-
Son descargas en la interfase conductor-ais1 amiento cuando
existe separación del aislamiento de la superficie del
conductor.
Igual que las otras descargas, producen gas ozono que degrada
químicamente el aislamiento, provocando fal las, especialmente
entre espiras o entre los hilos del conductor.
AISLAMIENTO- TERMQPLASTICO RESINA SINTÉTICA
DESCARGAS EN LA INTERFASE
COBRE - AISLAMIENTO
DESCARGAS A LA RANURA
Fig. NP. 2.3 Descargas parciales en bobinas del estatorAislamientos termoplásticos y epóxicos.
Pag. 17
Se ha observado que los sistemas de aislamiento del tipo
termoplástico son susceptibles de descargas parciales en la
interfase cobre-aislamiento, y los sistemas a base de resinas
epóxicas, a descargas parciales a la ranura y al deterioro
de la pintura semiconductora*
3.- ESFUERZOS MECÁNICOS.-
Son esfuerzos electromecánicos de compresión y vibración a
que están expuestos los bobinados durante la operación de 1
generador. Dependen del flujo magnético y de la potencia del
generador, y por su naturaleza, tienen el doble de la
frecuencia del generador.
Los movimientos y vibraciones provocan el desgaste del
aislamiento, pudiendo causar fracturas del mismo en los casos
extremos.
Estas fuerzas provocan altas vibraciones en los cabezales de
bobina, ocasionando un aflojamiento de los conductores, daños
en las conexiones y en la aislación, pero las más peligrosas
son las que actúan en la sección de ranura.
Si las bobinas no están adecuadamente acuñadas, éstas pueden
vibrar en la ranura, produciendo un debilitamiento de la
protección de corona y daño del aislamiento.
Ante esta situación, es urgente un reacuñado de la ranura,
Pag. 18
utilizando elementos semiconductores como rellenos laterales
y materiales como contracuñas y rellenos ondulados para
prevenir a la bobina de vibraciones de tipo radial.
Por su dureza, los actuales sistemas de aislamiento a base
de resinas sintéticas o epóxicas, son más propensos a daños
con estos tipos de vibraciones, en comparación con los
aislamientos termoplásticos, los cuales se engrosan
ligeramente con la temperatura, estableciéndose un buen
contacto con las paredes del núcleo; además, un aislamiento
más suave es menos sensible a las vibraciones.
4.- IMPACTOS DEL MEDIO AMBIENTE.-
Un medio ambiente agres ivo incluye la exposición del
aislamiento a gases corrosivos como el ozono, humedad,
agentes químicos y polvo.
Los agentes corrosivos afectan la aislación y algunas veces
también al cobre de los conductores.
La humedad puede ser absorbida por la aislación, causando una
reducción de las características dieléctricas y una posible
separación de las capas del aislamiento, a través de fuerzas
capilares.
Las partículas de polvo pueden ingresar con el aire de
enfriamiento para depositarse en el núcleo del estator, en
Pag. 19
las bobinas y en los ductos de ventilación, reduciendo la
capacidad de transferencia de calor y el consiguíente
incremento de la temperatura de todo el conjunto.
DETERIORO DEL NÚCLEO DEL ESTATOR
Todos los esfuerzos señalados anteriormente atacan también
al núcleo del estator, el cual presentará signos de
deterioro, con los años de operación.
Los incrementos de temperatura pueden dañar el aislamiento
de la laminación del núcleo, con la subsecuente generación
de cortocircuitos entre láminas y la presencia de puntos
calientes localizados.
Ai perderse el aislamiento ínter!amínar, la presión de
consolidación del núcleo disminuye, provocando que ciertas
láminas vibren, en especial las correspondientes a los
paquetes superiores, con el riesgo de que por fatiga del
material, puedan fracturarse y desprenderse, ocasionando
daños de consideración en todo el generador.
La vibración de la laminación y de los dedos de presión
causarán adicionalmente daños en el ai si amiento de los
bobinados del estator.
La compresión inicial del núcleo disminuye con los años de
operación, debido básicamente al proceso de reacomodo de las
Pag. 20
láminas en presencia del flujo magnético del generador.
Normalmente, el torque residual permanente se alcanza luego
de tres a cuatro años de puesta en servicio el generador, y
debe ser de valor suficiente para garantizar el apriete del
núcleo y la ausencia de vibraciones Ínter laminares. Un
ajuste inicial inadecuado de los pernos de presión puede
originar por lo tanto, un aflojamiento del núcleo y el
desgaste del ai si amiento ínter laminar.
F ig. 2.4 Compres ion del núcleocon los años de servicio.
Por su gran tamaño y facilidades de transporte, los estatores
de generadores hidráulicos, pueden ser construidos en partes
y ensamblados en el sitio.
Todo el núcleo está expuesto a procesos de dilatación térmica
del material, ejerciendo presiones muy altas a la carcasa
Pag. 21
exterior, la cual se encuentra auna menor temperatura. Esta
presión sobre los parantes de la carcasa, puede ser
suficiente para que se produzcan deformaciones del laminado
en forma de ondulaciones, fenómeno que a su vez, provoca la
disminución o la pérdida de presión que ejercen algunos dedos
de presión sobre el núcleo.
En Agoyán, el estator fue ensamblado en fábrica y
transportado en cuatro secciones, las mismas que fueron
acopladas en sitio, teniéndose las uniones en las ranuras NQs
31, 91, 151 y 221.
Un generador construido de esta manera puede generar
vibraciones de tipo magnético pues, a la onda fundamental de
flujo se sumaría una armónica causada por el fraccionamiento
del núcleo. Adicionalmente, en las uniones del núcleo se
presentan esfuerzos mecánicos debido a las dilataciones
térmicas de las partes, provocando deformaciones del laminado
en esos sectores.
El operar el generador continuamente con alta carga reactiva,
produce un sobrecalentamiento del núcleo y corrosión
electrolítica de las barras de la carcasa que lo soportan.
Esta corrosión se debe a la circulación de corriente por las
barras en presencia de flujo magnético disperso, al no
existir una un i formidad del núcleo en esos sectores.
Pag. 22
En igual forma, en condiciones de sub excitación del
generador, con factor de potencia en adelanto, se producen
sobrecalentamientos de los dientes del núcleo, especialmente
en la parte escalonada y en los paquetes correspondientes a
las cuñas de candado, debido a una circulación de corrientes
de Eddy o parásitas en los dedos de presión, por presencia
de flujo magnético disperso, en dirección axial. Situaciones
similares se producen durante las operaciones asincrónicas
de la máquina.
DETERIORO DEL ROTOR.-
Las fallas eléctricas en los rotores no son muy frecuentes,
debido a los bajos nive les de voltaje con los que trabajan.
Los esfuerzos térmicos y mecánicos son las principales causas
de su deterioro.
Los polos del rotor, las uniones interpolares y el bobinado
de amortiguamiento, están sujetos a esfuerzos mecánicos,
producidos por la fuerza centrí fuga de rotación, y a
esfuerzos térmicos debidos a la circulación de corriente y
al flujo magnét ico de 1 generador.
Estos esfuerzos pueden provocar fracturas de los sistemas de
aislamiento de los polos y de las uniones interpolares, si
éstas son de un diseño rígido y sin un adecuado anclaje a la
11 anta del rotor, (caso de la Central Agoyán), así como
también de las uniones y barras de cortocircuito de la jaula
Pag. 23
de ardilla del bobinado de amortiguamiento.
Para disminuir los efectos de los esfuerzos mecánicos, el
anclaje de los polos al núcleo del rotor se diseña con dos
y hasta con tres colas de milano (elemento del núcleo del
polo de forma trapezoidal), dependiendo de la velocidad de
giro y del tamaño de la máquina; además, en los generadores
de alta velocidad, se disponen cuñas interpolares para evitar
los esfuerzos tangenciales sobre los polos.
Los esfuerzos térmicos elevados provocarán el deterioro del
aislamiento de las bobinas polares, el aparecimiento de
cortos circuitos entre espiras y una deformación de la forma
de onda generada.
El aislamiento de las bobinas está construido a base de papel
de asbesto y resinas epóxicas o fenolicas, y los más
recientes, a base de papel nomex impregnado con epóxica.
Pag. 24
FIG
*
2.5
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crqI NCRCSO DE SUBSTANCIAS
EXTERNAS f ABRASIVAS
DURANTE EL MONTAJE —
RAYADO DEL NÚCLEO
AFLOJAMIENTO
DEL NÚCLEO
DISMINUCIÓN DE LA RI-
GIDEZ EN EL EXTREMO
DEL NÚCLEO
EN LAS CAPAS
DE AISLAMIENTO
DEL NÚCLEO
SOBRECALENTAMIENTO
DAÑO DEL. NÚCLEO
VIBRACIÓN
DEL NÚCLEO
VXBRACION ANORMAL
DE LAS BOBINAS
FRACTURA
DEL NÚCLEO
FALLA DEL AISLAMIENTO
DE BOBINAS
FUSIÓN DEL
DEL. NÚCLEO
FIG =* 2. Bb SECUENCIR TIPICP DE FRl_l_RS
EN RISLRMIENTOS MICR-EPOXICR
AFLOJAMIENTO DE CUÑAS
DE RANURA
NS
MOVIMIENTO DE BOBINAS
VIBRACIONES
CONTACTO ELÉCTRICO DÉBIL
ENTRE UA SUPERFICIE DEL
AISLAMIENTO v EU LAMINADO
DE LA RANURA
to O\S FLOJAS
DAROS EN LA PINTURA SEHICONDUCTORA
DE PROTECCIÓN DE CORONA
ELECTROEROS10N
DEL AISLAMIENTO
DESCARGAS PARCIALES
CENERACION DE OZONO
DAÑO DEL AISLAMIENTO
POR ABRASIÓN MECÁNICA
INTENSA ACTIVIDAD DE DESCARGAS A LA RANURA
DANOS EN EL AISLAMIENTO PRINCIPAL
DANOS EN LAS CUNAS r RELLENOS
PERFORACIÓN ELÉCTRICA DEL AISLAMIENTO
CAPITULO 3
MATERIALES UTILIZADOS EN LA REPARACIÓNDE GENERADORES
MATERIALES UTILIZADOS EN LA REPARACIÓN DE
GENERADORES
En vista de la necesidad de iniciar los mantenimientos
mayores o de overhaul en la mayoría de los generadores del
INECEL, el conocimiento de los diversos materiales que se
uti l i z a n en las reparaciones de generadores, permitirá una
planificación adecuada de las actividades y una ejecución
segura de las mismas.
Hasta los años sesentas se utilizaron como materiales
aislantes, el papel, la mica en hojuelas, las cintas de seda
o de algodón y láminas de asbesto, y como medios
aglutinantes, la resina fenólica, la goma laca y productos
asfa 11 icos.
Con el avance de la técnica, se dispone ahora de nuevos
materiales, como las resinas sintéticas tipo epóxica, la
fibra de vidrio; conservándose la mica, por sus excelentes
características dieléctricas y de protección contra el efecto
corona, ya sea en forma de cinta, en hojuelas o en polvo.
Los mater iales aislantes que se utilizan actualmente se los
puede clasificar en los siguientes grupos:
Pag. 27
i.- Barni ees
2.- Resinas epóxicas
3.- Cintas aislantes
4.- Cintas y cordones de amarre
5.- Láminas aislantes
6.- Placas aislantes
7 . - Pinturas conductoras y semiconductoras.
8.- Sodaduras
1.- BARNICES
Se los utiliza como recubrimiento final del núcleo y de los
bobinados del estator y polos del rotor, para proteger 1 os del
polvo y de la humedad. Tienen buena resistencia química al
agua, ácidos, a los aceite lubricantes, álcalis, solventes.
Se los usa también como impregnantes en bobinados de máquinas
de bajo vo i taje.
Los más comunes son el barniz Glyptal rojo de la General
Electric, y de la Dolph's, el ER-41 . Algunas de sus
propiedades son las siguientes:
Secado: Temperatura ambiente
Color: Transparente o rojo
Densidad: 0.88 a 0.90 a 20 °C
Temperatura: 160 "C
Rigidez dieléctrica: 1.500 a 2.000 V/mil. en seco
1 1 mil = 0.001 pulg.
Pag. 28
1.- Barnices
2 . - Resinas epóxicas
3.- Cintas ais 1antes
4 . - Cintas y cordones de amarre
5.- Láminas aislantes
6.- Placas ais 1 antes
7.- Pinturas conductoras y semiconductoras.
8.- Sodaduras
1.- BARNICES
Se los utiliza como recubrimiento final del núcleo y de los
bobinados del estator y polos del rotor, para protegerlos del
polvo y de la humedad. Tienen buena resistencia química al
agua, ácidos, a los aceite lubricantes, álcalis, solventes.
Se los usa también como impregnantes en bobinados de máquinas
de bajo vo1taje.
Los más comunes son el barniz Glyptal rojo de la General
Electric, y de la Dolph's, el ER-41. Algunas de sus
propiedades son las siguientes:
Secado: Temperatura ambiente
Color: Transparente o rojo
Densidad: 0.88 a 0.90 a 20 °C
Temperatura: 160 "C
Rigidez dieléctrica: 1.500 a 2.000 V/mi1 . en seco
1 1 mil = 0.001 puig.
Pag. 28
Para reparar el aislamiento del laminado del núcleo se
utilizan barnices clase H, que soportan altas temperaturas;
poseen excelentes propiedades de flexibilidad y adhesión.
Se curan al calor o a temperatura ambiente. Entre los más
utilizados tenemos el HI-THERM BC-346-A, de la DOLPH'S, sus
características principales son las siguientes:
Color: Transparente.
Solvente: Thinner Dolph's T-100.
Rigidez dieléctrica: 4000 V/míl.
Temperatura: 180 *C {clase H).
Resistencia al calor
215 °C: 20.000 horas
205 "C: 40.000 horas
Posee excelentes propiedades de penetración e impregnación.
2.-RESINAS AISLANTES
Para la confección o reparación de los aislamientos, se
utilizan las resinas como medio aglutinante de las capas de
cintas de mica y fibra de vidrio, lográndose con esto un
aislamiento homogéneo, libre de cavidades y con una buena
característica anticorona.
Existen algunas clases de resinas: poliester, fenólica, de
s i 1 icón, etc.; las de mayor uso, por sus características
técnicas, son las epóxicas, curadas al ambiente.
Pag. 29
Estas resinas son plásticos termofi jados, de fácil manejo y
aplicación. Vienen en dos partes, la resina propiamente
dicha y el agente de curado o catalizador, que luego de
mezclarse, aproximadamente por 3 minutos, producen una
reacción exotérmica, con un descenso de la viscosidad.
Permiten un tiempo de aplicación que oscila entre 15 minutos
y 24 horas. El tiempo de curado varía de acuerdo al tipo de
resina; las más comunes se encuentran alrededor de las 24
horas.
Las resinas de mayor uso son:
- Epikote 815 y Epon R 815 de la Sell
- Epoxylite G-230.
- Araldi te
- Pirel1 i
- BASA EN-263.
- HYSOL R9-2039 con endurecedor HD3404, de INDAEL - México
- Poliester ISOTENAX 2
En el montaje de los generadores de la Central Agoyán se usó
la resina epóxica Epikote NQ 815 de la Shell; en la Central
Paute las resinas epóxicas Araldite y Pirel1 i, y en la
Central Pisayambo, la resina poliester ISOTENAX 2.
A Continuación se presentan algunas características técnicas
de las resinas Epon 815, Epoxylite G-230 y Araldite,
utilizadas en el INECEL, en las ült imas reparaciones
Pag. 30
parciales:
Proporción resina/catalizador en peso:
Gravedad específica:
Conduct ívidad térmica:
Resistencia a la tensión:
Resistencia a la compresión:
Absorc ion de humedad:
Resistencia al calor:
Rigidez dieléctrica:
Resistividad Volumét r i ca:
Res ist ividad superficial:
Resistencia al arco:
Punto de inflamación:
Almacenamiento:
4/1
1. 142
1.4g-cal/hr/cm /cm/° c
9.000 PSI a 22 °C.
32.000 PSI.
0. 1% a 25 "C.
Clase F
500 V/mil.
2xl016 ohm-cm.
7xlOU ohms.
110 seg.
71 °C.
Máximo 1 año, en am-
bientes secos a 20°C.
La resina HYSOL R9-2039 de Indael (México) es una resina de
baja viscosidad y alta penetración, se la utiliza para
impregnar y aislar las laminaciones del núcleo de los
estatores que han sido afectados por fallas eléctricas o
mecánicas, luego de ser reparadas.
Características técnicas:
Proporción resina/catalizador en peso: 100/11.
Tiempo de curado al ambiente: 24 Hrs.
Gravedad específica a 25°C: 1.15-1.17 (ASTM D1475)
Pag. 31
Resistencia a la compresión: 16.000 PSI.
Resistencia volumétrica: 7.7 x 10 ohms
3.- CINTAS AISLANTES
Cinta de mica.-
La cinta de mica constituye el material de aislamiento básico
de las bobinas de generadores, por sus altas propiedades
dieléctricas, térmicas, resistencia al efecto corona, et c. .
Se aplica traslapada al 50% y sobre una primera capa de cinta
de fibra de vidrio; la cantidad de capas aglut inadas con
resina epóxica depende de los niveles de tensión del
generador, por ejemplo, un voltaje de 13.8 KV fase-fase
necesita alrededor de 13 capas de cinta de mica de espesor
de 0.007 pulg. Normalmente se pone una o dos capas de cinta
de fibra de vidrio al final, para darle una adecuada
resistencia mecánica y protección al conjunto.
La mica es un material muy delicado y viene en hojuelas o
escamas, o en forma de láminas; requiere de una fina cinta
de fibra de vidrio o de papel como refuerzo, para
proporcionarle una adecuada resistencia mecánica,
flexibilidad y espesor uniforme. Es de fácil aplicación, aún
en los sitios de las bobinas de diseño complicado.
Pag. 32
Algunas características técnicas:
Resistencia eléctrica
Clase:
espesores:
650 a 1100 V/mil.
165 a 180 °C.
0.0045 pulg. a 0,007 puig
Cinta de fibra de vidrio.-
Esta cinta tiene grandes propiedades mecánicas, adicionales
a las eléctricas y térmicas, por lo que su uso, básicamente,
es de protección mecánica del ai si amiento principal.
La cinta de fibra de vidrio natural viene en espesores de
0.007 pulg. por i, 3/4 y 1 pulg. de ancho; o combinada, con
las siguientes características de temperatura:
Vidrio barnizado con poliester:
Vidrio barnizado con epóxica:
Vidrio barnizado con silicón:
Vidrio - Mylard - Epóxi:
Vidr io - Rubber - Silicón:
130 °C
155 "C
180 °C
155 °C
180 *C
La cinta de fibra de vidrio natural, no tratada, tiene una
resistencia a la rotura de 165, 234 y de 310 Lbs. , para 1/2,
3/4 y 1 pulgada de ancho.
Especificaciones de la G.E.:
Especificaciones de la Westinghouse:
Pag. 33
A2L12B y A2L7B
41514
Cinta de Mylard.-
Es una cinta de poliester, con una gran resistencia mecánica
y dieléctrica. Fabricada por la DuPont Company.
Temperatura de trabajo continuo:
Punto de fusión:
Resistencia a la tensión:
Voltaje de ruptura:
150 *C
250 °C
20.000 PSI.
10.000 a 20.000 V.
Según los espesores
Es resistente a la mayor parte de productos químicos; viene
en espesores de 0.003, 0.005, 0.0075, 0.009. 0,010 y 0.014
pulgadas.
4.- CINTAS Y CORDONES DE AMARRE
Se u t i l i z a estos materiales para amarrar las cabezas de
bobina entre sí, y para sujetar todo el conjunto a los
anillos de soporte.
Existen cintas y cordones de fibra de vidrio tratados con
resinas especiales, a base de poliester, que se curan con la
temperatura. Resisten temperaturas de hasta 155 °C, vienen
en cordones de 1 a 5 mm. de diámetro y en cintas de 1/2 a 1
pulgadas de ancho.
Para facilitar el trabajo de amarre de los cabezales de
Pag. 34
bobina, existen cintas de dacrón termocontrácti les, de buenas
características mecánicas; soportan hasta los 155 °C.
Previo al amarre, las cabezas de bobina se separan con
bloques de material aislante, envueltos con tiras de algodón
poliester, embebidas de resina. Las tiras de algodón vienen
en diferentes espesores, las más usadas tienen 4 a 8 mm, y
5 a 10 cm. de ancho.
5.- LAMINAS AISLANTES
Papel Nomex 410.-
Es un papel de fibra de aramida, producida a partir de un
polímero poliamídico resistente a la temperatura, con una
clasificación de 220 °C.
Se lo u t i l i z a para aislar las espiras, especialmente de las
bobinas polares del bobinado de campo.
El nomex 410 posee buenas propiedades dieléctricas, que no
varían con la humedad; es resistente a los productos químicos
como solventes, resinas, barnices y aceites; alta resistencia
a la tracción y rasgado; no propaga la combustión y no se
deforma a altas temperaturas, lo que evita cortocircuitos
entre espiras.
Pag. 35
Características técnicas:
Espesores :
Resistencia a la tensión:
Resistencia dieléctrica:
0.002 pulg. a 0.030 puíg.
21 a 580 Lbs/pulg2.
21 a 28 KV/mm.
Nomex 410 TM es una marca registrada de E.I. Dupont, de
Nemours and Co. Inc,
Mylar.-
Son láminas de poliester de la Fábrica Dupont, poseen
excelentes propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas.
Resistencia dieléctrica 25 °C:
150 °C:
Resistencia superficial ohm/cuadro:
Resistencia de aislamiento:
7 KV/mi1.
6 KV/mi1.
1016 Ohms
1012 Ohms
Láminas de asbesto.-
Estas láminas, combinadas con resinas epóxicas, se utilizaban
para aislar las espiras de los bobinados de campo de los
generadores, como es el caso de la Central Agoyán; si bien
es cierto, este sistema posee una buena resistencia a la
temperatura, presenta una gran dificultad para los trabajos
de reparaciones.
Pag. 36
6.- PLACAS AISLANTES
Podemos citar a la Baquelita, al Celorón, a la Fibra Roja de
Poliester y al Lamicoi, materiales de muy alta resistencia
mecánica, eléctrica y térmica.
Con estos materiales se construyen las cuñas de ajuste de
ranura; los rellenos de ajuste frontal bajo las cuñas; las
tiras y bloques espaciadores de bobinas de sección de ranuras
y de cabezales; los bloques aislantes para el soporte de
cabezales de bobinas en los anillos de retención; col lares
de aislamiento y rellenos de ajuste de bobinas de los polos
del rotor, entre otros usos.
Baquelita.~
Fácilmente maquinable, adecuado para resistir altos voltajes
en condiciones bajas de humedad. Construida a base de resina
fenólica, con refuerzo de papel.
Propiedades:
Resistencia de aislamiento:
resistencia a la flexión:
Temperatura máxima de operac ion:
Resistencia Dieléctrica:
Espesores:
IxlO5 Mohms.
15.000 Lb/pulg2.
138 °C (Clase B) .
40 - 60 KV (Min).
De 1/64 pulg. a 2 pul;
Pag. 37
Celorón.-
Material constituido por tela y resina fenólica. Uso
mecánico y eléctrico. Posee alta resistencia mecánica al
impacto, con calidades excelentes para el maquinado, y una
baja absorción de agua.
Propiedades:
Resistencia dieléctrica:
Resistencia a la flexión:
Temperatura máxima de operación:
Espesores:
15 - 40 KV (Min).
17.000 Lb/pulg2.
135 °C (Clase B).
1/32 pulg a 4 pulg
Fibra roja (Poliester).-
Resistente al arco y a elevadas temperaturas, con propiedades
de retardo y auto extinción de la llama. Material a base de
resina poliester, con tela de fibra de vidrio de refuerzo.
Viene en diferentes grados, de acuerdo a la clasificación
NEMA:
GPO-1 : Lámina económica de api i cae iones muí tiples.
GPO-2 : Lámina resistente a la 1 lama.
GPO-3 : Lámina resistente a la llama y a la tracción.
EHC : Lámina resistente a altas temperaturas.
Pag. 38
Propiedades:
Resistencia dieléctrica;
Resistencia de aislamiento:
Resistencia a la 1 lama, varí a
de acuerdo al grado:
Tiempo de retardo:
Tiempo de quemar:
Resistencia a la flexión:
Temperatura de operación:
Espesores:
350 a 425 V/mil.
1 x 105 Mohms.
De 57 a 100 seg.
De 328 a 20 seg.
21.000 a 27.000 Lb/pulg2
130 °C GPO1-2-3 (Clase B)
155 °C EHC (Clase F).
1/32 pulg. a 2 pulg.
Para cuñas de estatores, la lámina de poliester de vidrio,
con la calidad más alta, es la de Grado EHC.
Lamí coi (Epóxica).-
Son láminas compuestas de tela de fibra de vidrio y resina
epóxica. Posee altas propiedades de aislamiento y retardo
a la llama. Mantienen las propiedades eléctricas y mecánicas
a elevadas temperaturas. Alta resistencia al impacto.
De acuerdo a la clasificación NEMA, vienen en dos grados: G-
10 y G-ll.
Pag. 39
Propiedades:
Resistencia al calor
Corto tiempo: 175"C (G-10), 205°C (G-ll).
Continuo: 130°C (G-10), 155°C (G-ll).
Resistencia dieléctrica: 550 V/mi1.
Resistencia de aislamiento: 1 x 10 Mohms.
Resistencia a la flexión: 60.000 Lb/pulg2.
Resistencia al arco: 100 a 127 seg.
Espesores: l/16pulg. a l p u l g .
Existe un material conocido como G-9, compuesto de un
refuerzo de tela de fibra de vidrio y resina melamínica;
posee buenas carácter!sti cas mecánicas y eléctricas. La
ligadura entre las capas laminadas de vidrio es débil; se
utiliza para aplicaciones en donde se requiera separar las
láminas, como es el caso de las tiras de relleno, entre las
cuñas de ranura y el lomo de la bobina.
Propiedades del G-9
Resistencia dieléctrica: 550 V/Mil.
Resistencia a la compresión: 70.000 Lb/pulg2.
Resistencia a la flexión: 58.000 Lb/pulg2.
Resistencia al arco: 192 Seg.
En las reparaciones realizadas en las centrales
hidroeléctricas Agoyán y Pisayambo, se uti1 izaron cuñas y
Pag. 40
materiales de relleno de la clase G-1Q.
1.- MATERIALES Y PINTURAS SEMICONDUCTORAS Y GRADUADORAS
Pinturas .-
La aplicación de las pinturas semiconductoras y graduadoras
en las superficies exteriores de las bobinas, t iene por
objeto eliminar los esfuerzos debidos a campos eléctricos que
se presentan en la superficie del aislamiento de las bobinas,
causa principal de las descargas parciales a la ranura y del
efecto corona externo, en los cabezales.
La pintura semiconductora de baja resistencia, compuesta a
base de carbón o grafito, se aplica en la sección de la
bobina que se encuentra dentro de la ranura, y la pintura
graduadora o semiconductora de alta resistencia, a base de
carborundum ó de carburo de silicón, en los cabezales del
bobinado.
Las siguíente son las pinturas que se usaron en las
reparaciones parciales de los generadores del INECEL:
Pinturas Semiconductoras.~
Glyptal NQ 9921 Marca General Electric
- VON ROLL ISOLA NQ 8003
SIB 643 (The Swiss Insulating Works Ltda)
Pag. 41
- Mitsubishi NQ SIB.
Las carácter!sti cas principales de estas pinturas son
Color: Verde ó gris obscuro .
Tiempo de aplicación: 1 Hora.
Secado: 24 Horas.
Espesor: 1/1.000 Pulg.i
Resistencia superficial: 2.000 a 20.000 Ohms/cuadro .
Pinturas Graduadoras,-
- VON ROLL I SOLA NQ 8002
- Mitsubishi NQ SIC NQ 1200
Características técnicas:
Color:
Viscocidad:
Resistencia superficial:
Gris obscuro.
520 a 25°C cP±15%
l . l x l O 8 - 1 .3x l0 9 Q/cuadro a
5Kv/cm.
MaterJales Semiconductores.-
Estos materiales semiconductores se utilizan como rellenos
laterales de las bobinas, para conseguir un ajuste adecuado
iOhms/cuadro = Resistencia de un tramo de pintura
semiconductora, de longitud igual al perímetro de la sección deuna bobina.
Pag. 42
en la ranura y a la vez, garantizar el contacto de la pintura
semiconductora con el núcleo.
Los materiales más comunes son: papel impregnado con grafito
o carbón y láminas rígidas de fibra de vidrio con resina
graf i tada.
En ¡a Central Pisayambo se utiliza fieltro carbonizado en
forma de U ó de L, de acuerdo a la necesidad, y en el Agoyán,
láminas rígidas semiconductoras, en un solo lado de la
bobina.
De acuerdo a la clasificación NEMA se tiene dos tipos de
láminas grafitadas: la C-109, que es un material a base de
resina poliester con fibra de vidrio sin orden, y el NP-841,
un material de resina epóxica con tela de fibra de vidrio.
Carácter!sticas técnicas:
C-109 NP-841
Resistencia a la tensión (PSI): 13.000 34.000
Resistencia a la flexión (PSI): 25.000 40.000
Resistencia a la compresión (PSI): 30.000 60.000
Resistividad superficial
Ohms/cuadro: 500-10.000 10.000-20.000
Espesores: 0.2 mm - 0.5 mm.
El papel que se utiliza en la Central Pisayambo tiene las
siguiente características:
Pag. 43
Resistencia superficial
espesor:
300 - 2000 Q/cuadro.
0.001 - 0.0015 pulg.
8.- SOLDADURAS.-
Para realizar las conexiones de los terminales de bobina en
los cabezales superiores, se usa un tipo de soldadura fuerte,
conocida como "brazing", en donde los conductores de bobina
se sueldan pero sin fundirse, al circular por la unión
corrientes altas provenientes del equipo de brazing.
Los materiales de soldadura más útil izados son el estaño y
diversas aleaciones de plata.
La aleación de plata de mayor uso contiene 15% de plata, 80%
de cobre y el 5% de fósforo, siendo este último componente,
el que le otorga características de fluidez y penetración.
Viene en cintas de 1 a 2 pulgadas de ancho y en espesores de
10 a 40 milésimas de pulgada, o en forma de varilla, de
varios diámetros. La concentración de plata puede variar y
es común también encontrar soldaduras con el 40% de este
mater ial.
El estaño requiere conectores de unión perforados, que
permitan la penetración del estaño líquido, para garantizar
el contacto entre los conductores de bobina.
Pag. 44
MANTENIMIENTO DE GENERADORES
El mantenimiento de los generadores es una de las actividades
principales que desarrolla el ingeniero de mantenimiento en
las centrales de generación; tiene como final idad e 1
preservar o restituir las condiciones normales de operación
del equipo instalado,
El generador, por encontrarse convirtiendo la energía
mecánica a energía eléctrica en forma permanente, está sujeto
a un sinnúmero de condiciones que deterioran sus diversas
partes y componentes.
Dependiendo del tipo de operación y sobre todo del tiempo que
tenga el generador en servicio, se deberá elaborar un
adecuado programa de mantenimiento preventivo, que contemple
todos sus componentes, tomando en consideración lo señalado
por el fabricante en los diferentes manuales de los equipos,
y la experiencia acumulada en trabajos similares.
Todo programa de mantenimiento, el más simple o el más
detallado, comprende las siguientes actividades básicas:
a.- Inspecciones periódicas de los diversos componentes,
Pag. 45
para descubrir condiciones que puedan evolucionar hacía
fallas o deterioro acelerado de los mismos.
b.- Trabajos de mantenimiento destinados a eliminar o
controlar tales condiciones, mientras se encuentren aún
en estado incipiente.
Es necesario que las unidades operat ivas de generación de 1
Sistema Nacional ínterconectado tengan una misma filosofía
para la ejecución de los mantenimientos de generadores, es
decir, utilicen los mismos procedimientos o metodologías, en
base a normas estandarizadas, que permitan evaluar los
resultados con los mismos criterios técnicos, y a la vez,
posibiliten la transferencia de experiencias de una central
a otra, claro está, guardando las part i cu laridades de cada
instalación.
CLASIFICACIÓN DEL MANTENIMIENTO
El mantenimiento del generador, dependiendo de las
condiciones de ejecución, se clasifica de la siguiente
manera:
1.- Mantenimiento programado
1.1.- Predict ivo
1.2.- Prevent ivo
1.3.- Mayor
Pag. 46
2.-Mantenimiento no programado
2.1.- Por fal la
2.2.- Por emergencia
Mantenimiento Predictivo.-
Es el conjunto de actividades que permiten conocer con
antelación el estado en que se encuentran las diferentes
partes del generador. Proporciona elementos de análisis para
implementar los correctivos adecuados, de manera planificada
y precisa. Se realiza en forma periódica y no requieren la
unidad fuera de servicio. Es ejecutado en parte por el
personal de operación, por su vigilancia constante sobre los
equipos.
Las actividades que se realizan son las siguientes:
1.- Inspección de la operación del generador por ruidos,
olores, vibraciones y ot ras condiciones anormales,
utilizando como medios los sentidos y los instrumentos
ins talados.
2.- Control y registro de los parámetros de generación
(voltajes, corrientes, frecuencia, potencias) y de la
parte mecánica (temperaturas del bobinado y de 1
núcleo, niveles de aceite y temperaturas de cojinetes,
agua de enfriamiento, etc.) para, en base a un análisis
inmediato, detectar problemas que puedan estar
Pag. 47
desarro 11 endose.
3.- Análisis de los datos obtenidos con los equipos
especiales de moni toreo: Vibraciones en cojinetes y en
la carcasa del estator; Inspecciones termográficas del
núcleo y bobinados del estator y rotor; Medición de la
concentración de ozono en el aire circundante de las
cabezas de bobina, como referencia para el control del
efecto corona.
Mantenimiento Prevent ivo.-
Bajo esta denominación se agrupan todas las actividades
periódicas, establecidas en el programa general de
mantenimiento preventivo, que se ejecutan en una o varias
partes del generador. Se le conoce también como
Manten imiento Menor,
Tiene la finalidad de preservar las condiciones normales de
operación, o de prevenir y corregir, en base a reparaciones
menores, las fallas incipientes detectadas en el
mantenimiento predictivo. Requieren la unidad fuera de
servicio; para su ejecución utilizan no más de una jornada
de trabajo por actividad.
Pag. 48
Actividades del mantenimiento Preventivo.-
Bobinados del Estator.-
1.- Limpieza general e inspección de las cabezas de bobina
por decoloraciones, manchas blancas de efecto corona,
aflojamiento de amarres, desprendimientos de
espaciadores de bobinas y de relienos de ranuras;
reparación del barniz de terminación.
2.- Medición de la resistencia óhmica, resistencia y factor
de potencia del aislamiento. Analizar los valores
encontrados con estándares establecidos; observar la
tendencia con mediciones anteriores.
Núcleo.-
1.- Inspección del laminado por ondulaciones; cambios de
coloración debido a sobre calentamientos; presencia de
polvo rojo, indicativo de desgaste del aislamiento
Ínter laminar; oxidación debido a corrosión
electrolítica de los soportes del núcleo.
2.- Limpieza de los ductos de ventilación con aire seco a
presión. La presión del aire no debe exceder los 40 PSI
para no afectar el aislamiento de los bobinados.
Estas actividades se realizan únicamente si el generador
Pag. 49
dispone de tapas en la carcasa para su inspección (caso de
la Central Agoyán); de lo contrario, se deben desmontar los
enfriadores de aire para acceder al núcleo (caso de la
Central Pisayambo), actividades que se las puede ejecutar de
la mejor manera durante el mantenimiento mayor.
Rotor.-
l.~ Resistencia óhmica y de aislamiento del bobinado.
2 . - Inspección de las uniones interpolares y del bobinado
de amortiguamiento; limpieza general.
3.- Limpieza e inspección de la pista de frenado, por
fracturas o aflojamiento de los pernos de sujeción de
los segmentos; medición de la longitud de las zapatas
de frenado.
Sistema de Excitación.-
Se deben hacer inspecciones rutinarias para verificar la
longitud de las escobillas, la presión de los resortes y el
estado de la superficie de los anillos rozantes; en operación
se debe verificar la ausencia de chisporroteo y ruidos
anormal es.
La limpieza periódica del polvo de carbón, producto del
desgaste de las escobi1 las, es muy importante, para evitar
Pag. 50
que el bobinado de campo trabaje con valores bajos de
resistencia de aislamiento o contamine los bobinados del
generador.
Sistema de enfriamiento de aire,-
Como actividad importante está la limpieza de los enfriadores
de aire, los cuales se obturan con depósitos de lodo o
colonias de micro organismos, formando una capa de suciedad
que se adhiere a las paredes de los ductos, disminuyendo la
eficiencia de todo el sistema de enfriamiento del generador.
La limpieza se realiza con métodos manuales o por medio de
agentes químicos, como soluciones de baja concentración de
sosa cáustica o de ácido clorhídrico. La frecuencia de la
1imp ieza var iara de acuerdo a los condiciones de operae ion„
Sistemas auxi1 iares.-
Se considera a los sistemas contraincendios y de calefacción
del recinto del generador, cuyas actividades principales son
la verificación de la correcta operación y el mantenimiento
de sus tableros de control.
Mantenimiento Por Falla.-
Por salidas de servicio debido a falla de alguno de sus
componentes y que requiere una corrección inmediata. La
Pag. 51
duración depende del grado del daño ocurrido.
Mantenimiento Emergente.-
Cuando se detecta alguna anomalía y antes de que degenere en
falla, se planifica una salida para reparación en el menor
tiempo posible. Igualmente, la duración depende del tipo del
problema presentado.
Mantenimiento Mayor.-
Se le conoce también como de overhaul, involucra todas las
partes del generador; es de tipo preventivo y correctivo,
t i ene como finalidad restituir las características de
eficiencia y seguridad muy próximas a las originales.
Pretende evitar salidas por falla de las partes, o que éstas
se deterioren, sin posibilidad de recuperación.
La planificación de este mantenimiento depende de muchos
factores; los más importantes son los siguientes:
1.- Tiempo de servicio.
2.- Recomendaciones de los manuales del fabricante.
3.- Observaciones realizadas mediante inspecciones y pruebas
de diagnóstico.
4.- Para realizar reparaciones planificadas.
La duración depende del tipo de generador así como de los
Pag. 52
trabajos correctivos planificados. Generalmente se hace
coincidir con las revisiones y mantenimiento de origen
mecánico que, por su naturaleza, son de larga duración.
Act ividades del Mantenimiento Mayor.-
A continuación se presentan las actividades de este
mantenimiento, para cada uno de los componentes de 1
generador:
A.- ESTATOR
A.l. NÚCLEO
A. 1. 1.- LAMINACIÓN.
A.1,1.1.- Verificar el apriete de las laminaciones o
presencia de polvo rojo en las ranuras, producto
del desgaste del ais lamiente ínter laminar.
A.1.1.2.- Inspección de ondulaciones de los paquetes de
:..- 21aminación, en su parte posterior.
A.1.1.3.- Inspección de desaliñeamientes y deformaciones de
los paque tes en las uniones de las secciones del
estator.
A. 1.1.4.- Inspección de puntos calientes por pérdida de
coloración, indicativos de cortocircuitos
magnét icos.
Pag. 53
CITWUCTVIU (fSOuCLCTO)•M*«* M CICMCLAMINACIÓN OCL NUCUOCflTNUCTWU OCL CSTATOfl2AMTA OCL CITATOft
M AaKMTI*lM«ICHTO
i. i At»_AMievra DC »*AAAa penaos QC3 ^I_AC* oe4 OCD03 0€9 MIXXCO
oe
Fig. N" 4.1 Estructura d e l núcleoLaminación y Fijación
Pag. 54
A.1.1.5.- Inspección de pérdidas de laminación en los
extremos de los dientes.
A.1.1.6.- Inspección por oxidación de las barras de soporte,
debido a corrosión electrolítica por circulación
de corriente, al operar el generador sobre
exci tado.
A.1.1.7.- Pruebas especiales para detectar sobre
calentamientos puntuales: Toroide y EL-CID
(Electromagnet ic core imperfect ion detector), con
el 100% y el 4% del flujo nominal.
A.1.2.- PLACAS Y PERNOS DE PRESIÓN.
A.1.2.1.- Verificar la posición de las placas.
A.1.2.2.- Verificar la posición correcta de los seguros de
las tuercas de los pernos.
A.1.2.3.- Verificar el torque residual de los pernos de
presión de acuerdo al manual del fabricante. El
ajuste inicial1 del núcleo disminuye con el tiempo
de operación hasta alcanzar el apriete permanente,
normalmente entre los primeros tres o cuatro años.
A.1.2.4.- Verificar el aislamiento entre los pernos de
presión y el 1aminado.
Pag. 55
PLACAS__Y_ DEDOS DE"
Fig. N* 4.2 Corte longitudinal del generadorUbicación de las placas y dedos de presión
Pag. 56
DEDOS DE COMPRESIÓN
PERNO SUJETADOR
PLACA DE COMPRESIÓN
NÚCLEO DEL ESTATOR
PLACAS DE COMPRESIÓN
Df fGOS DE COMPRESIÓN '
Fig. Ne 4 , 3 Placas y dedos de compresióndel estator
Pag. 57
A.1.3.- DEDOS DE PRESIÓN.
Verificación del apriete con respecto al laminado
y su fijación a la placa de presión.
A.1.4.- DUCTOS DE VENTILACIÓN.
A.1.4.1.- Verificar la correcta posición de los separadores
de aleación de cobre entre paquetes de laminación.
A.1.4.2.- Limpieza de ductos. cuidando de no dañar la
pintura semiconductora de las bobinas.
A.2.- BOBINADOS
A.2.1.- AISLAMIENTO
A.2.1.1.- Efectuar pruebas especiales de resistencia de
aislamiento, factor de potencia, descargas
parciales y descargas a la ranura.
A.2.1.2.- Verificar la presencia de polvo blanco o amar i 1 lo
en los ductos de ventilación, indicativo de
desgaste del aislamiento de bobinas.
A.2.1.3.- Verificar la presencia de manchas blancas en
cabezales indicativas de efecto corona; limpieza
y correcc ion.
Pag. 58
A.2.1.4.- Verificar solidez del aislamiento en cabezales de
las bobinas; un abombamiento o ablandamiento de la
aislación indica efecto corona interno,
cortocircuitos entre espiras o falso contacto en
las uniones de las bobinas, dependiendo del lugar.
A.2.1.5.- Medición de la resistencia en ohmios por cuadro,
de la pintura semiconductora de la superficie de
las bobinas; valores aceptables hasta 20.000
ohmios.
A. 2. 1.6.- Medición de la resistencia de contacto entre la
pintura semiconductora de las bobinas y el núcleo,
en cada ranura. Los valores oscilan entre los
2.000 y 20.000 ohmios, dependiendo del tipo de
pintura.
A.2. 1.7.- Limpieza general y reparación de la pintura de
terminacion.
A.2,2,- SISTEMAS DE SUJECIÓN
A.2.2.1.- Inspección de separadores y amarres de cabezales,
A.2.2.2.- Inspección de los amarres de cabezales a los
anillos de retención y anclaje de estos a las
placas de presión.
Pag. 59
CABEZALES DEL ESTATOR.
Soporte.
Conexión dePuentes.
Placa de presión.
Soporte.
Bobina».
Separador,
Cuña enRanura.
Núcleo üclEstator.
u=Ji—i
Anillo soporte
Fig. N° 4.4 Sistema de sujeción de cabezalesal anillo de retención
Pag. 60
A.2.2.3.- Verificar la correcta ubicación de los rellenos
semiconductores laterales; de los rellenos de
ajuste bajo las cuñas y de los separadores de
bobinas, en la sección de ranura.
A.2.2.4.- Verificar el estado general del acuñado por el
método del martillo, en especial de las cuñas
candado o de seguros en los extremos de las
ranuras. Reacuñar.
A.2.3.- CONEXIONES.
A.2.3.1.- Verificar la presencia de grietas o cambio de
colorac ion en el ai s1 amiento.
A.2.3.2.- Inspección de los soportes y del aislamiento de
las barras de interconexión de polos y ramales.
A.2,3.3.- Inspección del ajuste de los pernos de conexión
del neutro y salidas de fase.
A.2,4.- CUBIERTAS GUIAS DE AIRE.
Inspección por grietas y deformación; chequeo o
cambio de los seguros de los pernos de sujeción.
Pag. 61
A.2.5.- MEDIDORES DE TEMPERATURA.
Chequeo y/o reparación de las conexiones de los
RTD'S ; medición de la resistencia óhmica.
A.3.- CARCASA Y ANCLAJE.
Dedos dePresión. \a
Aire.
-tfücleo del -stator.
Estructuradel !
estator.'
Fig. 4.5 Estructura de soporte del núcleo
A.3.0.1.- Chequeo del apriete de los pernos de unión de las
secciones.
A.3.0.2. - Inspección de los seguros de las tuercas,
A.3.0.3.- Inspección de las soldaduras de unión de las
partes, con líquidos penetrantes, radiografías o
ultrasonido.
A.3.0.4.- Inspección de las barras guías de soporte del
RTD'S: Medidores de temperatura a resistencia
Pag. 62
núcleo.
A.3.0.5.- Verificar presencia de movimientos en los apoyos
de 1 estator.
A. 3.0.6.- Verificar la presencia de grietas en el concreto
cercanas a las placas de cimentación.
B.- ROTOR
B.1- CUBO DEL ROTOR
B.1.0.1.- inspección de soldaduras con líquidos penetrantes.
B.I.O.2.- Verificar la correcta posición de los pesos de
balanceamiento
B.2.- ANILLO O LLANTA
B.2.O.I.- Limpieza del laminado
B.2.O.2.- Inspección por cambios de coloración en el
laminado y puntos de oxidación.
B.2.O.3.- Verificar apriete de los pernos pasantes de ajuste
de la llanta y los seguros de las tuercas.
Pag. 63
CUNA SUPERIOR
Fig. N°4.6 Polo del rotor
Cuñaa de í'oloa. .Unión flecha - Ll/uita P.otor.
ConexiAn de Poloa.
J /
Reflector deAire.
¡G¡s
Fig. N° 4.7 Cuñas de ajuste: polos al anillo; aillo al cubodel rotor y conexiones entre polos
Pag. 64
COLA DE
MARCO AISLAN.eSUPERIOR
MARCO AISLANTE
WFEHK.1R
PLACA AISLANTE
ÚUCLEO LAMINADO
BOBINA
hUCLEO LAMINADO DE ROLO
Fig. N*4.8 Detalles de un polo del rotor
Pag. 65
B.2.O.4.- Revisar el estado de las cuñas de transmisión del
par y acople de la 11 anta con el cubo del rotor.
B.3.- POLOS DE CAMPO.
B.3.O.I.- Revisar el estado de las cuñas de acople de los
polos con la llanta y las placas de candado de las
mismas. Si se extraen polos se debe efectuar una
limpieza de limallas y materiales producto de
soldaduras.
B.3.O.2.- Inspección de las cuñas interpolares por
aflojamiento; chequeo de los candados de las
tuercas de los pernos,
B.3.O.3.- Inspección de cambios de coloración del laminado,
indicativos de puntos calientes por cortocircuitos
magnét i eos.
B.3,0.4.- Inspección por cambios de coloración, fisuras,
aflojamiento de las placas de prensado superior e
inferior del laminado.
B.3.O.5.- Medición del entrehierro entre el centro de cada
polo y el estator
Pag. 66
B.4. BOBINADO DE CAMPO
B.4.1.- BOBINAS
B.4.1.1.- Pruebas de resistencia de aislamiento, resistencia
óhmica, cortocircuito entre espiras con la prueba
de caída de tensión por polo. Medición de la
impedancia.
B.4.I.2.- Inspección de las placas aislantes de la bobina
con respecto al núcleo del polo y a la llanta del
rotor.
B . 4. 1 .3.- Limpieza y reparación de la pintura de
terminac ion.
B.4.2.- CONEXIONES.
B.4.2.I.- Inspección por cambios de coloración del
aislamiento, que indiquen conexiones flojas o
sobre temperatura por fisuras en las uniones
interpolares, en el caso de uniones rígidas
aisladas y sin anclaje a la llanta del rotor.
B.4.2.2.- Verificar el estado del aislamiento y de los
pernos de sujeción, en el caso de que la unión se
encuentre anclada a la 11 anta del rotor.
Pag. 67
1 J T1
1
T^
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3
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\l Lead
S
Rivet
Insulation
Fig. 4.9 Detalle de las uniones interpolares exteriorese interiores del bobinado de campo - Agoyán
Pag. 68
B.5.- BOBINADO DE AMORTIGUAMIENTO.
B.5.O.1.- Inspección por sobre calentamientos en la
laminación cercana a las barras de la jaula de
ardilla. Reparación con barniz de alta resistencia
a la temperatura.
B. 5.0.2.- Chequeo de las uniones de las barras al anillo de
cortocircuito*
B.5,0.3.-Chequeo de las barras por deformac ion,
calentamiento, fusión o rotura.
B.5.O.4.- Verificar las conexiones entre polos y los
candados de los pernos de conexión.
B.6.- PISTA DE FRENADO,
B.6.O.I.- Verificar el estado de la superficie con líquidos
penet rantes.
B.6.O.2.- Verificar la posición de las placas y el apríete
de los pernos de sujeción.
B.7.- SISTEMA DE VENTILACIÓN.
Verificación de las aspas de ventilación y las
soldaduras con líquidos penetrantes.
Pag. 69
CAPÍTULO 5
PRUEBAS ESPECIALES DE MANTENIMIENTO DE GENERADORES
PRUEBAS ESPECIALES DE MANTENIMIENTO
DE GENERADORES
5.1.- FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO
El factor de potencia permite conocer el estado interno del
aislamiento de los bobinados, en base a la medición de las
pérdidas en Watts que produce, al aplicar un alto voltaje
determinado de 60 Hz.
Las pérdidas activas, que se traducen en calentamientos
adicionales del bobinado, se originan en la parte resistiva
del aislamiento; consecuentemente, todas las causa que lo
deterioran, ocasionarán un incremento de las mismas.
El bobinado y su aislamiento se comporta como un capacitor,
donde el conductor de cobre y el núcleo son los terminales.
En presencia de voltaje alterno, fluye una corriente total
de carga, de dos componentes, una relativamente grande y
desfasada en 90° con el voltaje aplicado (componente
capacitiva), y otra en fase y de pequeña magni tud (componente
res ist iva).
Pag. 70
Representación Esquemática delAislamiento de un Espécimen mostrandoios Componentes de la Comente deiAislamient con el Voltaje de Prueba EAplicado.
Diagrama Vectorial Mostrandola Relación de los Componentesde ía Comente del Aislamientocon el Voltaje E aplicado.
Fig. 5.1.1 Corrientes por el Aislamiento
El factor de potencia del aislamiento se define como eos
Exlr
WattsVoltsxAmp
El factor de potencia, igual que el índice de polarización
en la prueba de resistencia de aislamiento, es una cantidad
Pag. 71
adimensiona1. que facilita la comparación de diferentes
volúmenes de ai si amiento. Se expresa usualmente en
porcentaj e.
El factor de pérdidas tan6, que relaciona la corriente
resistiva con la corriente capacitiva, numéricamente es
semejante al factor de potencia cos<|>, para ángulos pequeños
de 8. Para ángulos mayores de 6 (>5°), la diferenciaentre
estos factores se vuelve apreciable.
El Factor de Disipación (FD) se puede convertir a Factor de
Potencia (FP) y viceversa, utilizando las siguientes
fórmulas:
FP
FP=
Para todo propósito práctico, el Factor de Potencia (FP) y
el Factor de Disipación (FD) son iguales hasta valores del
10% (6 x 5°), y son casi iguales hasta un 30% (8 x 17.3°),
rango en el que se encuentran la mayoría de los resultados
de prueba de aislamientes de equipos de alto voltaje.
La prueba del factor de potencia se realiza con un voltaje
igual al 25 % del voltaje nominal fase tierra del generador,
"Factor de Potencia versus Factor de Dis ipac ion", DobleEngineering Company, PFDF-097, 1994.
Pag. 72
por ejemplo, 2.000 Vac para sistemas de 13.8 Kv fase fase.
El Factor de Potencia medido, depende de la resistencia del
volumen del aislamiento y de la resistencia de contacto de
la superficie de la aislación y la ranura del estator.
La resistencia volumétrica depende del material de la cinta
de refuerzo (papel, mylar o fibra de vidrio) de las hojuelas
de mica, y del material aglutinante (goma laca, asfalto,
resina poliester o resinas epóxicas).
La resistencia de contacto es función del tipo de material
de relleno que se u t i l i z a para el ajuste lateral de la bobina
en la ranura (papel o láminas rígidas semiconductoras), y de
la clase de pintura o cinta conductora de la superficie de
la bobina.
5.1.1.- Tip-Up del Factor de Potencia.-
El Tip-Up del factor de potencia de un aislamiento, se define
como la diferencia del factor de potencia, medido entre el
25% y el 100% del voltaje nominal fase-tierra.
Cuando se mide el FP a voltajes bajos, la mayor parte de las
pérdidas se convierten en calor por efecto " Joule ". Con
voltajes mayores, se presentan pérdidas adicionales, debido
a las descargas parciales en las cavidades internas del
ais 1 amiento.
Pag. 73
Wat & cent a mi nal tfdinsulaíion
Sound insulation
Appl ied voltagc Appl ied voltag*
Fig. 5.1.2 FP y Tip-Up para aislamientes en buenestado, deteriorado y contaminado
Un valor alto del Tip-Up es indicativo de un aislamiento con
un número alto de cavidades en su interior.
Incremento de la Capacitancia
En la prueba del factor de potencia y tip-up, al elevar el
voltaje se obtiene también un incremento de la capacitancia,
parámetro que también se lo considera para evaluar el estado
del ais lamí ento.
La variación de la capac i t a n c i a en porcentaje, se calcula de
la s i g u i e n t e manera:
C = Capacitancia a 8 KV.
Cft = Capacitancia a 2 KV.AC
XlOO
Pag. 74
Incremento del Factor de Potencia y del Tip-üp
Un incremento del factor de potencia, medido a 2 KVac, puede
deberse al envejecimiento de la cinta de papel de soporte de
la mica o del material aglutinante (por aumento de cavidades
o laminación del aislamiento).
Otra de las causas para un factor de potencia elevado, es el
incremento de la resistencia de contacto entre la bobina y
la ranura, por el deterioro de la pintura de grafito.
Factores que afectan los resultados del Tip-üp.-
En los generadores de bobinados grandes como los hidráulicos,
las pruebas de factor de potencia y tip-up se ejecutan en
circuitos o fases enteras.
Estas pruebas promedian los valores encontrados en todo el
ai s1 amiento, por lo que la sensibilidad de las mediciones se
reduce considerablemente, especialmente en áreas que
contengan un número significativo de cavidades. Es práctica
común aislar las bobinas que normalmente trabajan con
voltajes superiores a los 5 KV, fase neutro (el 25% del total
de 1 bobinado) para ejecutar las pruebas por separado y, si
es necesario, continuar subdividiendo hasta determinar las
bobinas con el tip-up elevado.
Cuando se prueba en bobinas separadas, se debe aplicar el
Pag. 75
voltaje en todos los hilos, para no distorsionar los
resu1tados.
En bobinas de pequeña longitud, las pérdidas en los cabezales
se tornan muy representativas, con respecto a las medidas en
la sección recta de la bobina, afectando los resultados de
las pruebas del factor de potencia y del tip-up. Estas
pérdidas son por efecto corona, debido principalmente al
descenso de la resistencia de la pintura graduadora con el
incremento del voltaje aplicado. De igual forma, se ha
observado que la acción de la pintura graduadora se inhibe,
al condensarse la humedad en la superficie del aislamiento,
ocasionando un incremento del efecto corona y, por
consiguíente, del valor del tip-up.
El aislamiento bajo la pintura graduadora, presenta una mayor
cantidad de pérdidas por unidad de longitud que en la sección
recta de la bobina debido a que, por el cambio de dirección
que tiene la bobina en ese sector, el aislamiento tiene una
menor densidad, no es homogéneo y presenta mayor cantidad de
cavidades. En bobinas de pequeña longitud, las pérdidas en
es tos sectores tienen un valor dos o tres veces superiores
a las medidas en la sección de ranura.
Factor de potencia y tip-up en bobinas de repuestos.-
El factor de potencia en bobinas desmontadas o de repuesto,
no depende solamente de las pérdidas en el aislamiento, sino
Pag. 76
2también de las pérdidas I R en la parte resistiva de las
pinturas semiconductoras y graduadoras, según el circuito de
prueba utilizado, por lo que estas pruebas se las debe
ejecutar con electrodos, simulando apropiadamente la ranura
de bobina.
En la sección de ranura se baja la resistencia de la pintura
semiconductora, por medio de láminas metálicas o por medio
de papel de aluminio que envuelve la bobina. En los
cabezales, se cortocircuita la pintura graduadora de los dos
extremos, por medio de láminas conductoras, conectando el
terminal de guarda del equipo detrás de estas láminas, a una
distancia igual a 1/10 de pulgada de las mismas, asegurándose2
que no exista contacto eléctrico con ellas.
GUARO ELECTRODES
CONDUCTING FOILWRAPS
DUMMY SLOT
INSTRUMENTJ4
Fig. N" 5.1.3 Circuito de Prueba de bastonescon el método de la IEEE
IEEE Std. 1043 1989.
Pag. 77
Este método, mide las pérdidas en el aisl amiento bajo la
pintura graduadora que son muy representativas, y elimina la
pérdidas por efecto Joule en la superficie de la bobina.
La Doble Engineering Company sugiere realizar las mediciones
del factor de potencia de los cabezales y de la sección de
ranura por separado, para conocer con mayor precisión el
estado del aislamiento principal, que va en contacto directo
con tierra a través del núcleo. Este método de medición
requiere separar las pinturas semiconductoras y graduadoras,
insertando un gap, por remoción de la pintura semiconductora,
en los dos extremos de la sección de ranura. Figs. 5-4 y 5-5
El Factor de potencia total se calcula de las pérdidas y de
las capacitancias medidas para cada sección, de la siguiente
forma:
F.P.
Donde: C,
FP.,
Capacitancia en la porción de ranura
Capacitancia en la porción de cabezales
FP en la sección de ranura
FP en la sección de cabezales
Pag. 78
GUARO ELECTRODES
GAPS INSEMICONDUCTINGí
PAINT 4 \
DUMMY SLOT
INSTftUMENT
JL:
Fig. N° 5.1.4 Circuito de medición del FP de la secciónde ranura de un bastón de repuesto
GUARO ELECTRODES -
CONDUCTING FOIL —WRAPSGAPS IN
(SEMICONDUCTINGlPAINT
T, ,?DUMMY SLOT
1INSTRUMENT
Fig. N" 5.1.5 Circuito de medición del FP bajo la secciónde la pintura graduadora de un bastón de repuesto
Una medición bastante precisa del FP de la sección de ranura
se consigue conectando directamente al terminal de guarda del
Pag. 79
equipo la parte inicial de la pintura graduadora, en los dos
extremos de la bobina, sin remover la pintura semiconductora,
como en el caso anterior.
Este método introduce en la medición un porcentaje pequeño
de error, debido a que siempre existirá algo de resistencia
superficial entre el terminal de guarda y el terminal que
simu la el núcleo, resistencia que corresponde a la pintura
graduadora que se mantiene en el gap entre estos dos
terminales.
GUARO ELECTROOES-i
_ *DUMMY SLOT1"
INSTRUMENT
X
Fig. N*5. 1 .6 Circuito de medición del FP de un bastónconectando a guarda la pintura graduadora
Cuando se adquieran bobinas nuevas, se debe especificar los
valores máximos permisibles de las pruebas de factor de
potencia y tip-up, así como el tipo de conexión a utilizarse
en las mismas, para evitar confusiones en el análisis de los
resultados de recepción, al compararlos con los obtenidos por
el fabricante.
Pag. 80
En el montaje de los generadores, algunos fabricantes
localizan las bobinas con menor factor de potencia y tip-up,
en los sectores cercanos al neutro y al final del bobinado,
y las que tienen valores más altos en la parte media, con el
objeto de facilitar la inversión futura del bobinado, si las
correspondientes al terminal de línea alcanzan un deterioro
apreciable de su aislamiento.
En la Central Pisayambo se uti I izó el método de la Fig.
5.1.6, para probar los 106 bobinas de repuesto existentes en
la bodega, conectando al terminal de guarda la pintura
graduadora, previamente cortocircuitada con papel de
aluminio.
Equipos de prueba.-
Los equipos de mayor uso son los medidores de factor de
potencia fabricados por la "Doble Engineering", tipo MEU de
2.500 Vac y los tipos MH y M2H de 10.000 Vac. De la marca
BIDDLE existe en el País el medidor del factor de pérdidas
o de disipación modelo 670065-j de 10 Kv.
El tipo MEU, por su capacidad y voltaje, se lo utiliza para
generadores pequeños y equipos de bajo voltaje en S/E.
Los equipos de 10.000 Vac tienen mayor capacidad, se los usa
para probar cables de potencia, bushings, interruptores,
barras, seccionadores y demás elementos de una S/E, y en
Pag. 81
La inductancia produce una reducción considerable de la
corriente de carga del circuito, de tal manera que el
transformador de elevación suministra únicamente los Watts
consumidos por el circuito de prueba, posibil itando la
medición de aislamientos con capacitancias de hasta 1.000 nF
(1 |iF), a un voltaje de prueba de 10 KV.
En los generadores, la medición del factor de potencia y tip-
up se realiza energizando una fase a la vez, con las dos
restantes conectadas a tierra; Para mediciones en el
ais 1 amiento entre fases, se energiza una fase a la vez,
conectando la segunda al terminal UST (unground specimen
test) del equipo y la tercera aterrizada.
En la prueba del aislamiento entre fases, los terminales de
guarda y tierra son comunes en el modo UST, por lo que la
corriente de pérdidas a tierra no interviene en la medición.
Esta prueba no es muy general izada, se ha observado
resultados de tip-up negativos en algunos generadores, como
es el caso de la Central Agoyán, e inclusive factores de
potencia negativos. Este hecho, se cree, se debe a ciertas
combinaciones críticas de las capacitancias y resistencias
que existen entre el terminal de guardia y las partes
energizadas bajo prueba. La corriente de retorno al terminal
UST, adelanta al voltaje aplicado de referencia, en más dei
90 grados.
3 Doble Engineering, "TEST EQUIPEMENT AND METHODS", publ27AC60, Secc. 3-218.
Pag. 83
HV
UST
usr
AG
(Al
Fig. N° 5.1.8 Diagramas de corrientes en la medición delFactor de Potencia del ais lamiente entre fases.
En la prueba de factor de potencia se obtienen los datos de
voltaje apiicado en KV, corriente total en mA, pérdidas en
Watts y capacitancia del aislamiento en pF.
El factor de potencia en porcentaje se calcula, con los datos
obtenidos, de la siguiente manera:
VattsxlOImA
Los equipos utilizados en las pruebas de factor de potencia
de los generadores del INECEL son los siguientes:
1.- Medidor de factor de potencia y capacitancia, marca.
Doble NQ377, D51890, tipo M2H.
Pag. 84
convencionales no destructivas, con las pruebas de alto
voltaje ca, del tipo destructivas. De los resultados
obtenidos en las pruebas de factor de potencia, se dedujeron
los siguientes valores referenciales ampliamente usados en
la actualidad, como criterio de evaluación de estos
ais lamientes:
CRITERIO
AtanS <
Atan8 >
Atan8 >
2%
2%
6. 5%
DIAGNOSTICO
Bueno
De cuidado
Crí tico
La Doble Engineering Company señala que es común encontrar
valores de Factor de Potencia (F.P) y Tip-up (AF.P. entre el
100% y el 25% del V^n) inferiores al 1% en generadores con
aislamientos mica-resinas epóxicas, en condiciones normales
de operación.
Para valores de factor de potencia, la Doble Engineering
Company, como producto de sus estadísticas en 82 generadores
en buenas condiciones de operación, presenta los siguientes
resultados:
McGrath R. J. and Grysxkiewicz F. J., "Power Factors andRadio Influence Voltages for Generator Insulation", DobleEngineering Company,
Pag. 86
KV de operación
13.8 a 14.4
15.0 a 18.0
19.0 a 24.0
F.P.
< 2%
< 2.5%
< 3%
Tip-Up
< 2%
Para pruebas en bobinas individuales, las grandes Empresas
Eléctricas como la C.F,E. (Comis ion Federal de Electricidad
de México), Utilizan el si guíente criterio:
Bobinas nuevas
F . P .
Tip-Up
< 1 . 5 %
< 0 .6%
Bobinas usadas
F . P .
T ip -Up
< 2%
< 2%
Los valores del factor de potencia y del tip-up difieren de
un sistema de aislamiento a otro, por ejemplo, un aislamiento
en buen estado, a base de micafolium y asfalto, puede
presentar valores iniciales de factor de potencia entre 2.0%
y 3.5 %, cons iderados altos para un sistema a base de mica
y resinas sintéticas.
Pag. 87
5.2.- DESCARGAS PARCIALES
Las descargas parciales son aquellas descargas eléctricas que
se producen en las cavidades del aislamiento, en presencia
de voltajes de magnitud suficiente para perforar el elemento
dieléctrico, aire o gas, que contienen estas cavidades. Se
producen en tiempos muy cortos, del orden de 2 a 5
nanosegundos.
Cortocircuitan temporalmente la capacitancia que representa
la cavidad, descargándose ésta a valores muy bajos de
voltaje, lo cual p o s i b i l i t a la extinción de la ruptura del
dieléctrico. En estas condiciones, la capacitancia de la
cavidad recibe una nueva inyección de carga del sistema de
alto vo1 taje.
A pesar de poseer una pequeña cantidad de energía, las
descargas causan un deterioro progres ivo de las propiedades
dieléctricas de los mater iales ais 1 antes.
La mayor parte de las fallas que ocurren en los aislamientos
se relacionan con la presencia y severidad de las descargas
parciales, ya sea en las cavidades internas y/o en la
superficie de la aislación; por lo que, la condición de un
bobinado de alto voltaje, usualmente se valora de acuerdo al
grado de actividad de descargas parciales que presenta.
La medición y análisis de las descargas parciales, es uno de
Pag. 88
los métodos de diagnóstico para detectar sectores o puntos
débiles del aislamiento, antes de la ocurrencia de una falla.
La medición de las descargas parciales se realiza,
básicamente, con dos objetivos:
I.- Para confirmar que los valores de tip-up elevado en la
prueba de factor de potencia, se deben a descargas internas
o externas del aislamiento, y no por otras causas, como
esfuerzos producidos en la pintura graduadora, debido a su
comportamiento no constante con respecto al voltaje y a la
presencia de humedad,
II.- Para detectar bobinas con un alto valor de descargas,
sin tener que individualizarlas como en la prueba del tip-up.
En este caso, se necesitan equipos adicionales para la
medición de descargas a la ranura, o de ultrasonido, para la
detección de corona en la sección de cabezales.
MÉTODOS DE MEDICIÓN DE LA DESCARGAS PARCIALES
La actividad de las descargas parciales se reflejan en un
incremento del factor de potencia del aislamiento y en el
aumento de su capacitancia con respecto al voltaje aplicado.
Se las puede cuantificar por medio de la medición de ciertos
componentes de alta frecuencia de los pulsos que producen.
La mayoría de las descargas ocurren en forma de pulsos
Pag. 89
individuales, capaces de ser detectados como pulsos
eléctricos, por medio de un circuito exterior de medida
conectado al aislamiento.
Las descargas parciales se relacionan con ciertas cantidades
mesurables como carga, frecuencia de repetición, etc., por
lo que, una medición cuantitativa de las descargas se puede
expresar en términos de una o más de estas cantidades.
La carga aparente q, es aquella carga que se transfiere al
aislamiento en la actividad de las descargas parciales, y la
frecuencia de repetición /i, es el número de pulsos de
magnitud mayor a un valor especificado, que ocurren en la
unidad de tiempo.
Existen varios métodos para la detección y medición de las
descargas parciales. Dependiendo de la disponibilidad de los
equipos de prueba, se los puede dividir en métodos prácticos
y en métodos con instrumentos de medición.
Métodos Práct icos.-
En el campo, para las inspecciones rutinarias de los
generadores, los métodos prácticos no instrumentados
adecuadamente, son de gran útil idad para la detección y
localización de las descargas, principalmente de origen
externo. Incluye los métodos acústicos y ópticos y, en
donde es posible, la observac ion de los efectos sobre el
Pag. 90
aislamiento, con el generador en reposo y, preferentemente,
con el rotor desmontado.
Detección acústica.-
Con el bobinado energizado, se pueden realizar observaciones
auditivas en recintos con bajo nivel de ruido, con ayuda de
micrófonos direccionales de alta sensibilidad sobre el rango
de frecuencias audibles, o de cualquier otro dispositivo o
transductor que amplifique la señal sonora de las descargas*
Este método permite local i zar principalmente descargas al
aire por efecto corona y descargas a la ranura.
Detección ópt ica.-
Con el recinto del generador completamente sin luz, es
posible observar las descargas que se producen en los
cabezales de bobina, y en las ranuras, a través de los ductos
de ventilación, si se encuentra desmontado el rotor. Las
descargas se presentan como fuente de luz ultravioleta, de
mayor o menor intensidad, conjuntamente con la generación de
ozono, fácilmente perceptible con el olfato.
Si la pintura graduadora se encuentra debili tada, es pos ib le
observar las descargas al final de la pintura semiconductora
de ranura, en forma de una línea transversal a la bobina, de
tonalidad ultravioleta, por concentración grande de esfuerzos
eléctricos en ese sector.
Pag. 91
Estos efectos ópticos pueden ser fotografiados y filmados en
video, ú t i l izando equipos y procesamiento especiales.
Métodos con Instrumentos de Medición Especiales.-
Los métodos adecuadamente instrumentados para la medición de
las descargas parciales, son los siguientes:
1. - Medición de la energía integrada de las descargas.
2 . - Medición de las descargas parciales en línea.
3.- Voltaje de radio interferencia (RIV).
4.- Medición de la carga aparente q.
5 . - Medición de las descargas con el Probador
Electromagnét ico. Descargas a la ranura.
1.- Medición de la Energía Integrada de las Descargas
La AEI engineering desarrolló un equipo para medir la carga
total transferida al aislamiento en cada ciclo, durante la
actividad de las descargas parciales, basado en el incremento
de la capacitancia del aislamiento en función del voltaje.
Este equipo se lo conoce como "Dielectric Loss Analyser"
(DLA); básicamente, es un puente de capacitancias, combinado
con un C,R.O. (Osciloscopio de Rayos Catódicos) para el
desp1iegue de la curva resultante.
"The dielectric Loss Analiser - a new tool for assessingthe quality and condition of high voltage machine insulation",AEI Engineering, May/June 1966.
Pag. 92
El puente de capacitancias se equilibra hasta obtener una
señal horizontal en el ose iloscopio, de longitud proporcional
al voltaje aplicado, s iendo este de un valor inferior al
voltaje de inicio de las descargas.
Con el incremento del voltaje se presentan las descargas en
el ais 1 amiento, abriéndose la señal horizontal del
ose i loscopio en un parale logramo, de base igual al voltaje
aplicado (V) y de altura proporcional a la carga total
transferida (AQ) por cada ciclo.
El área circunscrita por el paralelogramo representa la
cantidad de energía total consumida debido a la actividad de
las descargas parciales, energía que se mide en micro-
jou1es/picofaradio/cic lo. Una mejor condición del
aislamiento tendrá por lo tanto, un paralelogramo de menor
área.
AQ = Carga t o t a l transferida por c i c l o
debido a las descargas parciales
DISCHARGINGPERIODS
dQ _r r- - \* j — \*^
dV d o
C d = C a p a c i t a n c i a d e l e s p é c i m e n a u n a l t o
v o l t a j e s u f i c i e n t e p a r a q u e todas l a s
c a v i d a d e s s e d e s c a r g u e n ,
CO = C a p a c i t a n c i a del e s p é c i m e n a un b a j o
v o l t a j e s u f i c i e n t e para q u e n i n g u n a
c a v i d a d se d e s c a r g u e .
F i g . N D 5 . 2 . 1 M e d i c i ó n de la Energ ía i n t eg rada de lasDescargas - DLA
Pag. 93
TO HVTESTSUPPLY
JL
Trmtnr000000
OSCILLOSCOPE
Cs - Standard Capacitor
Cu - Specimen
Fig. N° 5.2.2 Circuito del Dielectric Loss Analyser-DLA
La no 1inearidad con respecto al voltaje de la pintura
graduadora influye sobre este método de medición, al igual
que en la prueba del factor de potencia y tip-up, por lo que
su uso se ha restringido únicamente a pruebas de laboratorio.
2. ~ Medición de las Descargas Parciales en Línea
La Empresa Canadiense de Generación Ontario Hydro desarrolló
un equipo de diagnóstico de aislamientos de generadores en
operación, conocido como PDA (Partial Discharge Anaiysis),
el cual posibilita medir las descargas parciales, y a la vez
determinar con cierta precisión, el lugar en donde ellas se
originan.
Este método requiere 6 capacitores de acoplamiento instalados
en forma permanente en el bobinado, cerca a las salidas del
Pag. 94
generador; las señales de dos capacitores simultáneos son
moni toreadas por el PDA. En generadores con más de un ramal
por fase, se puede colocar un capacitor por cada uno de
e 1 los ,
En un generador en operación, las descargas parciales ocurren
en las bobinas que tienen un voltaje de trabajo mayor al de
inicio de las descargas. Los resultados de este método de
diagnóstico reflejarán por lo tanto, la condición del
aislamiento de las bobinas cercanas al terminal de línea, sin
cons iderar las bobinas en ma í estado, ubicadas junto al
neut ro.
El PDA elimina los ruidos exteriores; registra los valores
de frecuencia, amplitud y polaridad de los pulsos de las
descargas, desplegando los resultados en un monitor. Para
cada capacitor, los pulsos positivos o negativos se grafizan
en un diagrama X-Y, correspondiendo el eje de las Y al número
de pulsos, y el eje de las X a la magnitud de los mismos,
medidos en m i l i v o l t i o s , generalmente en el rango entre 100
y 1.600.
La interpretación de los resultados del PDA posibil ita
distiguir los procesos de deterioro que tienen lugar en el
aislamiento de un generador en línea, dependiendo del tipo
de materiales utilizados, debido a su característica de medir
por separado las descargas de polaridad positiva y negativa,
bajo diferentes condiciones de carga. De la experiencia
Pag. 95
2obtenida, se definen los siguientes criterios de análisis:
Descargas a la ranura/capa de pintura semiconductora
Este tipo de descargas se producen en la superficie de la
aislación, por falla de la pintura semiconductora en la
sección de ranura. Son muy dependientes de la carga del
generador, por las vibraciones electromagnéticas que esta
produce; la temperatura tiene poca influencia en esta
actividad. Para este caso, las curvas del PDA muestran un
predominio de los pulsos positivos.
Descargas a la ranura
10,000
1,000
Positive PulsesNegative Pulses
¥£i;í B^S¿'*fe¿4%^SS'.l\!
Af lo jamiento de cuñasw,—.._...,.H9f
10,000-
1,000-
100-
10-
'• No Load
í>\¿^^%/!"Ful1 Load
100 200 300 400 500 600 700 BOO
This >;raph íllustr.iU-s une circuit oí a statwinding wht. .\s showíng igns oí pcmi-condui-tívecoating/slol disc'hargp, indicalcd byprsitive pulw predoniinance {tttp curve on thc
~r~—r"'—! 1 r*—i 1 1100 200 300 400 500 600 700 800
'lilis ^niph i Ilustra tpsonrcin uil ní ,\i Mitulinj;wlir» h is shnwinf; si(;ns of wt-ilgi.' liMisrnpvs, inriif.itfjby divrrging curves represenhm; poí-ihvf pulst".i»btüi!H>d undtT iio-lnad and fult-lo^d st;ibilíí'*'dcnuditions.
Fig NQ 5.2.3 Resultados del PDADescargas Parciales a la Ranura
J. F. Lyles, "Experience with Partial Discharge Analyzertesting as applied to hidraulíc generatolr stator winding",Ontario Hydro, Doble Engineering Company, 1986.
Pag. 96
Para efectos de análisis, las mediciones periódicas se deben
ejecutar en condiciones similares de temperatura, tanto en
vacío como a plena carga.
Una condición de cuñas flojas se puede detectar realizando
las mediciones con el PDA, con el generador en vacío y a
plena carga; en este caso» se observará un incremento de las
descargas de polaridad positiva. Un bobinado con un adecuado
ajuste presentará curvas superpuestas de polaridad positiva,
para las diferentes condiciones de carga.
Descargas Parciales Internas
Estas descargas se producen en el aislamiento principal por
laminación de las diferentes capas, o en cavidades carentes
de material de ag1utinamiento o de curado inadecuado. En el
PDA, las curvas de las descargas de polaridad positiva y
negativa tienen valores similares, sin predominio ostensible
de ninguna de ellas.
Los datos de estas pruebas indican que estas descargas son
más sensibles a los incrementos de temperatura del bobinado,
que a los cambios de carga.
Pag. 97
En el Aislamiento Interfase Cobre-Aislamiento
Interna! Discharge Interna! Dischdrge
10,000-
1,000-
Positive PulsesNegative Pulses
100-
10C 300 400 500 600 700 800
"f hi< Rraph illustríitos one circuií nf a stator v.indinj;\vhich is sliowing signs oí inlrrn.il ^roundwalldelamin¿tínn, indicated by coincKÜnp curvesrt-pn^t-ntinjí posilive anH nc^alív pulsi-s.
10,000
1.000
• Positiva PulsesNegative Pulses
100 200 300 400 600 600 700 000
Thisgraph ¡Ilústrales oní-rirruitof a statorwindingwhirh ií showing sígitf of Kmundwall/aipfTrfitraj d iniorface debminíítíon, indicated by negativepulse predominance (top curve on ttv* graph).
Fig NQ 5.2.4 Resultados del PDADescargas Parciales Internas.
Descargas en la interfase cobre- aislamiento
Este tipo de descargas, originan curvas con un predominio de
los pulsos de polaridad negativa.
3.- Voltaje de Radio Influencia (RIV)
Los medidores de radio influencia son voltí metros de banda
corta, de frecuencia seleccionable, construidos inicialmente
para medir interferencias en la recepción de señales de
radio. Trabajan en el rango de frecuencias de 150 KHz a 400
Pag. 98
MHz , s i n ton izados generalmente a 1 MHz. Cuando se los
utiliza en generadores, miden el ruido producido por las
descargas en el aislamiento, en términos de voltaje, del
orden de los microvoltíos.
Por sus características, este equipo no cuantifica
directamente las descargas parciales, pero permite tener una
indicación de la magnitud de las mismas. La lectura de
voltaje depende de la magnitud q de las descargas y de la
frecuencia de repetición n de las mismas.
La Doble Engineering, en base a su experiencia, presenta un
valor referencial de 1.000 microvoltios a una frecuencia de
1 MHz, para generadores con aisl amiento a base de mica y
asfalto en condiciones aceptables de operación. Para
generadores con aislamiento del tipo epóxico, señala valores
entre 100 y 200 microvoltios para los bobinados probados con
un voltaje nominal Fase-tierra.
En el generador NQ1 de la Central Pisayambo, se obtuvieron
en la prueba del RIV los valores de 140, 160 y 130 u,V, para
las fases A,B?C respectivamente; en la Central Esmeraldas los
valores de 110, 140 y entre 90 y 100 &V para las fases A,B
y C. El primer generador tiene un aislamiento a base de mica
y resina ISOTENAX II tipo poliester (clase F), el segundo
generador, un aislamiento tipo THERMALASTIC a base de resina
epóxica y mica (clase F). Los dos aislamientos son modernos,
del tipo duro, por lo que estos valores se los puede
Pag. 99
considerar como referenciales para los generadores de 13.8
KVf que dispone el INECEL.
El uso de este equipo no es muy generalizado debido a que se
dispone actualmente de equipos técnicamente más avanzados,
como aquellos que miden la carga aparente de las descargas
pare iales.
4.- Medición de la Carga Aparente
Los pul sos de corriente debido a las descargas parciales,
producen pulsos de voltaje en los terminales de una cavidad,
de magnitud muy pequeña imposible de ser medida, al igual que
su capacitancia y la carga que absorbe. Estos pulsos de
voltaje se reflejan de la misma forma en los terminales del
ai s1 amiento.
Para caracterizar las descargas parciales se utiliza una
magnitud conocida como carga aparente, definida de la
siguiente manera:
La carga aparente q de las descargas parciales, medida en
picocoulombios (pC), es aquelia carga que si se inyecta
instantáneamente a los terminales del aislamiento bajo
prueba, producirá un cambio momentáneo de voltaje entre sus
terminales, de valor igual al producido por las descargas
parciales.
3 IEC Standar, Publicación 270 1981, Pag. 11.
Pag. 100
Circuí tos de medición.-
Todos los circuitos de medición de las descargas parciales
iconsisten principalmente de los siguientes elementos:
La capacitancia del aislamiento bajo prueba C. .&
Un capacitor de acoplamiento C^.
Un circuito de medición, representado por una
impedancia Z , el cable de conexión y el instrumento de
med ida.
Una impedancia o filtro Z para controlar los pulsos de
descarga provenientes de la fuente.
Por la impedancia de medición ZB , conformada por una
resistencia en paralelo con una inductancia, o por un
circuito serie de una resistencia y un condensador, circulan
los pulsos de corriente producidos por las descargas
parciales, ocasionando que en sus terminales se presenten
pulsos de voltaje, cuyos valores pico son proporcionales a
la carga aparente, transferida al aislamiento.
Pag. 101
U
1
c.
'
-¿m-6L
Autro placomont possiblo pourAlternativo positipn fpr Zm
r-1--.
T'J
O
—• ímpéd.T.cc de mesure en serie fivrc le condcnsntcur de li-iison.connccie*! in scnrs wi th ihc coupling capacitor.
c.
U'-
r-1--.i ,, i
L;JO
— Tmpédance de mesure en serie avcc I'objet en essai.iNíeasuring impedancc connccled in series u-ilh thc test object.
u-
c,
Q:1 7 *I Z" |
1 7 I| ¿mi , [>'
— Schcma d'im cirojil equilibré.Halanccxl circuit
Fig. NQ5.2.5 Circuitos básicos de medición delas descargas parciales
Pag. 102
El ruido del medio ambiente y las características de los
elementos del circuito de prueba (Impedancia de medición Zm,
Capacitancia de acoplamiento Ck, Capacitancia del aislamiento
Cs), determinan la forma y duración de los pulsos de voltaje
que se miden. Estos pulsos son modulados para que el
instrumento mida valores proporcionales a las descargas
pare iales *
Los pulsos individuales de voltaje se despliegan en un
osciloscopio, calibrado con una señal patrón, para
posibilitar la medición de la carga aparente.
La calibración del equipo de medición y de todo el circuito
de prueba, incluido el ais 1 amiento, se realiza antes de cada
prueba, y se consigue inyectando pulsos cortos de corriente
de carga q, conocida, usando un generador interno de señales
de voltaje de onda cuadrada, de magnitud Vn en serie con unu i
pequeño capacitor de bajo voltaje C de valor conoc ido . En
estas condiciones, el pulso de calibración tendrá un valor
similar a una descarga de magnitud q0 . El capacitor de
calibración debe ser retirado del circuito antes de la
aplicación del voltaje de prueba.
Pag. 103
L
1
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1,
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c.
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L/-
j -HI-4H-
C.
i ii'L..4»-— — - c.
**
Fig. N° 5.2.6 Conexiones para la calibracióndel circuito de prueba completo.
El oscilograma de las descargas parciales puede presentarse
en el osciloscopio sobre una línea horizontal, con una
separación muy definida entre las descargas de los semiciclos
positivo y negativo de la onda de voltaje, o por medio de una
e l í p t i c a , correspondiendo los pulsos positivos a la parte
superior y los negativos, al lado inferior.
Este procedimiento también permite medir las descargas de
mayor magnitud q , las cuales por lo general, tienen una
frecuencia de repetición bajo y corresponden a las descargas
esporádicas que se presentan en el aislamiento.
Fig 5.2.7 Oscilograma de descargas parcialesen el aislamiento de generadores
Pag. 104
Equipos (Je Prueba. -
Los equipos más comunes usados en la actualidad, son de banda
ancha, que trabajan en frecuencias de 40 a 400 KHz acoplados
a osci loscopios de rayos catódicos. También existen equipos
de frecuencia seleccionable en el rango indicado.
En las pruebas realizadas últimamente en los generadores del
Inece ] , se usaron los siguientes equipos de banda ancha:
Medidor de descargas parciales, marca HIPOTRONICS ,
modelo 77A
Medidor de descargas parciales, marca Tettex
Instruinent , serie N° 138637, tipo 9126.
Capacitor de acopl amiento de 1.0 nF, marca Robinson
Electric Inst., 20 KV . serie N" 106, tipo 724Cv20.
Impedancia de medición, marca Tettex Instrument, tipo
q~f
Medidor de descargas parciales, marca Biddle .
Valores Referencia les . -
En base a la medición de la descarga q§ de máxima magnitud,
y a los estudios de correlación existente entre las pruebas
no destruct ivas y destruct ivas de ais lamientos dei
generadores, el Japan El RE Council propuso, para
Shuichi Akí, "An Insulation Deterioration Diagnost icMethod for Generator Windings", Japan IERE Council, pág. 5,february, 1991 .
Pág. 105
aisl amientes a base de mica y de resinas epóxicas, los
siguientes valores referenciales:
Cri
qm < 1
qm > i
q > 3
% 2 *
terio
x 104
x 104
x 1 04
x 105
pC
pC
PC
pe
Juicio
Bueno
De cuidado
Crí t ico
Pos ible rupturaais lamiente
del
Los generadores cuyos ais lamíentos presenten descargas
parciales superiores a los 10.000 pC, deben ser sometidos a
inspecciones periódicas, para monitorear su comportamiento
con el tiempo de servicio, especialmente de aquellas bobinas
con descargas altas., que han sido determinadas con equipos
adicionales de inspección.
5.- Medición de las Descargas con el Probador
Electromagnético - Descargas a la Ranura
Con el bobinado del generador energizado, es posible medir
las descargas parciales en bobinas individuales con ayuda de
un probador electromagnético, que se integra temporalmente
al circuito magnético de la ranura para medir la corriente
producida por las descargas.
Pag. 106
POWOEREDIHON CORE
TUNEO AMPLIFER& QUASI PEAK METER
V\\\N\
Fig 5.2.8 Probador Electromagnét ico
Este equipo desarrollado iniciaImente por la The Tennessee
Valley Authority (TVA) y por la Westinghouse, consiste de un
pequeño núcleo magnético y una bobina de un conductor de
cobre delgado, cuyos terminales se conectan por medio de un
cable coaxial a un instrumento medidor de ruido, sintonizado
en 5 MHz, correspondiente a la frecuencia de las descargas
pare iales.
El circuito establecido por la bobina y por el cable coaxial,
conforman un circuito resonante LC, a 5 MHz. El inst rumento
desarrollado por la West inghouse es un peak pulse meter, con
la escala en picocoulombios.
El uso de la frecuencia de medición de 5 MHz permite
conseguir una atenuación considerable de las señales
Pag. 107
originadas fuera de la bobina bajo prueba, de tal forma que
el probador electromagnético medirá únicamente las descargas
de la bobina, cuya ranura se cierra con el instrumento. De
igual forma, la atenuación de las señales a lo largo de la
ranura es apreciable, debiéndose tomar lecturas en toda la
longitud de la bobina.
La Electric Testing Instruments LTDA. produce un modelo
mejorado conocido como Peak Pulse Meter t ipo PPM-74,
compuesto de: una bobina de 11 espiras de un conductor de
cobre enamelado NQ 19 AWG en una barra de ferrita; un cable
coaxial de 3 pies de longitud y un instrumento de medición
con 5 escalas de lectura de corriente, en el rango de 10 a
1.000 mA y una respuesta de frecuencia entre los 50 KHz y los
100 MHz.
El equipo PPM-74 está diseñado para medir los pulsos
negativos de las descargas parciales, con anchos de banda
superiores a los 20 ns ínanosegundos) y rangos de repetición
entre 20 y 5000 pps (pulsos por segundo). Las lecturas tienen
una precisión del 10% cuando se miden pulsos de un ancho de
banda superiores a los 50 ns, cayendo al 25% para pulsos
entre los 20 y 25 ns.
En los sistemas de aislamiento duro, las altas descargas
parciales registradas por el probador electromagnético
frecuentemente se deben a las descargas en la superficie del
Pag. 108
aislamiento o hacia la ranura, debido a su mayor sensibilidad
a las descargas producidas en los lados de bobina, aledaños
al gap de aire. Este equipo se convierte de esta manera, en
una herramienta de gran utilidad para el diagnós t i co de 1
estado de la pintura semiconductora de ranura y del grado de
contacto de la superficie de la bobina, con el laminado del
núc1eo.
Procedimiento de prueba
El detector electromagnético se lo ubica en la ranura,
ejerciendo en forma perpendicular una adecuada presión de
contacto sobre las cuñas de ajuste; se lo desplaza
manualmente desde un extremo y a lo largo de la ranura para
medir las descargas parciales que se producen en la bobina.
Este procedimiento se repite para todas las ranuras que
contengan bobinas de la fase bajo prueba.
Es conveniente energizar una fase a la vez, con las otras dos
conectadas a tierra, para evitar que las lecturas de las
bobinas de una fase se vean afectadas por las descargas de
las otras fases; además, si las tres fases se energizan al
mismo tiempo por la misma fuente de voltaje, se tendrían
lecturas erróneas, por encontrarse en fase cada una con
respecto a la otra, situación que no refleja una condición
normal de operación.
Pag. 109
El voltaje de prueba debe ser superior al voltaje de inicio
de las descargas; normalmente se utiliza el voltaje nominal
fase-tierra, siempre que este sea superior al valor de 5 KV,
de acuerdo a las observaciones real i zadas por la TVA y por
1 a West inghouse.
Se ha observado que la actividad de las descargas parciales
se atenúan a partir de las primeras dos horas de aplicación
del voltaje de prueba, debido principalmente, a los cambios
de presión del gas o del aire dentro de las cavidades del
aisl amiento. En tal virtud, las lecturas del peak pulse
meter se pueden tomar luego de dos horas de energizado el
bobinado, para obtener resultados más representativos, o
inmediatamente después de la energización, si se considera
que la atenuación no es muy importante. Para mediciones
periódicas en una misma máquina, es importante usar el mismo
método para cada prueba.
El terminal de guardia del instrumento se debe conectar a
tierra durante la prueba, para protección de I personal, en
caso de que ocurra una falla del aislamiento justo en el
momento de la medición. La probabilidad de que esto ocurra
es muy remota.
Los generadores eléctricos grandes, tienen por lo general un
bobinado de doble capa, con dos bobinas por ranura de la
mi sma fase o de fases diferentes.
Pag. 110
Si existe la certeza de una excesiva actividad de descargas
parciales en una ranura en particular, la determinación de
la bobina fallosa será evidente si se trata de una ranura con
fases diferentes, pero si las bobinas corresponden a la misma
fase energizada, se debe complementar el análisis con los
datos de factor de potencia y de tip-up del aislamiento de
las bobinas individuales, si es que se disponen en el
historial de la máquina, caso contrario se deben tomar
lecturas de la resistencia ohmios por cuadro de la pintura
semiconductora de las bobinas, y los valores de la
resistencia de contacto de esta pintura con respecto al
laminado del núcleo, como criterios adicionales de
evaluación, aparte de las inspecciones visuales o de
ultrasonido que se puedan ejecutar.
Valores Referenciales.-
La Doble Engineering, en base a su experiencia con el
probador electromagnético en los últimos años, propone los
siguientes valores referencia1 es, para la evaluación de la
actividad de descargas parciales en bobinas
individual izadas:
de descargas parciales
5
Unidad
DI A
Norial
5 - 15
Cuestionable
40 - 60
Reeipíazar Bobina
> IDO
5 Doble Engineering Company, GENERAL REFERENCE BOOK GBR-291, págs. 9-2.3
Pag. 111
5.3.- PRUEBAS DEL AISLAMIENTO INTERLAMINAR DEL NÚCLEO
El núcleo magnético de un generador se construye a base de
I aminas finas de acero al s i l i c i o de grano orientado, con
espesores que oscilan entre 0.5 y 1.0 mm, aisladas unas con
otras pero cortocircuitadas en los extremos por los parantes
de la carcasa que lo soportan. Esta construcción permite
reducir las pérdidas y calentamientos debido a las corrientes
de Eddy que se presentan en la operación normal de 1
generador.
Los materiales que se utilizan para aislar las láminas son
muy resistentes a la abrasión, temperatura y oxidación, como
el s i l i c a t o de sodio (vidrio líquido), varios óxidos, mica,
barnices y el fosfato de aluminio en capas finas, usado
últimamente en forma amplia. Este aislamiento se lo
construye muy delgado con el objeto de conseguir un menor
espesor del núcleo y una a l t a densidad de flujo magnét i co.
Las causas más comunes que se han observado en las fallas del
aislamiento ínter laminar, son las siguientes:
Fallas a tierra de los bobinados, con circulación de
altas corrientes a través del núcleo.
Pérdida del aislami ento por excesiva fricción entre las
láminas, al perder presión de ajuste los pernos, placas
y dedos de pres ion.
Desprendimiento de los separadores de los ductos de
Pag. 113
ventilación y rotura posterior de los dientes del
laminado por vibración. Los separadores y los pedazos
de los dientes causarán daños severos en gran parte del
1aminado.
Errores en el montaje; un depósito metálico o l i m a l l a
puede provocar la perforación de la capa aislante.
Puntos débiles del aislamiento, debido a una
impregnación inadecuada del material aislante durante
1 a fabr i cae ion.
Ingreso de elementos extraños al entrehierro o por
desprendimiento de partes del rotor.
Una falla que involucre únicamente dos láminas no
representará un serio problema para el generador, pero si se
trata de varias de ellas, la corriente de falla inducida
ocasionará una generación alta de calor que, si el sistema
de enfriamiento no es capaz de disiparlo, será la causa para
que aparezcan nuevas fallas Ínter laminares, llegándose en
casos extremos, a fundir parte del hierro si no se detectan
y reparan oportunamente.
Las fallas más comunes en el núcleo se presentan en el fondo
y en las paredes de la ranura, así como también en la parte
exterior de los dientes del laminado. El cortocircuito entre
las láminas cierra el lazo entre ellas y los parantes de
soporte del núcleo, estableciéndose una corriente circulante
de falla y una generación alta de calor en ese sector.
Pag. 114
INDICATION OF FAULT CURRENTS
CONDUCTORBARS
INSULATION
DAMAGE
BUILDING BARSCURRENTSINDUCEDTHROUGH DAMAGE
Fig.5.3.1 Circulación de corriente defalla en el laminado
DETECCIÓN DE PUNTOS CALIENTES EN EL LAMINADO.-
Las fallas en los núcleos de generadores no son muy
frecuentes y si se producen, son muy difíciles de detectar
con la máquina en operación, requiriendo la extracción de un
polo de campo o del rotor completo para realizar una
inspección detenida.
En condiciones normales, la inspección visual se cent rara a
observar los paquetes del laminado, separadores de paquetes,
placas de presión, dedos de presión, pernos de prensado, etc.
por posible aflojamiento de estos elementos y presencia de
polvo rojo de vibración, así como a cambios localizados de
coloración sobre la superficie del barniz, para detectar
puntos con sobrecalentamiento.
Pag. 115
En la actualidad se aplican dos tipos de prueba que permiten
ubicar las fallas en el laminado con una buena precisión,
excitando magnéticamente el núcleo desde un circuito exterior
de corriente alterna; los métodos indicados son el conocido
Toroide o Loop Test y el moderno EL-CID (E 1ectromagnetic Core
Imperfection Detector).
i
1.- PRUEBA DEL TOROIDE
Con el rotor desmontado, este método consiste en calcular los
Amperios-vuelta que debe producir una bobina de magnetización
temporal, enrollada alrededor del núcleo y de la carcasa,
para inducir en el hierro un flujo magnético al menos del 80%
de 3 nomi nn1.
Fig. N° 5.3.2 Bobina de Excitación en laPrueba del Toroide
Pag. 116
El flujo producido generará calentamientos localizados en los
puntos de cortocircuito magnético entre láminas, los cuales
pueden ser detectados por medio de equipos portátiles
especiales de med ic ion de temperatura, como cámaras de rayos
infrarrojos o instrumentos tipo pistola de rayos lasser,
además de las sondas de temperatura que normalmente se
encuentran ubicadas en el estator.
Para la medición del voltaje por vuelta generado, se ub ica
una bobina exploradora de una sola espira alrededor del
núcleo y en la parte opuesta a la bobina de magnetización.
Con un voltímetro conectado a los terminales de esta bobina,
se mide el voltaje por vuelta obtenido en los cálculos
pre1iminares.
Fórmulas de cálculo.-1
Los cálculos siguientes se deben desarrollar en los
preparativos de la prueba del toroide:
Número de Espiras de la Bobina de Magneti zación.-
De acuerdo a la Ley de Faraday, el voltaje eficaz generado
en una bob ina, en presencia de un campo magnét ico alterno,
se expresa de la siguiente manera:
1 Apéndice "Test of Laminar Insulation in Stator Core", IEEEStd 56-1977. "Pruebas de Toroide", Manual de Mantenimiento deGeneradores, C.F.E.- México*
Pag. 117
Eef
"ef
N
4.44 <|) Ar f
Voltaje disponible en la instalación (Vac
: Frecuencia del sistema (Hz)
Flujo magnét ico (Webers)
Número de espiras
Despejando JV, tenemos:
E4.44xfx$
Corriente de Excitación y Calibre del Conductor.-
La densidad de flujo magnético B, intensidad de campo
magnético H y pérdidas en el hierro Wp, son datos
suministrados por el fabricante de cada generador.
Si no se disponen de los mismos, en la siguiente tabla se
especifican diferentes valores de B (en Webers/m*), con los
correspondientes valores de H (en Ampers-Vue1tas/m) y de W
(en Watts/Kgr) que pueden ser usados para el cálculo de la
corriente de excitación;
Densidadde flujo B
Intensidad decampo H
Pérdidas ip
Sebers/ü2
Amp-vuei/m
latts/Kgr
0.5
45
C.7
0.6
57
1.0
0.7
75
1,3
0.8
95
1.6
0.9
129
1.9
1.0
160
2.2
1.1
220
2.7
1.2
350
3.2
1.3
625
3.8
1.34
1000
4.1
Tabla N° 5.3.1 B, H, Wp para aceros al silic i ode grano orientado
Pag. 118
Estos valores son generalmente aceptados en el diseño de
núcleos de generadores, para láminas de acero al silicio de
grano orientado y espesores entre 0.6 y 1.0 mm,
Para el cálculo de la corriente de excitación, compuesta por
las corrientes de magnetización y de pérdidas en el hierro,
se debe conocer los datos de la geometría del núcleo del
generador.
Geometría del Núcleo.-
Le
Wd
Le
Fig. 5.3.3 Geometría del Núcleo
Pag. 119
Para el cálculo de la corriente de excitación, es necesario
obtener los datos siguientes:
He = Espesor efectivo del núcleo (m)
s = Profundidad de la ranura (m)
ID = Diámetro interior del núcleo (m)
Dm = Diámetro medio del núcleo (m)
OD = Diámetro exterior del núcleo (m)
Le = Altura efectiva del núcleo (m)
Le = Altura total del núcleo (m)
Lm = Longitud media del núcleo (m)
Wd = Altura del ducto de ventilación (m)
d = Número de ductos de ventilación
Fa = Factor de apilamiento (0.93)i
A = Área transversal del núcleo (m )
Procedimiento de cálculo.-
Con los datos físicos del núcleo, se calcula la corriente de
excitación en función del voltaje aplicado y la frecuencia
del sistema, para un toroide de N espiras, siguiendo los
siguientes pasos:
Área transversal del núcleo.-
A = He x Le
Pag. 120
OD-[ID+2S]=
Flujo magnéti co.-
La densidad de flujo B es un dato suministrado por el
fabricante; conocida el área transversal, calculamos 4>:
<(> = B x A
Número de espiras del toroíde.-
Con el valor del flujo <|> calculamos el número de espiras N
de 1 toro ide:
N= E4 .
Corr i ente de magne t ización.-
En primer lugar calculamos la longitud media del núcleo:
Dm = ID + 2S + He
Lm = Dm x TT
De la tabla N° 5.3.1 obtenemos el valor de H correspondiente
a una densidad de flujo B conocida. Con este valor
cal cu lamos los Amper-Vue 1 1 a ( AV) necesarios para magne t i zar
Pag. 121
el núcleo al valor de B especificado:
AV = H x Lm
La corriente de magnetización ( I... ) se obtendrá de la
siguiente manera:
J =
Corriente de pérdidas en el hierro, -
Para calcular esta corriente necesitamos conocer el peso
total del núcleo, de la siguiente manera:
[OD2- [ ID+2xS] 2]
De la tabla B-Wp, para el valor especificado de B obtenemos
Wp en Watts/Kgr. Las pérdidas totales (Wptotaus) se calcula
a continuación:
WPtoUíes = WP x Pesonúdeo (Watts)
La corriente de pérdidas en el hierro ( I ™
T - P
Pag. 122
Con las corrientes de rnagne t ización Im,c y de pérdidas en elIfidg
hierro I , obtenemos la corriente de excitación:
-2 A T2*-W
El calibre estimado del conductor en MCM, numéricamente es
igual a la corriente de excitación dividida por 2.
Para facilitar la medición de la temperatura, la bobina de
magnetización no se la debe ubicar sobre las partes del
núcleo consideradas como puntos calientes en las inspecciones
preI iminares.
La prueba del toroide usualmente se lo realiza en un tiempo
mínimo de 30 minutos, suficiente para producir calentamientos
puntúa les entre 5 y 15 °C en los puntos de f a l l a , sobre la
temperatura del resto del laminado.
Al efectuarse la prueba con el sistema de enfriamiento del
generador fuera de servicio, es importante mantener durante
todo el tiempo un monitoreo continuo de la temperatura del
núcleo, para evitar que se produzcan daños adicionales por
deterioro del aíslamiento ínter laminar.
Pag. 123
2.- PRUEBA DE EL-CID
El "Electromagnetic Core Imperfection Detector" o EL-CID, es
un equipo diseñado por la tf Adwe 1 and C. E .G.B. " (Cent ral
Electrical ResearchLaboratoryof the U.K.), con el propósito
de detectar fallas en el aislamiento entre láminas de núcleos
de estatores.
EL-CID es un instrumento muy sensible, capaz de detectar
fallas muy pequeñas que normalmente no se las detectaría en
su estado i n i c i a l , incluyendo a aquellas localizadas
internamente, bajo el fondo de ranura. Estas fallas por lo
general no afectan la operación del generador, pero pueden
degenerarse en fallas graves, con fundición del laminado y
daño del aislamiento de las bobinas aledañas.
A diferencia de la prueba del toroide, requiere excitar el
núcleo únicamente con el 4% del flujo magnético nominal,
suficiente para generar corrientes circulantes por las
láminas en cortocircuito. Además, evita riesgos o daños
innecesarios por calentamientos excesivos que se presentan
en la prueba del toroide.
Como práctica recomendada, se debe realizar una prueba de EL-
CID antes de someter el núcleo a exci tación nomina 1, con e 1
objeto de determinar los sitios con cortocircuitos
electromagnéticos y tomar las precauciones del caso, como la
Pag. 124
instalación de medidores apropiados de temperatura cercanos
a esos puntos, para su monitoreo constante.
Las corrientes de falla inducidas en las áreas dañadas se
sensan electromagnéticamente por una bobina especial conocida
como "Chattock", que mide la diferencia de potencial
magnético entre las esquinas más alejadas de los dos dientes
de una misma ranura.
La señal recolectada se ampIifica y procesa en la U.P.S.
(unidad procesadora de señales), midiendo su ángulo de fase
con la excitación. De este proceso se obtiene un voltaje
d.c. proporcional a la corriente de fall a , en cuadratura con
la excitación. La referencia para la detección de fase se
obtiene de una bobina adicional ubicada dentro del núcleo,
o por medi o de un amperímetro de gancho en los cables de la
excitación.
Con la ü.P.S. seleccionada en la posición QUAD, se produce
una discriminación de las señales en fase con la excitación,
obteniéndose de esta manera mediciones relacionadas
únicamente con las corrientes de falla.
El equipo se maneja a través de un software que permite el
registro y proceso de las señales recolectadas por la bobina
cha11ock.
Pag. 125
En el monitor se despliegan los datos en una curva para cada
ranura, con el valor de la corriente medida en mA en el eje
de las Y, y la longitud de la ranura en centímetros, en el
eje de las X. Se ingresa el dato de longitud de ranura para
que el programa corte la recolección de señales, una vez que
se ha recorrido toda la ranura. Para esto es necesario mover
la bobina chattock durante la medición, conjuntamente con el
sensor de distancia.
C. T. ESMERALDAS. ECUADOR C. T. ESMERALDAS, ECUADOR
C. T. ESMERALDAS, ECUADOR C. T. ESMERALDAS. ECUADOR »
C. T. ESMERALDAS, ECUADOR C. T. ESMERALDAS, ECUADORrnmutmrw
Fig. N° 5.3.4 Curva típica de EL-CID
Pag. 126
Excitación del núcleo para la prueba de EL-CID.-
La bobina de magnetización que se u t i l i z a para generar el
flujo magnético de prueba posee pocas espiras, siendo
suficiente una potencia de 3 KVA, de 120 ó 240 Vac, para
probar núcleos de máquinas de varios cientos de MVA. La
excitación produce a lo largo de todo el núcleo, un campo
eléctrico y un flujo magnético alterno circular.
Igual que en la prueba del toroide, se requiere una bobina
exploradora o testigo de una sola espira, ubicada en el lado
opuesto a la bobina de excitación, para la medición del
voltaje inducido de valor, el cual tiene un valor igual al
4% del voltaje nominal.
Previo a la ejecución de la prueba, es necesario diseñar la
bobina de excitación de acuerdo a los parámetros físicos del
generador y a la fuente disponible.
Pag. 127
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A.C
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üW
ER
SO
UR
CE
Voltaje Inducido.-
Para generadores mayores a los 100 MVA.
En un generador en operación, el voltaje que se induce en un
lado activo de bobina, a lo largo del núcleo del estator, es
igual al voltaje nominal fase tierra dividido para el número
de conductores activos en serie que conforman una f ase.
Para la prueba del EL-CID, el voltaje generado por conductor,
medido en la bobina exp1 oradora, se obt iene de la s iguiente
expresión:^
Donde:
VJTJ- = Voltaje fase-fase del generador
K = Factor de distribución y de paso del
bobinado.
N = iNúmero de conductores activos en serie por
fase .
Este voltaje generado será del orden de los 5 voltios por
metro de núcleo magnét ico, correspondiente a una excitación
del 4% del flujo nominal.
2 Catálogo de EL-CID, Adwe1 Industries Ltd., 1992.
Pag. 129
Para generadores y motores de baja capacidad.-
El voltaje inducido se calcula de la siguiente fórmula:
V = O . O S x i r x f x l x d
f = Frecuencia
1 = Longitud del núcleo (m)
d = Espesor del núcleo (Parte activa del núcleo, en
m)
Amper ios-vuelta. -
La intensidad de campo magnético H sobre el camino circular
del núcleo para la prueba de EL-CID, se encuentra entre 2 y
14 A-V/m (Amperios-vuelta/metro). Para un valor típico de
8 A-V/m, los A-V totales se determinan de la siguiente
manera;
A-V = V x 8 x TI x Dm
Dm = Diámetro medio del núcleo!G
V = Voltaje calculado y medido en la bobina
exp1 oradora.
La determinación del número de vueItas de la bobina de
excitación y la corriente que absorbe el circuito de prueba,
se lo realiza de una manera práctica, manejando estos dos
Pag. 130
parámetros conjuntamente con las características de la fuente
disponible, hasta conseguir en la bobina exploradora el
voltaje inducido calculado.
Un cálculo aproximado del número de vueltas se consigue
dividiendo el voltaje disponible de la fuente para el valor
de voltaje inducido en el bobina exploradora. Este cálculo
no es preciso, pues no considera las pérdidas por histéresis,
corrientes de Eddy y por la resistencia óhmica de 1 conductor
ut i 1 i zado.
Valores Límites.-
El fabricante del equipo establece un umbral práctico de 100
mA f mi i i amper ios). sobre los cuales cualquier falla es
significativa, que debe ser investigada y reparada. Basado
en su experiencia, señala que los 100 mA medidos
representarán un incremento de temperatura de 5 °C sobre la
media del núcleo, cuando el generador opere con un flujo
magnético del 80% del nominal.
Interpretación de las Curvas Resultantes.-
Del análisis de las curvas obtenidas con EL-CID para cada
ranura, es posible ubicar el sitio de la falla, cons iderando
el tipo de respuesta de la bobina CHATTOCK. Para fallas del
núcleo dentro de los terminales de la bobina, la señal de
respuesta tendrá pulsos positivos, y si la falla se localiza
fuera de los extremos, la respuesta tendrá pulsos negativos.
Pag. 131
NORMALIZED SCALING OF THREE TYPICAL FAULTS
i i I 1 i i i
TEETH15-16
t I i I- TEETH
hTEETH14-15
U TEETH14-15
TEETH13-14
TEETH12-13
j r _L i
» » i
15-15 lOmm/div
100mA
TEETH13-14
I- TEETH12-13
I t I I I I L
I I T T T
TEETH15-16
1 T
TEETH14-15
TEETH13-14
TEETH12-13
I 1 I t I t í
A CENTRE OFTOOTH TIP j i B 10mm BELOW f I
TOOTH CÓRNER I IC 20mm ABOVE
SLOT BOTTOM
Fig. N° 5 . 3 . 6 Curvas de EL-CID para tresf a l l a s t í p i c a s en e l n ú c l e o
Pag. 132
En la figura N° 5.3.6 se representan tres casos de falla en
diferentes sectores del diente N° 14 de un núcleo magnético,
así como las señales de la bobina chattock obtenidas en los
dientes adyacentes.
Para una falla en el punto A, en la superficie de la cara
exterior del diente, se obtendrá la misma diferencia de
potencial magnético medido entre los dientes 14 y 15, y entre
los dientes 13 y 14. La falla como se puede observar, se
encuentra dentro del campo de acción de la bobina chattock,
para las dos mediciones.
Una falla en el punto B, justamente unos milímetros bajo la
esquina de la ranura, originará un pulso positivo en la
medición entre los dientes 14 y 15, pero ocasionará un pulso
negativo en la señal de los dientes 13 y 14, debido a una
rápida reducción del voltaje en el sitio de la falla.
Para una falla en el punto C, localizada en el fondo de la
ranura N° 14, se presentará un pulso positivo en la medición
de potencial magnético, únicamente entre los dientes 14 y 15;
la señal obtenida entre los dientes 13 y 14 no variará
significat ivamente.
Pag. 133
CAPITULO 6
REPORTES DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DE LOS GENERADORES
CENTRAL PÍSAYAMBOCENTRAL AGOYANCENTRAL ESMERALDAS
6.1.- REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DEL GENERADOR
NQ 1 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PISAYAMBO
ANTECEDENTES.-
la Central Hidroeléctrica Pisayambo inició su operación
comercial el 25 de noviembre de 1977, fecha en la cual tomó
carga del sis tema por primera vez.
Aproximadamente durante 5 años trabajó controlando la
frecuencia de los Sistemas Eléctricos Centro Norte, Pichincha
e Imbabura y Carchi, hasta la entrada en servicio de la
Central Paute Fases A-B, y la interconexión de las ciudades
Quito y Guayaquil, en el año de 1982.
Durante este período, estuvo sujeta a continuos arranques y
paradas, a variaciones constantes y a veces bruscas de carga
y de voltaje, propias de la función que desempeñaba en el
sistema. La característica de respuesta rápida de su
regulador de ve loe idad le permite tomar carga nominal en un
tiempo muy corto, alrededor de los 6 a 8 segundos; de igual
forma, si el sistema lo solicita, está en capacidad de bajar
su potencia a O MW desde la nominal, en un tiempo similar.
El 25 de julio de 1980 se produce una falla a tierra de la
Pag. 134
fase C del generador de la unidad N° 1 , localizada en la
bobina interior de la ranura N° 5 , en el último grupo de
bobinas cercana a la salida de 13.8 Kv. La reparación estuvo
a cargo del fabricante Marine Industries Ltda. del Canadá,
y para su ejecución fue necesario extraer 14 bobinas
exteriores o de entrehierro.
Desde el inicio de la operación, se presentaron fugas de
vapores de aceite en los cojinetes, especialmente del guía
inferior, que contaminaron los bobinados del generador.
Como actividades de mantenimiento preventivo en dicho
período, se han ejecutado además de la limpieza e
inspecciones de las partes accesibles, las pruebas de
resistencia de a i sI amiento y resistencia óhmica de los
bobinados del estator, y la verificación del ajuste de las
cuñas superiores de las ranuras, a través del espacio
interpolar del bobinado de campo.
En las inspecciones de rutina se han detectado manchas
blancas de efecto corona en los cabezales del bobinado, las
cuales se las ha reparado únicamente con limpieza y barniz
de protección marca Dolph's ER-41. (ver Cap. 3 pág. 27)
En el análisis de vibraciones realizado en el mes de mayo de
1996, se encontró picos elevados a una frecuencia 360 veces
la frecuencia industrial de 60 Hz (21.600 Hz), local izados
a media altura de la carcasa del generador N°l. Estas
Pág. 135
vibraciones partían de valores pequeños con el generador a
baja carga, alcanzando valores altos con potencia nominal.
Considerando estos antecedentes y los aproximadamente 19 años
de operación de las unidades de esta Central, se decidió
realizar una inspección detenida de todas las partes
constitutivas del generador, especialmente del estado del
aislamiento del bobinado estatórico, en base a las pruebas
de rutina de mantenimiento que se utilizan actualmente.
Por lo expuesto, la unidad NQ1 entró en mantenimiento mayor
o de overhaul el 17 de Julio de 1996, extrayéndose el rotor
el 24 del mismo mes y año,
ESTADO DEL GENERADOR.-
Con el rotor desmontado, se realizó una inspección del
estator encontrándose las siguientes novedades:
1.- Contaminac ion con vapores de aceite hidráulico.
Se observó una contaminación muy acentuada de todo el
estator con vapores de aceite hidráulico proveniente de
los cojinetes, especialmente en las cabezas inferiores
del bobinado y en los sectores con un mayor voltaje de
operac ion.
El aceite, en combinación con el polvo del medio
Pag. 136
ambiente y con el carbón de las zapatas de frenado,
forma una masa que se adhiere a la super f i cíe de 1
aislamiento del bobinado. También se encuentra en
forma de depósito en los ductos de ventilación del
núc leo.
El papel semiconductor de relleno lateral y los
rellenos bajo las cuñas de ajuste del bobinado en las
ranuras, se encuentran impregnados de aceite
hidráulico, situación que puede afectar a la pintura
semiconductora de los bastones.
Se observó una cantidad significativa de cuñas que han
absorbido aceite por capilaridad, presentando una
apariencia esponjosa, situación que desmejora el ajuste
de los bastones en las ranuras.
2.- Efecto corona en los bobinados
En el sector del bobinado de mayor voltaje comprendido
entre las ranuras NQ 140 y NQ 6, se observan manchas
blancas de efecto corona, en la parte lateral de los
bastones, ubicadas justamente donde finaliza la pintura
semiconductora, sitio en el cual debería existir el
traslape con la pintura graduadora, para eliminar la
concentración de esfuerzos eléctricos en esos puntos.
En la aplicación de alto voltaje a.c. para las pruebas
Pag. 137
de aislamiento, las altas concentraciones de descargas
parciales al final de la pintura semi conductora de
ranura, se apreciaron a simple vista como una línea de
luz ultravioleta en forma transversal a la bobina,
acompañado todo el fenómeno de un fuerte olor a ozono.
Con todo el bobinado energizado al mismo voltaje de
prueba (8 KVac), las descargas por efecto corona fueron
genera 1 i zadas .
También se observaron cuatro manchas de efecto corona
de gran magnitud en los cabezales superiores e
inferiores, que afectaban las caras laterales de las
bobinas adyacentes. No se observan manchas blancas en
los cruces de interconexiones de grupos de bobinas.
3.- Bob inados
El aislamiento, especialmente en los sectores de
uniones de bastones y de interconexiones de grupos, se
encuentra en buen es tado, sin señales de ablandamiento
ni abombamiento.
Los separadores y amarres de cabezales se encuentran en
correcta pos i c ion, de igua1 forma los amarres y el
anillo de sujeción del bobinado.
No se observaron desplazamientos de los rellenos bajo
las cuñas ni de los separadores de bobinas en la
Pag. 138
sección de ranuras.
4.- Núcleo magnético
Todo el laminado se encuentra en perfecto estado, no
existe deformación ni ondulación de las láminas de
ningún paquete, así como presencia local izada de
decoloraciones indicativas de puntos calientes.
No se encontraron depósitos de polvo rojo de oxidación
o desgaste del aislamiento interlaminar, ni presencia
de polvo amarillo, producto del desgaste del
aisl amiento de los bastones o de las cuñas de ajuste
por fricción con el laminado. Los parantes de soporte
del núcleo no presentan cor ros ion electrolítica.
Los seguros de las tuercas de los pernos de presión se
encuentran en su posición correcta, sin señales
indicativas de laminado flojo. De igual forma, los
dedos y placas de presión no han sufrido
desplazamientos, por lo que los dientes del laminado se
encuentran intactos, sin fracturas o desprendimientos.
PRUEBAS ELÉCTRICAS DE DIAGNOSTICO DEL GENERADOR
Para realizar las pruebas de diagnóstico del aislamiento, se
contrataron los servicios de la Empresa Mexicana LAPEM
(Laboratorio de Pruebas de Equipos y Mater iales), qui enes en
Pag. 139
coordinación con el personal técnico del Inecel,
desarrollaron las siguientes pruebas en el generador:
ESTATOR.-
Resistencia de ais lamiente
% Factor de potencia a O.2Vf fi L
Variación del factor de potencia (Tip~up) y
Capacitancia (2,4,6,8 Kv)
Descargas parciales
Descargas a la ranura
Detección de imperfecc iones elect romagne ticas del
núcleo (El-CID)
Resistencia de aislamiento
Medición de la impedancia a 60 Hz
Factor de potencia
Voltaje aplicado 60 Hz
PRUEBAS AL AISLAMIENTO DEL ESTATOR
1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
La resistencia de aislamiento se mide aplicando un voltaje
de prueba de 1000 Vdc al conductor de cobre de la fase, por
un tiempo de hasta 10 minutos. El objetivo de esta prueba es
Pag. 140
determinar el grado de humedad o suciedad que presenta el
a i s1ami ento.
La resistencia de aislamiento se considera igual al valor en
MQ medido luego de 1 minuto de aplicar el voltaje de prueba,
tiempo en el cual las corrientes de absorción y polarización
no inciden significativamente en la medición.
PRUEBA H'
VOLTAJE DEPRUEBA
A LINEA
A GUARDA
A TIERRA
T I E H F ú l M Í N )
1/4
1/2
3/4
1
L
3
4
5
61
89
1G
RELACIÓN Í0;i
I
1000 Vdc
FASE A
PASES B y C
LECT
7GÚ
1100
1300
1600
2500
320C
3800
4200
4800
50005500
6000
6500
K
¿
2
2
2
¿
1
2
20
2
22
2
MC
1400
220C
2600
3200
5000
5400
7600
8400
96CO
1000011000
12COO13000
4,06
2
1000 Vdc
FASE B
FASES A y C
LECT
60010001300
1400
2200
270032003600
4100
4500
5000
5500
6100
K
21L
2
2
2i
2
2i¿
222
2
MQ
1200
200C2000
2800
4400
5400
6400
7200
8200
9000
100CO
11200
32200
4,35
3
1000 Vdc
FASE C
FASES A y B
LECT
600
950
1300
1500
2400
2800
3400
400Ü
4500
4800
52005800
6200
K
22
2¿
1
222
L
222
2
W
12001900
2600
3000
48005600
6800
8000
9000
960010400
11600
12400
4,16
CONDICIONES DE PRUEBA: TEHP. AMB. 23°C, TEHP. BOBINADOS 23'C
LECT. = Lectura del instrumentoK = Factor de mu 11 i p l i cae ion
Cuadro N°6,l.l Resistencia de Aislamientodel generador N°1 - Pi sayambo
Pag. 141
El valor mínimo de resistencia de aislamiento recomendado,
se determina por la siguiente fórmula:'
Rm = Kv + 1 en MÍ2
R = Resistencia mínima de aislamiento recomendada para31
el bobinado completo en Megaohmios, a 40°C
Kv = Vo1 taje nomina 1 entre fases en Kv.
La Resistencia de aislamiento de una fase de un bobinado
trifásico, con las otras dos fases puestas a tierra, es
aproximadamente el doble que la del bobinado completo. Por
lo tanto, cuando se prueban todas las fases por separado, la
resistencia medida en cada fase se debe dividir entre dos
para poder comparar, luego de la corrección por temperatura,
con el valor de la resistencia mínima recomendada.
En las mediciones por separado, si las fases que no se
prueban se conecten al terminal de guarda del equipo, la
resistencia de aislamiento debe dividirse entre tres para
comparar con el valor de la resistencia mínima.
Para a i s l a m i e n t o s en buenas condiciones, es común encontrar
le c t u r a s de r e s i s t e n c i a de ais lamiente de 10 a 100 veces o
más e 1 valor mí nimo recomendado.
ANSÍ/IEEE STD 43/91
Pag. 142
FASES
A
B
C
R E S I S T E N C I A DE AISLAKIEHTO MC
3 ,200
2. 800
3.000
Í N D I C E DE POLA1IZACIOM
4 , 0 6
4 . 3 5
4. 16
Cuadro N" 6.1.2 Resistencia de AisIamientoe índice de Polarización - Pisayambo
El índice de polarización, es decir la relación entre los
valores de resistencia de aislamiento medidos a los 10 y 1
minuto, representa una buena indicación del grado de
contaminación del bobinado con la humedad. La norma
ANSÍ/IEEE STD 43-1991, establece los siguientes valores para
el índice de polarización:
CONDICIÓN DEL BOBINADO
Norma 1
Húmedo
ÍNDICE DE POLARIZACIÓN
> 2
< 2
Los resultados de la resistencia de aislamiento y del índice
de polarización indican que e l bobinado del generador N° 1
no se encuentra contaminado con humedad.
2.- FACTOR DE POTENCIA TIP-UP Y CAPACITANCIA
El factor de potencia es un parame tro ind i cativo de las
pérdidas dieléctricas que produce un si stema de ai s1ami ento
cuando se lo somete a esfuerzos de alto voltaje. Se
encuentra relacionado con el grado de homogeneidad del
aislamiento y, dependiendo del proceso natural de su
Pag. 143
envejecimiento, puede incrementarse en mayor o menor grado.
Con la elevación del voltaje de prueba, el valor del factor
de potencia t urnb ién aumenta.
Con el voltaje de generación fase-fase de 13.8 Kv de los
generadores de esta Central, el factor de potencia del
aislamiento se obtuvo a un voltaje de prueba de 2 Kv, que
corresponde al 25% del Voltaje nominal fase-tierra. Para la
determinación del tip-up se tomaron valores adicionales en
intervalos de 0.25V^_t hasta el voltaje nominal de 8Kv,
FASE TiPUP
ENERG GRD. nF kV
1C *6,3 50
363,2 40
304,í
20 10 i,3? 140
68,5 20 *5(4
M,5 34
20 361,
1330 1 , 1 5 3,42 362.Í 160
20 1360 10 ti.
LECT = Lectura del instrumentoK = Factor de multiplicación
Cuadro N° 6.1.3 Factor de Potencia del AislamientoGenerador N°1- Pisayambo
Pag. 144
evaluación del "Japan El RE Council1" , debe tener un Tip-Up
menor o igual al 2%.
3La Doble Engineering Company señala que es común encontrar
valores de factor de potencia inferiores al 1% para un
voltaje de prueba del 25% del V^_ , e indica que el Tip-Up
máximo permisible es 1% .
En este caso, el valor más e levado de factor de potencia
corresponde a la fase A con 0.80%, y un tip-up máximo de
0.44% en la fase C, valores inferiores a los máximos
recomendados. Los resultados de esta prueba indican que el
ai si amiento se encuentra en buenas condiciones.
3.- DESCARGAS PARCIALES
Son aquellas descargas que cor toe i rcu i tan en forma parcial
un aislamiento, debido a la presencia de cavidades en su
interior .
Cuando la diferencia de voltaje en los extremos de la cavidad
supera la rigidez diel é c t r i c a del material que contiene la
misma, se produce una descarga entre esos puntos,
presentándose pulsos de voltaje en los ext remos de 1
Shuichi Akí , "An Insulation Deter iorat ion Diagnost i cMethod for Generator Windings", Japan IERE Council, pág. 5,February 1991.
:R.J. McGrath, F.J. Gryszkiewicz, "Power Factors and Radio-
Influence Voltages for Generator-Stator Insulation", DobleEngineering Company, pág.9-1.2, 1990.
Pág. 146
ais[amiento.
FASE A
Kv
2 , 4
4 , 1
Q t p C
120
Bff
FASE B
Kv
, t>
Q ( p c )
FRECUENCIA 0,3 SHz 220
2 KHz 9
!5
FASE C
Kv
1.72,0
5,0
Q(pC)
1QC-28C
20Ü-500
FRECUENCIA 0,3 KüZ 220
Iz 9
SENSIBILIDAD 55 pC
Cuadro N°6.5 Descargas ParcialesGenerador N°1 - Pisa yambo
La prueba se realizó siguiendo el procedimiento descrito en
la norma IEC 2"0, aplicando el voltaje de prueba a través de
un capa c i Lor de acop1amiento de 1 nF .
Luego de Ja calibración del equipo inyectando un pulso de
1000 pC, se fue incrementando el voltaje hasta la aparición
de las primeras descargas, con el objeto de registrar el
valor de voltaje de inicio de las mi smas. Posteriormente se
energizó el bobinado por un t iempo aprox imado de 25 minutos
para permitir la estabilización de las descargas; luego se
procedió a tomar datos de la carga apárente en pC, en pasos
Pag. 14'
de 1Kv, partiendo del valor de inicio de descargas hasta 9
Kv .
El espectro de descargas parciales observado a 8 Kv en las
tres fases, de acuerdo al manual del equipo de prueba
(TETTEX), es un patrón típico de descargas externas/internas
que se producen en el aislamiento en la sección de ranura o
en los cabezales. Este espectro se caracteriza por tener una
mayor magnitud en las descargas parciales desarrolladas en
el semiciclo negativo, con respecto a las observadas en el
semiciclo positivo.
Por lo señalado, el espectro de descargas parciales de este
generador presenta a las descargas internas como las de menor
magni tud, y las esporádicas de mayor magnitud, a las
descargas externas superficiales, debido al efecto corona
observado en los cabezales y a las descargas que se presentan
en la ranura, por defectos en la pintura semiconductora.
De acuerdo al criterio propuesto por el JAPAN EIRE COUNCIL,
los aislamientos a base de mica resina epóxica o mica resina
poliester, se consideran en buen es tado de operación si sus
valores máximos de descargas parciales no exceden los 10.000T
pC, al voltaje de prueba fase neutro.
Los valores de descargas parciales para el generador N° 1 de
Pisayambo son superiores a los 10.000 pC especificados, pero
inferiores a los 30.0000 pC del techo catalogado como
Pag. 148
aislamiento cuestionable.
Los nive les de descargas parciales de este generador
mejoraron luego de colocar una capa fina de protección de
corona sobre la superficie del aislamiento, a base de resina
epóxica y polvo de mica. De igual forma, se desplazó el aire
del espacio e x i s t e n t e entre las bobinas de una misma ranura,
a la salida del núcleo por medio de silicona, material de
buenas características dieléctricas y de gran flexibilidad,
con el objeto de evitar la forma ción de ozono, por la
ionización del aire, en presencia de campos eléctricos en la
superficie del aislamiento.
FASE A
Kv
2 , 0
3 , 0
4 , 0
5 , 0
6 , 0
7 , 0
3 , Ü
9 . 0
Q ( p c )90
200-450
550-900
800-2600
1600-4000
2500-6500
3500-11000
8000-17000
t ' R ü C U E N C U ¡ j . 6 K H z 183
BI 2 KBz 9
S E N S I B I L I D A D 50 p CV . I . D 9} A 2 , 0 K v
V . E . D . M A 2 , 0 Kv
FASE B
Kv
2 , 5
3 , 0
4 , 0
5 , 0
6 , 0
7 , 0
8 , 0
9 , 0
Q í p c )100
150-250
300-650
800-1800
1500-5000
4500-^000
5500-9500
6000-14000
mOiEfJCíA Ú , 7 5 K H z 2 0 0
8» 2 K H z 9
S E N S I B I L I D A D 1 2 0 p CV . I . D . ':00 A 1,5 K v
V . E . D . 3 0 Á 2 , 3 K v
FASE C
Kv
2 , 3
3 ,0
4 , 0
5 , 0
6 , 0
7 , 0
8 , 0
9 , 0
Q ( p C )
120-150
200-1 100
400-1600
500-1800
1200-4000
2500-6000
4 5 0 0 - 7 5 0 0
6000-10000
F R E C U E N C I A 3 , 7 5 K H z 2 0 0
fll 2 K E z 9
S E N S I B I L I D A D ¡ 2 0 p C
V . l . D . 1 1 0 - t 5 G h 2 ,3 Kv
V . E . D . Í 2 0 A 2 t [ K v
Cuadro N° 6.1.6 Descargas ParcialesGenerador N°1 Pisayambo, luego de las reparaciones
Otra actividad que incidió en la disminución de las descargas
Pag. 149
parciales fue la reparación de la pintura semiconductora del
lado expuesto de la bobina superior, en las ranuras que se
reacuñaron. Los defectos de la pintura semiconductora de la
bobina de fondo no se corrigieron por falta de acceso,
manteniéndose las descargas a la ranura, observadas en la
primera inspección.
4.- DESCARGAS A LA RANURA
Esta prueba permite evaluar la actividad de descargas a la
ranura, debido a imperfecciones de la pintura semiconductora
de la superficie del aislamiento de las bobinas, ó a un pobre
contacto eléctrico entre esta pintura y el laminado de la
ranura. Las descargas a la ranura dañan por erosión el
aislamiento p r i n c i p a l , desde la superficie del aislamiento
hacia adentro.
La prueba se realiza encrgizando cada fase con el voltaje
nominal fase-tierra. El indicador analógico del equipo de
medición muestra en mA, las descargas a la ranura.
Para esta prueba, la DOBLE ENGINEERING recomienda los
¿s igui ent es va lores:
1 Un i dad
mA
Normal
5-15
Cuest ionable
40-60
Reemplazar bobina
> 100
Doble Engineering Company, "General Reference Book" , GBR291, pág. 9-2.3.
Pag. 150
Los valores obtenidos en mA, en cada fase del generador se
presentan en los siguientes cuadros:
DESCARGAS A LA RANURA FASE A
R A N U R Aíí1
1T
"iJ
12
1314
15
16
17
26
27
28
29
30
31
3240
41
42
43
44
45
46
54
D E S C A R G A S.lA
1 , 1
1 ,S0 , 4
o , "o , y1 ,0i . i0 , 6
0 , 7
o . s1 . i9 . 0
0 , 7
0 , 70 , 7
0, 6
1 , 4~> ~>
— 7 •"
0 , 4
0 , 8
0 , 8
0 , 6
0 , 5
0 , 5
R A S U R AN 1
55
56
57
58
59
60
68
69
70
T 1
72
73
74
82
83
84
85
86
87
88
9697
98
99
D E S C A R G A SIDA
0 , 9
3 , 0
2 , 0
1 «0
1 , 4
0 , 8
0 , 8
1 ,0
1 ,6
2 , 4
0 , 8
2 ,0
1 , 0
0 , 8
1 ,4
1 ,8
3 , 4
1,8
0 , 6
1,8
1 ,01 , 7
1 ,3
3 , 4
R A N U R AH 1
100
101
102
1 1 1
112
113
114
115
116
125
126
1 27
128
129
130
131
139
140
141
142
143
144
145
153
D E S C A R G A SDI A
1 , 20 , 80 , 8
0 , 5
0 , 6
5 , 6
0 , 80 , 6
0 , 7
0 , 4
0 , 6
1 ,0
1 ,4
4 , 8
1,8
1 , 4
1 ,2
1 .6
8 , 0
2 , 4
1 ,0
0 , 81,01,0
R A N U R Aíí1
154
155
156157
158
159
167
168
169
170
171
172
173
181
182
183
184
185
186
187
195
196197
198
D E S C A R G A SmA
1 ,0
0 , 3
1 ,0
1 ,0
0 , 8
0 , 6
0 , 8
1,8
3 , 8
1 , 4
1 , 4
1 , 2
1,8
1,80 ,8
1 , 22 , 0
1,0
1 ,01 , 2
0 , 6
0 , 6
0 , 6
0 , 6
Cuadro N°6.1.7 Descargas a la Ranura Fase AGenerador N° 1 - Pisayambo
Pag. 151
DESCARGAS A LA RANURA FASE B
R A N ü i i A>,;*
~7/'
s9
10
11
12
13
21
22
23
24
25
26
27
35
36
37
38
39
40
41
49
50
51
D E S C A R G A ; ) r a A
1.4
1 .2
0 . 6
0 , 7
1.01 .0
1 . 10.51. 11 .41 . 5
2 . 4
1.02 . 2
1.4
1 .22 . S
3 . 3
2 . 0
1 .8i -ii. . 4*
i .2
1 .0
1.82 . 3
R A N U R A»'
52
53
54
55
63
64
65
66
67
68
69
7S
79
80
81
82
83
92
93
94
95
96
97
98
D E S C A R G A S m A
1.0
0 . 6
0 .8
1 .6
0 . 7
0 . 4
0 . 6
1 . 1
2 . 4
0 .6
0 . 7
0 . 91 .8
3 . 0
1 . 2
0 . 80. 62 . 03 . 2
1 .01 .4
1 .6
2 .8
0 . 8
R A N U R AH*
106107
108
109
110
1 11
112
120
121
122
123
124
125
126
134
135136137
138
139
140
148
149
150
D E S C A R G A S IBA
0 . 6
1 .0
0.8
1 .8
2 . 6
0 . 7
0 . 8
0 .6
0 . 9
2 . 1
0 . 8
1 . 2
2 . 0
1.8
0 . 6
1 . 20 . 8
3 . 2
11.0
0 . 8
3.8
0 . 2
3 .2
1.8
R A N U R AN '
151152
153
154
162
163
164
165
166
167
168
177
178
179
180
181182
191
192
193
194
195
196
197
D E S C A R G A SmA
2 . 6
1 .0
2 . 2
1 .8
1.8
1.4
1 .0
1.2
1 .4
1 .0
1 .0
0.8
1 .0
2 . 2
0 .8
2 . 060 .0
0 . 8
0 . 6
0 . 4
0 . 8
1 .00 . 4
0 . 4
Cuadro 6.1.8 Descargas a la Ranura Fase BGenerador N° 1 - Pisavambo
Pag. 152
DESCARGAS A LA RANURA FASE C
R A N U R AN'
2
3
4
5
67
8
16
17
13
19
20
2 1
30
31
32
33
34
35
36
45
46
47
48
D E S C A R G A S aiA
2 . 4
1 , 4
1 .61.8
1 .61 .61.5
0 . 6
1.0
1.4
2 . 4
2 . 8
5 . 2
2 . 9
3 . 6
4 . 4
1 .6
2 . 0
2 . 8
2 . 4
2 . 0
i .08 .4
0 . 4
R A N U R AN *
49
50
5960
61
62
63
64
65
73
74
75
76
7 7
78
79
S7
ss89
90
91
92
93
101
D E S C A R G A S m A
0 . 6
0 . 7
0 . 4
0.8
0.8
1.8
1 .4
1.4
0 . 5
1 . 6
2 . 80 . 4
2 . 4
0 . 6
1 .00 . 6
0 . 4
0 . 8
0 .8
0 . 6
1 .00 . 5
0 .6
1 .2
R A N U R Ar
102
103
104
105
106107
115116
117
1 18119
120
121
129
130
131
132
133
134
135
144
145
146
147
D E S C A R G A S !üA
1 .80 . 6
1.0
1.5
2 4 . 00 . 8
1 .01 .8i .8
2 4 . 05 . 61 .01 .0
0 . 5
0 . 4
0 . 6
5 .0
1 .00 . 8
0 . 6
0 . 6
1.0
1 .6o.s
R A N U R AN'
148
149
158
159
160
161
162
163
164
172
173
174
175
176
177
178
186
187
188
189
190191
192
D E S C A R G A SmA
0 .8
0 . 5
1 .2
1 .2
1 .6
1.8
1 .0.
0 . 7
0. 81 . 12. 02 . 61 .4
1 .02 . 0
1 .40 . 5
1 .41 .9
3 . 0
1 .2
0 .8
0 .8
Cuadro 6.1.9 Descargas a la Ranura Fase CGenerador N°l - Pisayambo
Pag. 153
Los valores máximos obtenidos se resumen en el siguiente
cuadro:
FASE
A
B
C
RANURA N°
28, 113, 141
138, ÍS2
21, 47, 106, 118
VALOR (mA)
9.0, 5.6, 8.0
11.0*, 60.0*
5.2, 8.4, 24.0*, 24 .0*
Cuadro N* 6.1.10 Valores máximos en mA obtenidos en la pruebade descargas a la ranura - Pi sayambo
Los va lores máx irnos de 11.0, 60.0 y 24.0 mA, se presentaron
en los sitios de los bastones en donde se retiraron la cuñas
de ajuste y la pintura semiconductora fue desprendida.
Luego de la reparación de la pintura semi conduc tora con la
p i n t u r a marca VON ROL I SOLA N°S003. y de final izar los
trabajos de reacuñado de todo el estator, se obtuvieron los
siguientes valores de descargas a la ranura, en aquellas que
presentaron valores altos en la primera inspección:
FASE
A
B
C
RANURA N*
28, 113, 141
138, 182
21, 47, 106, 118
VALOR (mA)
1.4, 0.8, 1 . 31.1, 0.9
2.5, 0.8, 2.6, 2.6
Cuadro N° 6.i.11 Descargas a la ranura en mA luego delas reparaciones- Generador N°1 Pisayambo
Durante estas pruebas, se observaron a s imple vista algunas
descargas superficiales en el aislamiento de las bobinas de
fondo de algunas ranuras, pero, los resultados en mA de 1 as
descargas en esas ranuras, se encuentran por debajo de los
Pag. 154
parámetros sugeridos y aceptados por el fabricante del equipo
de prueba, y por la Doble Engineering Company.
5.- DIAGNOSTICO DE IMPERFECCIONES ELECTROMAGNÉTICAS DEL
NÚCLEO DEL ESTATOR (EL-CID)
Esta prueba permite detectar fallas incipientes en el núcleo
del estator, debido a cortocircuitos electromagnéticos entre
laminas, y que pueden estar generando calor adicional por la
circulación de corrientes de falla, entre las láminas en
cortocircuito y los parantes cíe soporte del núcleo.
Por medio de una fuente a u x i l i a r de bajo voltaje, se excita
el núcleo al 4% del flujo nominal, suficiente para lograr
calen lam lentos 1 oca I i zados eri los s i t i o s de cortocircuitos
niagné t i eos .
Los parámetros de la unidad son los siguientes;
3.37 Vac
Los valores alcanzados durante la prueba son:
Toroioe
Corriente de excitación
A m p e r i o s - v u e l t a
9 espiras cable N* 12 AIG24.1 A
217.3 A-v
Una vez excitado el núcleo magnético, se miden las corrientes
Pag. 155
de fuga por medio de la bobina "CHATTOCK" del equipo, que se
desplaza apoyada en los dientes de cada ranura y a lo largo
de la misma, conjuntamente con el dispositivo de medición de
distancia, el cual corta la señal cuando ésta alcanza la
longitud total de la ranura.
La siguiente tabla muestra los valores máximos obtenidos en
esta prueba:
LOCAL I Z ACIÓN RANURA N°
10
100101
VALOR (mA)
44. 5
44.5
44.5
Cuadro N° 6.1.12 V al o res máx irnos de corriente de fugaen el núcleo medidos con EL-CTD - Pisayambo.
En base al manua 1 del fabricante del equipo EL-CID y a la
experiencia de campo obtenida por las diversas empresas
especializadas en el diseño, construcción y operación de
generadores, se ha establecido un umbral práctico de 100 mA
de corriente de fuga con el 4% del flujo nominal. Valores
más altos requieren una investigación adicional.
Los 100 mA provocarán un incremento de 5°C sobre la
temperatura promedio, cuando el generador trabaje con el 80%
del flujo nominal.
Los valores obtenidos en el generador N"l de Pisayambo se
encuentran bajo el máximo recomendado, lo cual indica que el
Pag. 156
laminado se encuentra en buenas condiciones de operación.
Esta conclusión se complementa con lo observado en la
inspección visual de laminado.
PRUEBAS AL ROTOR
1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
V o l t a j e a p ü c a d o ( V c d )
500
R e s i s t e n c i a M e d i d a ( M Q )
2500
T i e m p o d e p r u e b a ( n i n )
1
Teoip, P r u e b a ( * C )
24
El bobinado de campo se encuentra en buenas condiciones de
operación, sin contaminación con humedad.
.- PRUEBA DE IMPEDANCIA
VOLTAJE ( V a c )
10
20
30
40
50
60
70
SO
90
100
I ( n A )
131
254
382
509
630
753
878
10031126
1245
z W7 S . 6 278. 74
7 9 . 0 579. 13
7 9 . 8 47 9 . 9 47 9 . 8 480 .0680 .108 0 . 3 2
La impedancia del bobinado de campo cumple con
especificaciones del fabricante.
1 as
Pag. 157
3.- FACTOR DE POTENCIA
Kv prueba ( ac )
1.5
mA
192
Watts
16
% F.P.
0.83
Cap(nF)
50.26
El aislamiento del bobinado de campo se encuentra en buenas
condiciones de operación.
4.- TENSIÓN APLICADA:
Se aplicaron 500 Vac por 1 minuto, sin producirse
alteraciones en el aislamiento.
SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LA INSPECCIÓN Y
PRUEBAS DEL GENERADOR
Las pruebas desarrolladas en el aislamiento del generador N°l
de la Central Pisayambo conforman actualmente las
herramientas de mayor uso para evaluar el estado de un
generador.
De los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia de
aislamiento, factor de potencia, descargas parciales,
descargas a la ranura e imperfecciones del núcleo en este
generador, en base a valores característicos para
aislamientos de la clase "F", se puede concluir que el mismo
se encuentra en condiciones aceptables de operación, con las
s igui entes observac iones:
Pag. 15¡
i.- Las descargas parciales sobrepasan los 10000 pe,
aceptados como límite máximo para aislamientos en
buenas condiciones, debido a la presencia de efecto
corona o efluvios, tanto en cabezales como en ciertas
ranuras. Por el tiempo de servicio del generador al
momento de la pruebas (19 años), posiblemente la
pintura graduadora se deterioró, presentándose una
concentración de esfuerzos en los extremos de la
pintura semiconductora, la cual se la observa a simp1 e
v i s t a como una línea de luz ultravioleta, transversal
a la bobina,
2.- Los valores de factor de potencia y del incremento de
este factor (Tip-up) de los bobinados del estator, se
encuentran dentro de los valores normales para este
tipo de aislami e n t o.
3.- Los resultados de la prueba de descargas a la ranura se
encuentran dentro de los límites recomendados para
aislamientos en buenas condiciones de operación, a
pesar que existe cierta actividad de descargas,
especialmente en la superficie de las bobinas de fondo
de ranura, v i s i b l e s a través de los doctos de
ventilación.
4.- La prueba electromagnética del aislamiento Ínter laminar
del núcleo del estator (EL-CID), no presentó niveles
altos de corrientes de falla que requieran una
Pag. 159
investigación adicional con la prueba del toioide, al
100% del flujo nominal. Esta situación viene a
corroborar lo observado en la inspección visual, en
donde se constataron todos los elementos del núcleo en
perfecto estado de operación.
5.- El rotor se encuentra en buenas condiciones de
operación, sin cortocircuitos entre espiras del
bobinado de campo.
RECOMENDACIONES
1.- La concentración de esfuerzos al final de la pintura
semiconductora de la sección de ranura, se presenta si
no existe una continuidad de la característica
semiconductora en la superficie del aislamiento, por
medio de la pintura graduadora, ó si ésta última se ha
deteriorado con los años de servicio, perdiendo su
carácterísL ica semiconductora.
Para corregir la pintura graduadora se debe remover 1 a
capa de fibra de vidrio con resina que la protege,
siendo necesario desmontar el bobinado, trabajo que
implica que el generador permanezca un tiempo muy largo
fuera de servicio.
Como medida preventiva inmediata se debe otorgar una
protección adicional de corona en esos sectores,
Pag. 160
utilizando materiales como resina epóxica y polvo de
mica, de gran resistencía a la degradación del
aislamiento que ocasiona este fenómeno*
2.- Para la correce ion de la pintura semiconductora en la
sección de ranuras, también es necesario desmontar el
bobinado, puesto que este problema se presenta en la
superficie de las bobinas de fondo, que por su
posición, son de d i f í c i l acceso. Una reparación en
sitio, aparte de su dificultad, es riesgosa puesto que
se podría cor toe ircuitar algunas láminas del núcleo con
la pintura semiconductora.
3.- Para llevar un control de la actividad de las descargas
parciales, es conveniente controlar periódic ame n t e la
con cent rae ion de ozono en el aire circundante a las
cabezas de bobina, aparte de las mediciones periódicas
de las descargas que se deben realizar.
4.- Para prevenir el deterioro de la pintura semiconductora
de ranura, es necesario controlar las fugas de vapores
de aceite de cojinetes, vía me jorami ento del sello de
aire del laberinto del cojinete inferior.
5.- Mantener en óptimas condiciones todos los instrumentos
de monitoreo de temperatura del bobinado y del núcleo
del estator, los relevadores de protección eléctricos
y mecánicos, así como todo el sis tema de enfr i amiento.
Pag. 161
6.2.- REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DEL GENERADOR
NQ 2 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA AGOYAN
ANTECEDENTES.-
Los generadores de la Central Agoyán entraron en operación
el 1 de julio de 1987, y a partir de esa fecha han operado
en forma continua, con una potencia activa que depende
fundamentalmente del caudal del río Pastaza.
Por la reducida capacidad del embalse» esta central se la
puede considerar de paso, incidiendo esta característica en
el elevado factor de planta que posee.
Su posición estratégica dentro del Sistema Nacional
Interconectado le exige operar con niveles altos de potencia
reactiva, para mantener dentro de los parámetros normales el
voltaje de las barras de la zona central del País,
La elevada contaminación del río Pastaza ha exigido continuas
intervenciones de limpieza del sistema de enfriamiento de los
generadores, cuidando siempre de no sobrepasar los valores
uiáx irnos de t empera t ura. establecidos para el estator y rotor.
Ent re 1impi eza y 1 impieza de los enfr iadores de aire se ha
observado un incremento de hasta 7 °C en el bobinado del
estator.
Pag. 162
La arena contenida en el agua turbinada ha provocado un
desgaste agresivo por abrasión de todas las partes internas
de la turbina, especialmente del rodete, alabes móviles,
anillos de desgaste', y tapas de la turbina. Este fenómeno
ha incidido en la eficiencia de la turbina y en el aumento
2del empuje hidráulico , lo cual repercute en un incremento
de las vibraciones en el conjunto generador-turbina.
El 9 de mayo y el 30 de septiembre de 1993 se presentaron en
la unidad N°2, dos fallas por apertura del bobinado de campo,
al fundirse las uniones interpolares 21-22 y 11-12
respectivamente; el 23 de agosto de 1994 se produce una
falla similar en la unidad N° 1 , en la unión 3-4 del rotor.
De acuerdo al c r i t e r i o del fabricante (Mitsubishi), el
problema se debe a una interacción de esfuerzos mecan i eos
r e p e t i t i v o s , combinados con esfuerzos de tipo eléctrico de
origen operativo. El Inecel mantiene el cr i t e r i o de que la
causa de las fallas es el di seño inadecuado de las uniones
ínterpolares, por su exce si va rigidez, la cual no permite
asimilar los esfuerzos repetitivos, especialmente los
originados en los sucesivos arranque y paradas de la unidad.
¡ A n i l l o de desgaste : Piezas desmontables de s a c r i f i c i o queforman parte de las tapas de la turbina, cons truidas en aceroin o x i d a b l e para soportar el desgaste producido por el agua.
TEmpuje Hidráulico: Carga adicional sobre el cojinete de
empuje, que ejerce el volumen de agua que ingresa a la partesuperior del rodete, por deterioro del a n i l l o de desgaste de latapa superior de la t u r b i n a y del rodete.
Pag. 163
Durante las inspecciones periódicas de mantenimiento
preventivo, se han detectado un sinnúmero de manchas blancas
de efecto corona en los cabezales del estator, ubicadas entre
bobinas de una mi sma ranura, a la salida del núcleo y en los
sectores donde la bobina camb ia de dirección. Estas manchas
se presentan en los sectores del bobinado de mayor vo1taj e
y especialmente, entre bobinas de diferente fase. De igua 1
forma, se han detectado manchas b1 ancas en los cruces de
interconexiones de grupos y en el primer cruce de bobinas de
ranuras adyacentes, a nivel de cabezales.
Las reparaciones pre 1 iminares de las manchas b1 ancas han
consistido básicamente, en la limpieza de las mismas con
solventes apropiados y a la reposición de la pintura de
protección. Durante la limpieza, se ha observado que este
fenómeno es superficial y que la degradación del aislamiento
se produce desde afuera hacia adentro por acción del ozono,
gas corrosivo que se forma en la actividad de las descargas
pare ia1 es.
El mantenimiento preventivo realizado hasta el momento en los
generadores de la Central Agoyán, se ha circunscrito a
labores de limpieza, inspección del aislamiento y a
mediciones periódicas de la resistencia óhmica y de
aislami ento de los bob inados.
Por los problemas presentados en el rotor, últ imamente se ha
incorporado dentro del mantenimiento preventivo, las
Pag. 164
inspecciones periódicas de termografía de los bobinados,
utilizando el equipo de termovision ACEMA 400, técnica que
posibilita observar imágenes en movimiento y que ha permitido
detectar puntos calientes en algunas uniones del rotor. Con
este procedimiento se han reparado varias uniones
interpolares, antes de que fallen por apertura del bobinado
de campo.
Una de las act ividades que también se ha incorporado en el
programa de mantenimiento del generador, es la medición de
la concentración de ozono en el aire circundante a las
cabezas de bobina. los resultados obtenidos en estas
inspecciones, indican una concentración del gas inferior a
0. 4 pprn, valor considerado bajo, comparándolos con los 5 ppm
obtenidos en las unidades de la Central San Carlos, de la
República de Colombia, las cuales presentaban un deterioro
muy avanzado del aislamiento y que actualmente se encuentran
en proceso de rebobinado.
Considerando el alto grado de deterioro de las partes de la
turbina y los problemas encontrados en el generador, se
decidió efectuar el mantenimiento mayor o de overhaul en las
dos unidades. Con estos antecedentes, se realizó el
mantenimiento mayor de la unidad N°l en el período del 23 de
junio al 18 de octubre de 1995, y en la unidad N°2 del 18 de
noviembre de 1996 hasta el 15 de marzo de 1997, por un tiempo
de 117 días.
Pag. 165
ESTADO DEL GENERADOR N"2 . -
Con el rotor desmontado, se realizó una inspección del
estator encontrándose las sigulentes novedades:
1.- Efecto corona en los bobinados
Los sectores del bobinado del estator, cercanos a las
salidas de alto voltaje de los 4 grupos en paralelo,
presentan manchas blancas de efecto corona entre las
bobinas de una misma ranura, a la salida del núcleo,
j ustament e donde éstas cambian de dirección. Las
manchas blancas de mayor magnitud se presentan cada
cinco ranuras y corresponden a aquellas que alojan
bobinas de diferente fase.
En los sitios de curvatura de las bobinas, e]
aislamiento no es homogéneo por razones constructivas,
situación que p o s i b i l i t a la presencia de campos
eléctricos en la superficie del aislamiento de un valor
tal que, sumado a la diferencia de potencial existente
entre las bobinas de la ranura, es capaz de producir
descargas en el aire.
Las descargas parciales ionizan el aire existente entre
las bobinas generándose ozono, gas que, como ya se
indicó, ataca el aislamiento de afuera hac i a adentro.
Pag. 166
La separación de las bobinas en los sitios de curvatura
es mínima e inferior a la existente en la sección del
laminado, llegando éstas inclusive a estar en contacto
físico en esos sectores.
Durante la aplicación de alto voltaje ac de prueba del
aislamiento, no se apreciaron a simple vista descargas
parciales al aire o a la ranura, a excepción de una que
otra descarga a nivel de interconexiones de grupos, en
donde también se observan manchas blancas de efecto
corona.
3.- Bobinados
El bobinado se encuentra bastante limpio, sin
con taminac i ón con humedad o vapores de aceite
proveniente de los c o jinetes. Se observa una cantidad
muy pequeña de polvo depositado en la superficie del
aislamiento y en el laminado.
El aislamiento, especialmente en los sectores de
uniones de bastones y de interconexiones de grupos, se
encuentra en buen estado, sin señales de ablandamiento
ni abombamiento, indicat ivos de corona interna,
presencia de gases o contactos inadecuados en las
interconexiones.
Los separadores de cabezales se encuentran sin seña les
Pag. 167
de desplazamiento, a pesar de no disponer de amarres a
las bobinas. No se observan fisuras o desprendimientos
de los amarres de 1 bobinado al anillo de sujeción.
No existen desplazamientos de los rellenos de ajuste
bajo las cuñas ni de los separadores de bobinas en la
sección de ranuras.
4.- Núcleo magnético
No se encontraron depósitos de polvo rojo de oxidación
ó por desgaste del aislamiento Ínter 1aminar, ni
presencia de polvo amarillo proveniente del aislamiento
de las bobinas o de las cuñas de ajuste, por fricción
con el laminado. De igual forma no existe presencia de
decoloraciones en el laminado, indi cativos de puntos
cal ientes.
En la parte posterior de las uniones de los cuatro
•sectores del estator (ranuras 31, 91, 151 y 211) se
observa un ligera ondulación del último paquete
inferior del laminado, a los dos lados de los parantes
de soporte del núcleo, debido al diferente
comportamiento de cada sector con respecto a la
temperatura. En todo caso el núcleo no se encuentra
flojo ni existe presencia de polvo rojo de desgaste por
vibración del laminado en esos puntos.
Pag. 168
Los seguros de las tuercas de los pernos de presión se
encuentran en su posición correcta, sin seña les
indicativas de que el laminado se haya aflojado. De
igual forma, los dedos y placas de presión no han
sufrido desplazamientos, por lo que los dientes del
laminado se encuentran intactos, sin fracturas o
desprendimientos.
PRUEBAS ELÉCTRICAS DE DIAGNOSTICO DEL GENERADOR
En el generador N° 2 de la Central Agoyán, las pruebas de
diagnóstico del aislamiento se realizaron exclusivamente con
los equipos que dispone el INECEL, aprovechando las
experiencias y criterios obtenidos en los mantenimientos
mayores realizados en los generadores del Sistema Nacional.
Las pruebas que se desarrollaron en el generador son las
siguientes:
ESTATOR.-
Resistencia de aislamiento
% Factor de disipación o factor de potencia a 0.2 V^_t
Variación del factor de disipación o factor de potencia
(Tip-up) y Capacitancia (2,4,6,8 Kv)
Descargas a la ranura
Prueba del Toro i de o Loop Test.
Pag. 169
ROTOR
Resistencia de aislamiento
Medición de la impedancia a 60 Hz
Factor de Disipación
Voltaje apli cado 60 Hz
Cortocircuito entre espiras - Yol tajes de sharing,
PRUEBAS DEL AISLAMIENTO DEL ESTATOR
1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
La resistencia de aislamiento se mide aplicando un voltaje
de prueba de 1000 Vdc al conductor de cobre de la fase, por
un tiempo de hasta 10 minutos. El objetivo de esta prueba es
determinar el grado de humedad o suciedad que presenta el
a i sI amiento.
La resistencia de aislamiento se considera igual al valor en
MQ medido luego de 1 minuto de aplicar el voltaje de prueba,
tiempo en el cual las corrientes de absorción y polarización
no inciden significativamente en la medición.
Pag. 170
PRUEBA U'
VOLTAJ2 DE PRUEBA
A LINEA
A GUARDA
A TIERRA
TIEMPOÍMIU)
:/*1/2iiL
3
4
5
&]
39
1C
¿ELACÍON 10/1
1
1COC Vdc
FASE A
FASES B y C
LECT
85J
1350
22i)0
3800
5300
6800
850C
10300
12000
13200
14300
16500
K
1
1
L
i¿
2f\
1
2
2i¿
<<
L
M2
1700
2700
4400
760C
10600
136CO
17300
20600
24000
26400
29oOO
33000
7.50
2
Í O O O V d c
FASE B
FASES A y C
LECT
800
1400
2200
3900
550!)
?000
9000
10500
12500
13800
1510C17000
K
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
¿
2
Mf!
1600
2800
4400
1800
11000
14000
13000
21000
25000
27600
3020C
34000
7.73
3
1000 VdcFASE C
FASES A y B
LECT
800
1400
2200
3ÍOO
5500
7200
9000
10200
12000
14000
15000
1680C
K
2
2
22
2
2
2
2
2
2
¿
2
H¿
1600
2800
4400
7600
Í1COO
H400
13000
20400
24000
28000
3000C
33600
7.64
4
1000 Vdc
FASES A B C
LECT
300
430
700
1200
1700
2200
2800
3200
3300
4200
5700
5200
1
L
2
2i
2
2
2
2
2
2
¿
2
MU
600
860
1400
2400
3400
4400
5600
6400
7600
8400
9400
1040Ü
7.42
CONDICIONES DE PRUEBA: TEHF. AHB. 25'C, TEHP. BOBINADOS 45'C
LECT* = Lectura del instrumentoK = Factor de multiplicación
Cuadro N* 6.2. i Resistencia de Ais lamientedel generador N°2 - Agoyán
El valor mínimo de resistencia de aislamiento recomendado,
se determina por la siguiente expresión:"1
R,,. = Kv + 1 en MQ
Rm = Resistencia mínima de aislamiento recomendada para
el bobinado completo en Megaohmios, a 40°C
Kv = Voltaje nominal entre fases en Kv.
ANSÍ/IEEE STD 43/91
Pag. 171
La Resistencia de aisl amiento de una fase de un bobinado
trifásico, con las otras dos fases puestas a tierra, es
aprox imadamente el doble que la resistencia del bobinado
completo. Por lo tanto, cuando se prueban todas las fases por
separado, la resistencia medida en cada fase se debe dividir
entre dos para poder comparar, luego de la corrección por
temperatura, con el valor de la resistencia mínima
irecomendada.
En las mediciones por separado, si las fases que no se
prueban se conecten al terminal de guarda del equipo, la
resistencia de aislamiento debe dividirse entre tres para
comparar con el valor de la resistencia mínima.
Para aislamientos en buenas condiciones, es común encontrar
lecturas de resistencia de aislamiento de 10 a 100 veces o
más el valor mínimo recomendado.
FASE
A
bü
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO KQ
4.4ÚO
4. 43ü
4.4ÜU
IHDICE DE POLARIZACIÓN
¿ .50
1,73
7.64
Cuadro N° 6.2.2 Resistencia de Aislamientoe índice de Polar izacion - Agoyán
El índice de polarización, es decir la relación entre los
valores de resistencia de aislamiento medidos a los 10 y 1
minuto, representa una buena indicación del grado de
cont aminac ion del bobinado con la humedad. La norma
ANSÍ/IEEE STD 43-1991, establece los siguientes valores para
Pag. 172
el índice de polarización:
CONDICIÓN DEL BOBINADO
Koroial
Húmedo
ÍNDICE DE POLARIZACIÓN
> 1
< 2
Los resultados de la resistencia de aislamiento y del índice
de polarización indican que el bobinado del generador N°2
no se encuentra contaminado con humedad.
2.- FACTOR DE DISIPACIÓN TIP-UP Y CAPACITANCIA
El Factor de Potencia o Factor de Disipación es un parámetro
indicativo de las pérdidas dieléctricas que produce un
sistema de aislamiento cuando se lo somete a esfuerzos de
alto voltaje. Se encuentra relacionado con el grado de
homogene i dad del ai s1ami euto, y dependiendo del proceso
naturi.il de su envejecimiento, puede incrementarse en mayor
o menor grado. Con la elevación del voltaje de prueba, el
valor del factor de potencia también aumenta.
El factor de disipación (tangSJ para ángulos pequeños,
numéricamente tiene un valor similar al del factor de
po t ene ia ( cos<|>) .
Con el voltaje de generación fase-fase de 13.8 Kv de los
generadores de esta Central, el factor de pérdidas del
aislamiento se obtuvo a un voltaje de prueba de 2 Kv, que
Pag. 173
corresponde al 25% del Voltaje nominal fase-tierra.
Para la determinación del tip-up, se tomaron valores
adicionales en intervalos de 0.25Vf,t hasta el voltaje nominal
de S Kv.
LECK
F A S E
ENERG
A
E
C
GRB.
B , C
A , C
A , B
K V F b A
K v
2 . 0 D
4 . 0 !
6 . 0 1
3 . 0 1
3 . Í ?
1 . 9 3
4 , 6 3
á . C I8.i¡!
9 . 0 C
¡ . 99
4 . C L
6 . C O
§ . i) ;9 . 0 !
C O R R I E N T E
fflA
7 . 3
15. 4
2 3 . 6 0
3 3 , 8 0
4 0 . 3
7 . 4
1 5 . 5
2 9 . 3
3 9 , i
4 0 . 4
3 . 4
1 7 . 6
¿ 7 . 3
3 8 . 9
45 .1
P E R D I D A S
LECT
1.1
2 . 7
5J)3 , 0
10 .1
1 , 0
2 . 7
4 . 9
3 . 2
1 0 , 0
ii . ¡
2 . 3
5 . 3
§.51 0 . 4
K
10
10
10
10
10
I C
10
10
i u
1C
¡0
1C10
10
10
ffATTS
11
27
5C
80
101
I C
1149
U
i Üi,'
í iU
5385
104
F . D .
%
0,11
0 ( 2 S
0 . 5 1
0 . 8 2
1 .03
0 , 1 1
0 , 2 3
0 , 5 10 . 8 4
i . 03
0 , í l
0 , 2 9
0 , 5 4
0 . 8 7
1,06
T I PUP
X
0 , 7 1
0 . 7 3
0 . 7 6
C A P ,
nF
2 5 7 . 4
2 5 8 . 0
2 5 3 , 4
2 5 S . 9
2 5 9 . 2
2 5 7 . 1
2 5 7 . 6
2 5 8 . 3
2 5 3 . 9
2 5 9 , 2
25Í .8
2 5 9 . 5
2 5 9 . 9
2 6 0 . 5
2 6 0 . 8
O B S E R V A C I O N E S ; P O S I C I Ó N DEL R E S O N A D O R = 0 . 2 5 |
T. = L e c t u r a del i n s t r u m e n t o= Fac to r de mu I t i p l i c a c i ó n
Cuadro N" 6.2.3 Factor de DisipaciónGenerador N°2 - Agoyán
Pag. 174
CENTRAL HDROELECTRICA AGOYAN U2VARIARON DEL FACTOR DE POTENCIA
.OVOLT'O?
ÍÍ C
Fig N°6.2.1 Variación del Factor de DisipaciónGenerador N°2 - Agoyán
FaseA
Bc
W.D. a 2 Sv
v , , L
0.11
0 . i 1
Tip-O? (8Kv-2Kv)
ü , ? l
0.73
0.76
¿Capacitancia X
(Cj-C3i/C1 = 0,582^
0.7COG
C.6568
Cuadro N° 6.2.4 % FD, Tip-Up y ACGenerador N°2 - Agoyán
Un aislamiento a base de mica y resina epóxica en buenas
condiciones de operación, de acuerdo al criterio de
evaluación del "Japan ETRE C o u n c i l , debe tener un Tip-Up
menor o igual al 2%.
Shuichi Akí, "An Insulation Deterioration Diagnost icMethod for Generator Windings'1, Japan I ERE Counci 1 , pág. 5,February 1991.
Pág. 175
La Doble Engineering Company señala" que es común encontrar
valores de factor de potencia inferiores al 1% para un
voltaje de prueba del 25% del V f _ , e indica que el Tip-Up- -l !
máximo permisible es 1%.
En este caso, las tres fases presentan un factor de
disipación o factor de potencia de 0.11, y un tip-up máximo
de 0.76% en la fase C, valores inferiores a ios máx irnos
permisibles. Los resultados de esta prueba indican que el
aislamiento se encuentra en buenas condiciones.
Para esta prueba se u t i l i z ó el equipo de prueba marca BIDDLE,
modelo 6700065-j y el resonador de la misma marca, de
propiedad de la Central Paute.
3.- DESCARGAS A LA RANURA
Esta prueba permite evaluar la actividad de descargas a la
ranura, debido a imper fecciones de la pintura semiconductora
de la superficie del aislamiento de las bobinas, ó un pobre
contacto eléctrico entre esta pintura y el laminado de la
ranura. Las descargas a la ranura dañan por erosión el
a i s 1 ami ento principal, desde la superf icie del ais lamiente
hacia adentro.
R.J. McGrath and F.J. Gryszkiewicz, "Power Factors andRadio™Inf1uece Voltages for Generator- Stator Insulation", DobleEngineering Company, pág, 9-1.2,1990.
Pag. 176
La prueba se realiza energizando cada fase con el voltaje
nomi nal fase-tierra. El indicador analógico del equipo de
medición muestra en mA, las descargas a la ranura.
Para esta prueba, la DOBLE ENGINEERING recomienda los
siguientes valores:3
UnidadmA
Normal
5 - 1 5
Cuest ionable
40 - 60Reemplazar bobina
> 100
Luego de la reparación de la pintura semiconductora con la
pintura marca VON ROL I SOLA K°8003, y de finalizar los
trabajos de reacuñado de todo el estator, se obtuvieron los
siguientes valores de descargas a la ranura:
Doble Engineering Company, General Reference Book GBR-291,págs. 9.2-3.
Pag. 177
DESCARGAS A LA RANURA FASE A
R A N U R AN °
5
67
13
14
15
20
21
22
28
29
30
3536
37
43
44
45
50
5 152
58
5960
D E S C A R G A SJÍA
1 .82 . 0
0. 60 . 5
0 . 6
0. 60 . 9
2 , 72 . 4
4 . 4
3 .6
1 .51 .00. 60 . 6
i .00 . 5
0 . 5
0 . 7
1 .00 .6
0 , 8
1 . 11 . 4
R A N U R Ar65
66
67
73
74
"^5
80
81
82
88
89
909596
97
103
104
105
110
111
112
118
119120
D E S C A R G A SmA
1.84 . 6
2 .8
0 .9
0. 70 . 7
0 . 5
0 . 6
0 .5
1.0
0 . 4
0 . 4
0 . 61 .00 .8
0 . 7
0 .6
O . S
1 .41.5
1 .30 . 6
0 . 50 .4
R A N U R AU'
125
126127
133
134
135
140
141
142
148
149
150155156
157
163
164
165
170
171
172
178179180
D E S C A R G A SfflA
0 . 4
0 . 4
0 . 4
0 . 4
0 . 6
0 .6
O . S
1.3
0 .8
0 . 5
0 . 4
0 . 4
0 . 5
0 . 9
0 . 6
1 .63 .6
2 . 6
4 . 8
3 . 4
2 .8
1 .40 . 90. 5
R A N U R A»'
185
186187
193
194
195
200
201
202
208
209
210
2152162 1 7
223
224
225
230
231
232
238
239240
D E S C A R G A SfflA
1 .0
1 .2
0 . 6
0 . 5
0. 50 . 4
0 . 4
0 . 4
0 . 4
0. ó
0 . 5
0 . 4
0. 60 . 5
0 .5
0 . 4
0 . 50 . 4
0 . 7
0 . 6
0 . 7
1.82 . 21 .8
Cuadro N*6.2.5 Descargas a la Ranura Fase AGenerador N°2 - Agoyán
Pag. 178
DESCARGAS A LA RANURA FASE B
R A N U R AN *
3
4
5
10
11
12
18
19
20
25
2627
33
34
35
40
4 i
42
48
49
50
55
5657
D E S C A R G A S f f l A
2 . 5
2 . 2
4 .6
6 . 9
3 . 25 . 0
1 .7
1 .0
1.0
1.01 . 2
0 .8
0 . 5
0 . 6
0 . 6
1 .2
1 .0
0 . 50. 51.30 .8
1 .61.8
1.2
R A N U R AN *
6364
65
70
71
72
78
79
80
8586
S7
93
94
95
100
101
102
108
109
110
i 15
116117
D E S C A R G A S m A
0 . 50 . 4
0.8
0 .5
0 .7
0 . 6
0 . 6
0 . 50 . 7
0 .5
O . S
0 .6
0 . 5
0 .4
0 . 9
0 . 6
1 .6
i .50 .8
0 . 6
0.5
0 , 5
0 .4
0 , 5
R A N U R AN °
123
124
125
130
131
132138
139
140
145
146147
153
154
155
160
161
162
168169
170
175
176
177
D E S C A R G A S m A
0 . 6
0 . 5
0 .4
0 . 5
0 .50 . 4
0 . 6
0 . 6
0 . 5
0 .6
0 . 5
0 . 4
0 . 4
0 .5
0 . 5
0 . 6
0 . 5
0 . 5
0 . 6
0 . 91 .41.3
0 . 7
1.4
R A N U R Ar
183184
185
190
191
192
198
199
200
205
206
207
213
214215
220
221
222
228229
230
235
236
237
D E S C A R G A SüA
0 . 7
0 .4
0.5
0 . 4
0 .4
0 . 4
0 . 5
0 . 5
0 . 4
0 .8
0 . 4
0 .4
0 . 4
0 .4
0 . 4
0 . 50. 5
0 . 4
0 , 60 .6
0 . 5
0 .8
1 . 1
1 . 1
Cuadro 6.2.6 Descargas a la Ranura Fase BGenerador N°2 - Agoyán
Pag. 179
DESCARGAS A LA RANURA FASE C
R A N U R A»'
I
2
8
9
10
15
16
17
23
24
25
30
31
32
38
39
40
45
46
47
53
54
55
60
D E S C A R G A S ctA
0 . 4
0 . 4
0 . 9
0.6
1 .0
0 . 5
0 . 4
0 . 3
0 .6
0 . 6
0 . 40 .5
0 . 4
0. 5
0 . 4
0 . 4
0 . 4
0 . 4
0 . 4
0 . 4
0 .5
0 . 40 . 5
0.3
R A N U R AN'
61
62
63
69
70
75
76
77
83
84
35
9091
92
9899
100
105
106
107
113
114
115
120
D E S C A R G A S n¡A
1 .0
0 . 8
0 . 5
0 .4
0 . 5
0. 7
0 .6
0 .6
0 . 6
0. 5
0 . 4
0 . 5
0 . 4
0. 7
0. 50 . 4
0 . 5
0 . 4
0 . 6
0. 51 .31 .00. 70.8
R A N U R AN '
121
1 22128129
130
135
136
137
143
144
145
150
151
152158
159
160
165
166
167
173
174
175
ISO
D E S C A R G A S oí A
1.0
0 . 6
0 , 5
0 , 4
0 . 4
1 . 3
0 . 6
0. 7
2 . 2
1 . 1
0 . 50. 5
0 . 5
0. 7
0 .5
0 . 4
0 . 4
0 .6
0. 7
0. 9
1.3
3 . 0
0 . 9
0.8
R A N U R Ar
181
182
188189
190
195
196
197
203
204
205
210
211
212
218
219
220225
226
227
233
234
235
240
D E S C A R G A SÜIÁ
L 1.2
1.2
0. 50 .4
0 . 5
0 . 6
0 .5
1 .00.5
0 . 5
0 . 5
0 . 4
0 . 5
0 . 4
0 .5
0 . 5
1 .40 .4
1 .30 . 4
0 .5
0 . 5
0 . 4
0.5
Cuadro 6.2.7 Descargas a la Ranura Fase CGenerador N°2 - Agoyán
Los resultados obtenidos en las tres fases cumplen con lo
establecido por la DOBBLE ENGINEERING para aislamientos en
Pag. 180
buenas condiciones.
Los valores máximos medidos se resumen en el siguiente
cuadro:
F A S E
A
E
C
R A N U R A N '
2 E , 29 , 66 , 164, 170 , 171
i , l ü , i - , ¡ 2
174
' /A lúa ( s i A jí . 4 , 3 .6 , 4 . 6 , 3 . 6 , 1.3,
4 . 6 , 6 . 9 , 3 . 2 , 5 . 0
3 .0
3 . 4
Cuadro N° 6.2.8 Valores máximos en niA obtenidos en la pruebade descargas a la ranura - Generador 2 Agoyán
4.- PRUEBA DEL TOROIDE O LOOP TEST
Esta prueba p e r m i t e detectar fallas en el núcleo del estator,
debido a cortocircuitos electromagnéticos entre láminas y que
pueden estar generando calor adicional, por la circulación
de corrientes de falla entre las 1áminas en cortocircuito y
los parantes de soporte del núcleo.
Por medio de una fuente auxiliar se excita el núcleo al 100%
del flujo nominal, con el objeto de lograr calentamientos
localizados en los sitios en donde existan cortocircuitos
magne ticos, detectados por los instrumentos de medi c ion
instalados o por un equipo de termovisión portátil.
El sistema de servicios auxiliares de la Central Agoyán tiene
un voltaje de 430 Vac, valor asumido para todos los cálculos
de diseño del toroide.
Pag. 181
La geometría del generador es la siguiente:
He = Espesor efectivo del núcleo 0.234 m
s = Profundidad de la ranura 0.143 m
ID = Diámet ro interno del núcleo 6.745 ni
OD = Diámetro exterior del núcleo 7.499 m
d = Número de ductos de ventilación 24
Wd = A l t u r a del ducto de ventilación 0.006 m
Fa = Factor de apilamiento 0.93
Le = Altura total del núcleo 1.03 m
Cálculo del toroide'
Área transversal de 1 núcleo.
A = He x Le
„ _ OD-ÍID+2S]
7.499-[6.745+2x0.143]
H = 0.234 m
' Apéndice "Test of laminar Insulation in Stator Core", IEEEStd 56-1977. "Pruebas de Toroide", Manual de Mantenimiento deGeneradores. C.F.E. - México.
Pag. 182
Le=0.93x[1.03-24x0.006]
Le = 0.8239
A = 0.234 x 0.8239 m2
A = 0.1928 m:
Para B, H y W asumimos los siguientes valores, aceptados
normalmente por los constructores de generadores:
B = 1 Wb/m 2 H = 160 A m p - v u e l t / m W = 2.2 W a t t s / K g
Densidad de flujo.-
<|> = B x A
<f> = i Wb/m¿ x 0. 1928 m2
4» = 0 . 1928 Wb
N ú m e r o de v u e l t a s . -
4.
480Vac4.44x60x0.1928
T = 9.34 Vueltas
T w 10 Vueltas
Corriente de magnetización.-
Dm = Diámetro medio = ID + 2S + He
Pag. 183
Dm = 6.745 + 2 x 0.143 + 0.234 m
Dm = 7 . 2 6 5 m
Lm = Longitud media del núcleo = Dm x TE
Lm = 7.265 x TI
Lm = 22.8237 m
AV = Amper ios-Vue1ta = H x Lm
AV = 160 A-V/m x 22.3237 A-V
AV = 3651.78 A-V
Tmag = Coloriente de magnetización = AV/T
Imag = 3651 .78/10 Amp
Imag = 365.18 Amp
Corriente de pérdidas.-
Wn = Peso del núcleo
7500x<J)xL. ,Wn= -í- lK[OD2-
w _ 7500x^x0.8262 x r?R 4
Wn = 33093.88 Kg
Pag. 184
Wt = Pérdidas totales = Wp x Wn
Wt = 2.2 Watt/Kg x 33093.88
Wt =72.8 Kw
Iw = Corriente de pérdidas = Wt/480
Iw =72.8 Kw/480 V
Iw = 15Í.68 Amp.
Corr i ente de exc i tación.-
Jejf=V365.882+151.682
I5 Í = 3 9 5 . 4 2 8 A m p .
Amp erios-Vuelta total e s
A-Vt = 395.42 x 10
A-Vt = 3954.2 A-v
Calibre del conductor.-
De acuerdo a un criterio práctico, el calibre del conductor
a usarse en la bobina de excitación es equivalente al valor
de la corriente de excitación dividido por 2, en MCM.
Pag. 185
Calibre del conductor = 197,71 MCM
Datos obtenidos en la prueba del toroide.-
Con la fuente de al i mentación auxiliar de 480 Vac y un
conductor flexible de 250 MCM, se obtuvieron los sigulentes
valores de corriente, intensidad de campo magnético y
temperatura para diferente número de vueltas de la bobina de
excitación, en el núcleo magnético del estator de la unidad
Xo 2:
ñora V u e l t a s Temperatura AmperiosV u e l t a
V i b r a c i o n e s
¿5.6
454. í i , U, Í.42
451.9 364 20, 4, 2.5:
29,5
Cuadro N° 6.2.9 Datos obtenidos en la prueba del ToroideGenerador N°2 - Agoyán
Para una intensidad de campo magnético de 3651.78 Amper ios-2
vuelta calculados, y una densidad de flujo nominal de 1 Wb/m
en el núcleo del estator, la bobina de excitación se deberí a
construir con 8 vueltas del conductor flexible de 250 MCM.
La variación en el número de vueItas del toroide se debe a
Pag. 186
la incorporación en el circuito de prueba de aproximadamente
100 m adicionales de conductor, necesarios para la conexión
de la bobina con la fuente de alimentación.
La prueba se tuvo que suspender por las excesivas vibraciones
que se presentaron en el núcleo, en la carcasa y sistema de
enfriamiento del generador, del orden de los 20 mm/seg en
velocidad, valor considerado crítico y de características
des t rúet ivas *
Como anexo A, se adjuntan las curvas obtenidas con el equipo
portátil analizador de vibraciones, en el espectro de
frecuencias, observándose los picos más altos en la
frecuencia de 120 Hz.
Al permanecer el generador fuera de servicio por un período
largo de tiempo, la temperatura del núcleo se reduce,
situación que ocasiona una contracción de todo el laminado,
produciéndose de esta manera un aflojamiento aparente de
todos ios paquetes del núcleo. En estas condiciones, si
circula un campo magnético alterno, como en la prueba del
toroide, se presentarán vibraciones excesivas que pueden
dañar el aislamiento del laminado, las soldaduras de la
carcasa y las bases de anclaje de todo el estator.
Tamb ién se considera que al encontrarse el generador con la
mayoría de las partes desmontadas, en proceso de revisión
general, la frecuencia natural de vibración del estator
Pag. 187
sufrió un cambio, presentándose resonancia con la frecuencia
del flujo magnético de prueba.
El toro i de de 11 espiras genera una intensidad de campo
magnético de 2717 A-v, equivalente al 68,7% del nominal
(3954.2 A-v), porcentaje que podría considerarse como
aceptable para la inspección de puntos calientes en el
lami nado. Además un toroide de estas características,
presenta en el estator el menor nivel de vibraciones.
Para evitar que se produzcan daños en el generador, La prueba
del toroide se ] & debe realizar con el núcleo a una
temperatura entre 35 y 40 °C.
El poco tiempo disponible durante la prueba permitió realizar
un barrido rápido del núcleo con el equipo de termovisión
Agema 400, sin detectar ninguna señal de calentamientos
localizados, debido a cortocircuitos magnét i eos
i n t e r 1 ain i n a r e s .
6.- DETECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE IMPERFECCIONES DEL NÚCLEO
(EL-CID)
A diferencia de la prueba del toroide, esta prueba permite
detectar los cortocircuitos ínter 1aminares existentes en el
núcleo por métodos elect romagnéticos, s iendo necesario
excitar el mismo únicamente con el 4% del flujo magnético
nominal.
Pag. 188
Para el mantenimiento mayor de la unidad N° 2, por el alto
costo que representa, no fue posible adquirir o rentar el
equipo EL-CID para probar diente por diente el laminado, por
lo que en esta ocasión, únicamente se excitó el núcleo al 4%
del flujo nominal, con fines de experimentación.
Cálculo de la bobina de excitación.-
Datos de 1 bobinado:
N° de ranuras 240N" de bobinas 240N°de lados de bobina/ranura 2N° de fases 3N° de ramales/fase 4N° de ranuras/fase/rama 1 20N° de espiras /bobina 2N° de espiras/fase/rain al 40N° de lados activos/fase/rama 1 SOPaso del bobinado 16S°EGrados eléctricos/ranura 24Factor de paso 0.9945Factor de distribución 0.9619
Para generadores con potencias superiores a los 100 MW se
espera medir, en la bobina de referencia, un voltaje
equivalente a 5 V/m.
Para generadores con una potencia inferior a los 100 MW, se
u t i l i z a la siguiente expresión para definir el voltaje en la
bobina de referencia:
Vr = 0.08 x TI x f x 1 x d
Pag. 139
f = Frecuencia 60 Hz
1 = Altura efectiva del núcleo 0.8262
d = Espesor efectivo del laminado sin la ranura 0.214 m
Vr = 2.91 Vac
La fuente auxiliar disponible tiene una potencia de 3460 VA,
con una alimentación monofásica de 110 Vac. La salida es
variable con voltajes de O a 138 Vac.
Para esta prueba, la intensidad de campo H en amperios-vuelta
se encuentra entre 2 y 14 A-V/m, con un valor de 8 A-V/tn
generalmente aceptado, de acuerdo a lo indicado por el
fabricante en el manual del equipo EL-CID.
Con la longitud media del núcleo de 22.8237 m, se tiene una
intensidad de campo total de:
A-V\ Vref x S x 22.8237
A-V, = 531 .33 A-V
La bobina de excitación se const ruyó con un cable N° 10 AWG,
obteniéndose los siguientes valores de voltaje y corriente
en la misma, para diferente número de vueltas;
Pag. 190
A M P E R I O S A M P E R I O S
¡ . 6 3 4 4 . í 5 6 0 . 2 4
3 4 , 3 5
3 2 . 4 5 6 0 4 . 4 4
HR.fi 26 .7? 568.62
Cuadro N° 6,2.10 Valores medidos en la bobina de excitaciónpara la prueba de EL-CID - Agoyán
De los datos obtenidos y considerando la potencia de la
fuente disponible, se desprende que la bobina de excitación
debe construirse con 23 espiras de cable N° 10 AWG.
PRUEBAS AL ROTOR
1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
500 1
El bobinado de campo se encuentra limpio y sin contaminación
con humedad.
Pag. 191
2.- PRUEBA DE IMPEDANCIA
V O L T A J E ¡ V a c )
10, 17
2 0 . 0 230 .0840. 16
5 0 . 0 460. 11
70. 02
7 9 . 9 89 0 . 3 41 0 0 , 0 7
I i m A ¡
4 6 . 7
91 . 51 3 7 . 4
183.22 2 7 . 92 7 3 . 3318.1
362 .84 0 9 . 44 5 2 . 7
i W2 1 7 . 7 7218 .79218.922 1 9 . 2 12 1 9 . 5 62 1 9 . 9 42 2 0 . 12
2 2 0 . 4 52 2 0 . 6 6221 .05
Los valores de impedancia del bobinado de campo encontrados,
cumplen con las especificaciones del fabricante.
3.- FACTOR DE DISIPACIÓN
Kv prueba (ac)
0.510.74
1 .001 .24
1.50
Mil i amper ios
29. S
43.5
57.3
72. 1
87.2
%F.D.
0.050.060.09
0.110. 14
Pérdidas
2.02.03.0
4.05.0
Cap (nF)
97.4
97.4
97.6
97. 6
97.7
El aislamiento del bobinado de campo se encuentra en buenas
condiciones de operación.
4.- VOLTAJE APLICADO:
Se aplicaron 500 Vac por 1 minuto, sin producirse
alteraciones en el aislamiento.
Pag. 192
PRUEBA DE CORTOCIRCUITO ENTRE ESPIRAS O VOLTAJES DE
SHARING
POLO
1
2
34
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
13
19
20
2 1
2 2
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
VOLTAJE APLICADO
100 Vac
Vo 1 1 ios/po lo (V)
3. 1150
3.0630
3. 1370
3.0750
3. 1550
3.0640
3, 1590
3.0810
3. 1650
3.0860
3. 1560
3 .0570
3. 1390
3.0620
3. 1630
3.0330
3. 2070
3.0010
3 . 2470
2.9920
3.2140
3.0190
3. 1820
3.0810
3 . 1660
3.0630
3. 1560
3.0410
3. 1510
3.0650
3. 1290
3.0520
200 Vac
Vol Lies /polo (V)
6.99
6.99
6.96
6.81
7.00
6.82
6.99
6,83
7.00
6.84
7.00
6.80
6.99
6,81
7.01
6. 79
7.04
6.81
" .05
6.83
6.98
6.85
7 .03
6.80
7.04
6.85
7.02
6.797 .03
6.95
6.98
6.78
La distribución del voltaje entre los polos es relativamente
Pag. 193
homogénea, no se observan diferencias notables que indiquen
la existencia de algún c o r t o c i r c u i t o entre espiras de algún
po ío .
SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LA INSPECCIÓN Y
PRUEBAS DEL GENERADOR
Las pruebas desarrolladas en el aislamiento del generador N"°2
de la Central Hidroeléctrica Agoyán conforman actualmente las
herramientas do mayor uso en la c v a 1 uaci ón del es tado de un
g e n e r a d u r .
D o 1 1 ; s i t; su! I - 1 d o --. o i , L e , i i do s en las pruebas de r e s i s t e n c i a de
a i s i a ¡u i cu I o , factor de po t ene i a , descargas par c í a l e s ,
descargas a la ranura y iiuignc-1 i / ac i ón del núcleo de usté
gu ütí r .ido í . y yn base a va lores característicos pa r a
a i s I ¿i u, i t: i¡ LOS tic: i a c i a .->c " Y " . s t p u t; d tí <_ o n c 1 u i i q u t; el in i s mo
:: c encuentra en condiciones a c e p t a b l e s de opeittc ion, uori las
Siguientes oí; se r v aciones ;
i , - La c o ri c c u t i a clon de esfuerzos en los s i t i o s de lo s
cabezales en donde las bobinas cambian de dirección, ya
sea por defecto constructivo del aislamiento o por el
reducido espacio existente entre las bobinas de una
mi sma ranura. p o s i b i l i t a la act iv i dad de descargas
parciales y el aparecimiento de manchas blancas de
efecto corona, las cuales dañan el aislamiento
p r i n c i p a l de afutra hacia adentro.
Pag. 194
2.- Los valores de factor de disipación y del incremento de
este factor (Tip-up) de los bobinados del estator, se
encuentran dentro de los valores normales para este
tipo de aislamiento.
3.- Los resultados de la prueba de descargas a la ranura se
encuentran dentro de los límites recomendados para
aislamientes en buenas condiciones de operación. No se
aprecia a simple vista ninguna actividad de descargas
a la ranura,
4,- Debido a las excesivas vibraciones que se presentan en
el núcleo y carcasa del estator, no es recomendable
efectuar la prueba del toroide o loop test a bajas
temperaturas del núcleo, pues se corre el riesgo de
dañar la estructura de la carcasa y del sistema de
en f r i a m i e n t o , y de ocasionar un aflojamiento del
acuñado de las bobinas en las ranuras.
En la inspección termográfica del núcleo durante el
poco tiempo que permitió la prueba del toroide, se pudo
de t erminar la no existencia de puntos calientes en el
laminado, lo cual viene a corroborar lo observado en la
inspección visual, en donde se constataron todos los
elementos en perfecto estado de operación.
5.- El rotor se encuentra en buenas condi ciones de
operación, sin cortocircuitos entre espiras del
Pag. 195
bobinado de campo.
RECOMENDACIONES
1.- Para llevar un control de la actividad de las descargas
parciales, especialmente a nivel de cabezales, es
conveniente con tro lar periódi camente la concentración
de ozono en el aire circundante a las cabezas de
bobina, aparte de las inspecciones visuales del
bobinado y de las mediciones periódicas de las
descargas que se deben realizar.
2.- Las pruebas de factor de disipación, descargas a la
ranura, se las debe ejecutar con los mismos equipos en
las inspecciones futuras del aislamiento, con el objeto
de observar ia tendencia de los valores con respecto al
tiempo de s e r v i c i o del generador, para evitar de esta
¡¡lanera interpretaciones erróneas de resultados
diferentes,
o.- La prueba del toroide o loop test en el núcleo se debe
realizar con una temperatura del laminado entre 35 y
40°C, para evitar daños en el generador, debido a las
vibraciones muy altas que se presentan durante 1 a
prueba, pues caso contrario, alcanzarán valores
considerados destructivos (>20 mm/seg).
4.- Para verificar la ausencia de cortocircuitos en el
Pag. 196
laminado del núcleo, se debe usar el detector de
imperfecciones electromagnéticas EL-CID pues, para su
aplicación se requiere magne tizar a éste úni camente con
el 4% del flujo nomina 1.
5.- Para prevenir el deterioro de la pintura semiconductora
d e ranura, es necesario realizar los trabajos de
inspección y limpieza siguiendo el procedimiento
indicado en la norma ANSÍ/IEEE Std 56-1977.
6.- Mantener en óptimas condiciones todos los instrumentos
de monitoreo de temperatura del bobinado y del núcleo
dt-1 e s t a t o r , los re levado i'es de protección eléctricos
v mecánicos, así como todu el sistema de enfriamiento.
Pag. 197
6.3.- REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DEL GENERADOR
DE LA CENTRAL TÉRMICA ESMERALDAS
ANTECEDENTES.-
La Central Térmica a vapor Esmeraldas, con una potencia
instalada de 155.882 KVA, fue concebida y construida con dos
objetivos fundamentales;
1.- Para aprovechar el bunker, combustible residual del
procesamiento del petróleo, producido en grandes cantidades
en la refinería de propiedad del Estado. Con este objetivo,
y para f a c i l i t a r el transporte de combustible, la central se
la construyó junto a este complejo petrolero.
El Bunker es un combustible de bajo costo y de d i f í c i l
comercialización, por lo que su utilización, como fuente de
energía para la generación de electricidad, es económicamente
rentable .
2.- Para cumplir la función de Central de Reserva, dada la
creciente demanda eléctrica del Pís, y en espera de la
entrada en servicio de las fases A-B de la Central Paute.
En la fase de montaje del generador y durante la instalación
del bobinado, se produjo un incendio de una parte del
cabezal, ocasionado por un excesivo calentamiento adicional
Pag. 198
de la resina epóxica durante el aislamiento de las uniones
de bobinas.
La Central entró en operación en el mes de abril de 1982,
y a partir de noviembre de 1934, con la puesta en servicio
de las fases A-B cíe la Central Paute, salió de operación,
procedí endose a desmontar y embancar los equipos importantes,
elaborándose un adecuado programa de mantenimiento de
conservación de todas las instalaciones.
La demanda creciente del País y la reducción paulatina de los
caudales de los ríos de la cuenca oriental, determinó que la
Central Esmeraldas entre nuevamente en servicio a inicios de
1986, operando por cortos períodos de tiempo hasta 1989. y
a partir de ese año en forma sostenida, para suplir el
d é f i c i t de energía hidráu1 ica que soporta el País durante los
meses de estiaje de cada año, especialmente por la reducción
del caudal del río Paute, que alimenta el embalse de la
Central del mismo nombre.
£1 mantenimiento preventivo realizado hasta el momento en el
generador, se ha circunscrito a labores de limpieza,
inspección del aislamiento y a mediciones periódicas de la
resistencia óhmica y de a i s1ami ento de los bobinados.
El 22 de octubre de Í995, encontrándose la Central en
operación continua por el estiaje que soportó en esa época
el País, se presenta una falla a tierra de la fase B del
Pag. 199
estator, la cual fue despejada por el relé 64G, sacando de
servicio al generador. La Central, en el momento de la
falla, contabilizaba 39.238 horas acumuladas de operación.
La reparación del generador se inició en forma inmediata,
extrayendo el rotor, bajo procedimientos recomendados por el
fabr i cant e.
ESTADO DEL GENERADOR.-
Con el rotor desmontado, se realizó una inspección del
estator encontrándose las siguientes novedades:
1.- Análisis de la falla.
En el bobinado, se pudo constatar la perforación del
aislamiento del bastón exterior de la ranura N° 3 .
correspondiente a la fase B,
El aislamiento presentaba señales de incrustación de un
segmento de laminado del núcleo, proveniente de los
dientes de uno de los paque tes que se habían aflojado,
ai desprenderse los separadores de aleación de cobre de
los mi sinos .
Por lo indicado, una de las causas de la falla puede
ser la pérdida de presión de los pernos de ajuste del
núcleo, lo cual ocas ionó que el 1 aminado vibre y se
Pag. 200
rompan, tanto los separadores de los paquetes , como los
dientes del laminado.
Otra de las causas probables se considera la forma
constructiva de las últimas láminas de los paquetes,
que tienen contacto directo con los separadores, pues
presentan un filo pronunciado en el troque lado que*
sirve de guía, lo cual pudo haber provocado el corte y
el desprendimiento de parte de estos separadores.
Inspección del núcleo magnét ico.
El núcleo del estator tiene 54 ranuras y 72 paquetes de
laminado, numerados desde el N° 1 al 72, partiendo del
lado de la excitación.
En la parte del núcleo cercano al lado de la turbina,
se observan alrededor de 750 cortocircuitos
Ínter laminares, producidos por las laminillas de los
dientes que se desprendieron y que giraron con el rotor
por el entrehierro. La can ti dad del laminado afee tado
corresponde aprox i nía d amen te la tercera par te de 1
volumen total del núcleo.
Se encontraron 9 separadores de paquet es desprendidos,
los cuales se ubican de la siguiente manera:
Pag. 201
Ranura
3
9
10
15
22
27
28
31
33
Diente
3
8
9
15
23
26
27
30
32
Paquetes
7l y 72
71 y 72
71 y 72
71 y 72
70 y 71
70 y 71
71 y 72
71 y 72
71 y 72
Cuadro N° 6.3.1 Ubicación de los separadores desprendidosde los paquetes del núcleo- Cent ral Esmeraldas
3.-Inspeccion de 1 bob i nado
El bobinado se encuentra bastante limpio, sin contaminación
de humedad o vapores de aceite proveniente de ios cojinetes.
Se observa una cant i dad muy pequeña de polvo depositado en
la superficie del aislamiento y en el laminado.
El aislamiento, especialmente en los sectores de uniones de
bastones y de interconexiones de grupos, se encuentra en buen
estado, sin señales de ablandamiento ni abombamiento,
indicativos de corona interna, presencia de gases o contactos
inadecuados en las interconexiones.
Los separadores de cabezales se encuentran sin señales de
desplazamiento. No se observan fisuras o desprendimientos
Pag. 202
de los amarres del bobinado al a n i l l o de sujeción.
No existen desplazamientos de los rellenos de ajuste bajo las
cuñas ni de los separadores de bobinas en la sección de
ranuras.
REPARACIONES EFECTUADAS
La reparación de i generador la realizó el INECEL con su
propio personal y la participación de técnicos especialistas
de la Comi sión Federal de Electricidad de México.
Reparación del núcleo .-
Previo al montaje del bastón de repuesto se procedió a la
reparación del laminado, eliminando las deformaciones de las
láminas de hierro, causantes de los cor toe ircu i tos
magnéticos, por medio de una amoladora y fresas especiales
de desbaste.
La condición adecuada del aislamiento i n t e r1ami nar se
verificó permanentemente en forma visual, con la ayuda de una
lupa, duran te todo el proceso de amo 1ado.
Las láminas soldadas en el punto de descarga de la corriente
de falla, se separaron con la misma metodología,
procedi endose luego a aislarlas con finas laminillas de mica
y resina epóxica de baja densidad.
Pag. 203
una vez que todas los puntos de falla fueron intervenidos,
se verificó la ausencia de cortocircuitos electromagnéticos
con el equipo de EL-CID y con pruebas continuas de loop test
o toroide. Los puntos que se mantenían calientes se
intervinieron una y otra vez hasta conseguir resultados
favorables. En el anexo B se presentan las curvas obtenidas
con el equipo EL-CID en donde se observan que las corrientes
de f a l l a en mA, en su mayoría, se ubican en la parte del
núcleo del lado de la turbina.
Los separadores desprendidos de los paquetes del laminado,
se los reemplazó con tiras de 8 mm de espesor, de fibra de
vid lio con resina, tipo G10, fijándoles a las 1 aminas con
res i na epóx ica.
Reparación del bobi nado.-
La reparación consistió en el cambio del bastón con falla por
uno de repuesto,
Previo al montaje del nuevo bastón, se reparó la pintura
semiconductora de la sección recta de ranura, usándose la
pintura S003 marca Von Roll Isola.
La unión de los bastones se realizó por medio de un conector
y suelda de estaño. Para el ais 1 amiento se utilizó cinta de
mica con refuerzo de papel aglutinada con resina epóxica Epon
R 815, y cinta de fibra de vidrio de protección mecánica.
Pag. 204
PRUEBAS ELÉCTRICAS DE DIAGNOSTICO DEL GENERADOR
Para evaluar los resultados de las reparaciones real izadas
en el núcleo y en el bobinado, se contrataron los servicios
de LAPEM, Laboratorios de Pruebas y Materiales de la C.F.E -
México, quienes, con el personal de planta de la central y
sus equipos especiales, realizaron las siguientes pruebas de
diagnóstico del generador:
ESTATOR.-
Resistencia de aislamiento
% Factor de potencia a 0.2 Vr tí ~ i
Variación del factor de potencia (Tip up) y
Capacitancia (2,4,6,8 Kv)
Descargas parciales
Descargas a la ranura
Detección de imperfecciones electromagnéticas del núcleo
Prueba del Toroide o Loop Test.
ROTOR
Resistencia de aislamiento
Medición de la impedancia a 60 Hz
Balance de voltaje.
Vo Itaje aplicado 60 Hz
Pag. 205
PRUEBAS DEL AISLAMIENTO DEL ESTATOR
i.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
La resistencia de aislamiento se mide aplieando un voltaje
de prueba de 1000 Vele al conductor de cobre de la fase, por
un tiempo de hasta 10 minutos. El objetivo de esta prueba es
determinar el grado de humedad o suciedad que presenta el
ais1 amiento.
L¿i resistencia de aislamiento se considera igual al valor en
MQ medido luego de 1 minuto de aplicar el voltaje de prueba,
t i empo en el cual las corrientes de absorción y polarización
no in c i d e n significativamente en la medición.
El valor mínií.'io de resistencia de aislamiento recomendado.
se determina por la siguiente expresión:^
R;]] = Kv + 1 en MQ
R_ = Resistencia mínima de aislamiento recomendada paraIS L
ei bobinado completo en Megaohmios, a 40°C
Kv = Voltaje nominal entre fases en Kv.
La Resistencia de aisl amiento de una fase de un bobinado
trifásico, con las otras dos fases puestas a tierra, es
aprox imadamente el doble que la del bob inado completo. Por
ANSÍ/IEEE STD 43/91
Pag. 206
lo tanto, cuando se prueban todas las fases por separado, la
resistencia medida en cada fase se debe d i v i d i r entre dos
para poder comparar, luego de la corrección por temperatura,
con el valor de ía resistencia mínima recomendada.
En las mediciones por separado, si las fases que no se
prueban se conecten al terminal de guarda del equipo, la
resistencia de aislamiento debe dividirse entre tres para
comparar con el valor de la resistencia mínima/
FASES A
J J \J L
4690
¡000
10000 5300
LECT : LectK : Fact
ura del instrumentoor de multiplicación
Cuadro N° 6.3.2 Resistencia de Aislamientodel generador - Central Esmera Idas
Pag. 207
Para aislamientos en buenas condiciones, es común encontrar
lecturas de resistencia de ai s1 amiento de 10 a 100 veces o
más el valor mí n imo recomendado.
PASE
/i
B
C
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO tfQ
5.509
3.500
4.200
ÍNDICE DE POLARIZACIÓN
3. SO
2. 80
3.0
Cuadro N° 6.3.3 Resistencia de Aislamientoe índice de Polarización - Esmeraldas
El índice de polarización, es decir la relación entre los
valores de r e s i s t e n c i a de a i s 1 amiento rned idos a los 10 y 1
minuto, representa una buena indicación del grado de
contaminación del bobinado con la humedad. La norma
ANSi/IEEE STB 43-1991, establece los siguientes va lores para
el índice de polarización:
COSDICION DEL B O B I N A D ON o r m a lí i ü f f i t d ü
Í N D I C E DE P O L A R I Z A C I Ó N> 2
< 1
Los resultados de la resistencia de aislamiento y del índice
de polarización indican que el bobinado del generador no se
encuentra con tami nado con humedad.
2.- FACTOR DE POTENCIA TIP-UP Y CAPACITANCIA
El Factor de potencia es un parámetro indicativo de las
pérdidas dieléctricas que produce un sistema de aislamiento
Pag, 208
cuando se lo somete a esfuerzos de alto voltaje. Se
encuentra relacionado con el grado de homogeneidad del
ais 1 amiento, y dependiendo del proceso natural de su
envejecimiento, puede incrementarse en mayor o menor grado.
Con la elevación del voltaje de prueba, el valor del factor
de potencia también aumenta.
CORRIENTE CAP
LEO ffiA nF
5.3
4.!
32
Jfa
45.5
Í.5
LECT : Lectura del instrumentoK : Factor de multiplicación
Cuadro N" 6.3 Factor de Potenciadel Aislamiento - Esmeraldas
Pag. 209
Con el voltaje de generación fase-fase de 13.8 Kv del
generador de esta Central, el factor de potencia del
aislamiento se obtuvo a un voltaje de prueba de 2 Kv, que
corresponde al 25% del Voltaje nominal fase-tierra.
Para la determinación del tip-up, se tomaron valores
adicionales en intervalos de 0.25Vr_. hasta el voltaje nominal
de 8 Kv.
CENTRAL TÉRMICA ESMERALDASVARIACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
u 1.05Í5 , it ¡ i"
Q n Q -J-/v ' i
O f\ r- i
O i
0.76 8 10 1 1.5KILOVOLTOS
FASE: A -*- FASÍ s -*- FASE c
Fig K°6.3.1 Variación del Factor de Potencia delAislamiento - Esmeraldas
Pás. 210
FASE
A
ec
W.P . a 2 Kt
0 . 7 0
0 . 7 3
0 . 7 3
Tip-Up (Wf-2 l f )
O . Í 2
o . n0 , 1 3
Cuadro N° 6.3.4 % FP, Tip-Up delAislamiento - Esmeraldas
Un aislamiento a base de mica y resina epóxica en buenas
condiciones de operación, de acuerdo al criterio de
evaluación del "Japan EIRE Council , debe tener un Tip-Up
menor o igual al 2%.
iLa Doble Engineering Company señala0 que es común encontrar
va lores de factor de potencia inferiores al 1% para un
voltaje de prueba de 1 25% de 1 Vj , e indica que e 1 Tip-Up
máx imo permisible es 1%.
El valor más elevado de factor de potencia encontrado fue de
0.7S% en la fase B, y un tip-up máximo de 0.13% en las fases
B y C, valores inferiores a los máximos recomendados. Los
resultados de esta prueba indican que el aislamiento se
encuentra en buenas condiciones.
Para esta prueba se utilizó el equipo de factor de potencia
M2H y el resonador inductivo tipo C, de la marca Doble.
i* Shuichi Akí , ' An Insulation Deterioration Diagnostic
Method for Generator Windings", Japan IERE Council. pág 5,February 1991.
i"' R. J. McGrat h and F. J . Gryszk iewi cz , "Power Factors and
Radio-Influence Voltages for Generator-Stator Insulation", DobleEngineering Company, pág. 9-1.2, 1990.
Pág. 211
3.- DESCARGAS PARCIALES
Son aquellas descargas que cor toe ircuitan en forma parcial
un ai s1 amiento, debido a la presencia de cavidades en su
interior.
Cuando la diferencia de potencial en los extremos de la
cavidad supera la rigidez dieléctrica del materia 1 que
contiene la misma, se produce una descarga entre esos puntos,
presentándose pulsos de voltaje en los extre mos del
a i s1 amiento.
FASE A FASE BQÍPc Kv Kv Q£pC)
-Ju
1A O C ^ pJ J ~ 3 u I;
FRECUENCIA 0.4? KHz 155
KHz
SENSIBILIDAD 90 pC
Cuadro N°6.3.5 Descargas Parciales en elAislamiento - Esmeraldas
Pag. 212
La prueba se realizó siguiendo el procedimiento descrito en
la norma IEC 270, aplicando el voltaje de prueba a través de
un capacitor de acoplamiento de InF.
Luego de la calibración del equipo inyectando un pulso de
1000 pC, se fue incrementando el voltaje hasta la aparición
de las primeras descargas, con el objeto de registrar el
valor de vo1ta je de inicio de las mismas. Posteriormente se
energizó el bobinado por un tiempo aproximado de 25 minutos
para permi t i r la e s t a b i l i z a c i ó n de las descargas, 1uego se
procedi 6 a t omar los datos de la carga aparente en pC, en
pasos de 0,5 Kv, partiendo del valor de inicio de descargas,
lias t a 10 Kv .
De acuerdo ai c r i t e r i o propuesto por la JAPAN EI RE CQUNCIL,
ios a i s l a m i e n t o s a base de mica y resina epóxica, se
consideran en buen estado de operación si sus valores máximos
de descargas parciales no exceden los 10.000 pC, al realizar
la prueba con el vo 1 taj e nominal fase neut ro (8 KV).
Los v a l o r e s de descargas parciales para este generador son
inferiorus a ios 10.000 pC especificados, esto es:
FASE
A
B
0
DESCARGAS PARCIALES (pC)
6,500 - 1000
5.00G - 5.500
é.OOO - 6. 500
Cuadro N° 6.3.6 Valores máximos de descargas parcialesa 8 Kv - Generador de la Central Esmeraldas
Pag. 213
4.- DESCARGAS A LA RANURA
Esta prueba permi te evaluar la act ividad de descargas a la
ranura, debido a imperfecciones de la pintura semiconductora
de la superficie del aislamiento de las bobinas, ó un pobre
contacto eléctrico entre esta pintura y el laminado.
Las descargas a la ranura dañan por erosión el aislamiento
p r i n c i p a l , desde l a s u p e r f i c i e d e l aislamiento haciaadentro.
La prueba se realiza energizando cada fase con el voltaje
nominal fase-tierra. El indicador analógico del equipo de
medición muestra en mA, las descargas a la ranura que se
producen.
Para esta prueba, la DOBLE ENGÍNEERING recomienda los
fsiguientes valores
1 Unidad
mANorma 1
5 - 1 5
Cues t ionabl e
40 - 60Reemplazar bobina |
> 100 1
Luego de la reparación de la pintura semi conductora con la
pintura marca VON ROL tSOLA N'S003, y de final izar los
trabajos de reacuñado de todo el estator, se obtuvieron 1 os
siguientes valores de descargas a la ranura:
Ver GENRAL REFERENCE BOOK GBRR-291, págs. 9.2-3.
Pag. 214
R A S U R AK 1
1•)-ij
4
5
6-i/
8
9
10
J 1
1213
14
D E S C A R G A S MIA
L . E .
1 . 4
0 . 6
1 . 2
1 . i
1 .0
1 .4
1.8
1 .0
1.0
0 . 8
1 .4
O . S
0 .8
0 .8
L . L .
1 .0
O . S
1 . 2
i .2
1 .4
1 .8
1 . 7
1.8
1 .4
1 .5
1.8
1.8
1 .2
0 . 8
R A N ü f ' . AN 1
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
262?
28
D E S : A R G A S IBAL . E ,
1 . 2
0 . 6
0 . 8
1 .2
0 . 8
1 .0
0 .8
O . S
O . S
0 . 8
0 .8
0. 7
1 .2
1 .0
L . T .
1 .0
1 .2
1.0
1.01 .4
1 . 2
1 .2
0 .8
1.0
0 .8
0 .8
1 .0
O . S
0, 9
R A N U R AN '
29
3031
32
33
34
35
36
3?
38
39
4041
42
D E S C A R G A S jsA
L . E ,
0 . 8
1 .0
1 .8
i .2
1 .0
1 .0O . S
1.0
0 . 8
0 , 6
0 . 6
1 .0
1 .0
1 .2
L . T ,
0 . 7
O . S
1.0
0 . 8
1 .2
1. 1
1.0
1 .0
0.8
0 .8
0 . 6
1.0
1 .0
0 .8
R A K ' J RA N '
43
44
45
46
417
48
49
50
5152
53
54
D E S C A R G A S T O A
L . E ,
0 . 6
0 . 7
0 . 8
0 , 6
0 . 6
0 . 9
0 . 7
0 . 6
1.0
0 . 9
O . S
1 .0
L . T .
1 .4
0 , 81 .0
0 . 6
0 .8
1 .0
1 .0
1 .5
1 .2
1 .2
1 ,0
1 .2
Cuadro N° 6.3.7 Descargas a la Ranura de 1Gene rador - Cen t ra 1 Esmera 1 das
Los resultados obtenidos en las tres fases cumpI en con lo
establecido por la DOBBLE ENGINEERING para aislamientos en
buenas condiciones. El valor máx inio medido fue 1.8 mA.
5.- DETECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE IMPERFECCIONES DEL NÚCLEO
(EL-C1D)
Esta prueba permite detectar los cortocircuitos
ínter laminares existentes en el núcleo por métodos
e i ec t romagné ticos, siendo necesario excitar el mi smo
únicamente con el 4% del flujo magnético nominal.
El manual del fabricante del equipo EL-CID establece un
umbral práctico de 100 mA con el 4% del flujo nominal. Una
Pag. 215
medición superior indicará la existencia de un punto
cal i ente, debido a un cor Loe i r cu i t o i n ter1 amina r , y la
necesidad de una intervención correcti\ inmediata.
bagado en su expc r i cae la el fabricante señala que los 100 mA
pi o-v ocaráii un iüci'cmcnto de t empc i a t u i a de 5 °C en los puntos
Uc í'aiía, cuando oí generador opere con el SO'"* del flujo
norn i na 1 .
Debido ci los ni U 1 t i p I e s <_ o r t o c i r c u i tos o b s e r \ d o s en e l
1 a ni Í (i a u o , e s t a p i u e b n * e U t i 1 i ¿. ó para v e r i f i c a r u 1 estado del
¿i i b i anii en tu , I UL yo de- 1 a L eparac i one s con amo lado r e a 1 i /, adas
í_ ;i 1 L'O pun i u:> Je fa i ] a .
^> pa ¡ ánic t i o> del ge ne r ador son los .s igu i en t e* :
Longiiuü Uui núcleo
,\ d e r ct n u r a s
Voltaje inducido calculado
3 .63 m
54
18.41 Vac
Los valores alcanzados durante la prueba fueron;
Toro i de
Corriente de excitación
Voltaje inducido medido
5 espiras de cable 14 AWG
13 A
18.4 Vac
Una vez excitado el núcleo, con la bobina CHATTOCK se
Pag. 216
monitorea las corrientes de fuga, manteniéndola nive 1ada
sobre los dientes de una ranura, correspondientes a dos
paquetes adyacentes.
Los paquetes de laminado se numeraron del 1 al 72 partiendo
desde el lado de excitación.
La siguiente tabla muestra los máximos valores de corriente
encontrados en forma puntual, antes y después de las
reparaciones;
CORREGIDA
53 y 54
51
25 y 2b 50 a 55
¿8 y ¿i
50 a 60
4D a 60
1, 54
4? y Í5
47, 43, 49, 5 1 , 52, 53
Cuadro N° 6 . 3.S Puntos calientes en el núcleoantes y después de la reparación - Central Esmeral das
Adi ciona Iment e se realizó una prueba de toroide o loop test,
con el flujo magnético nominal, para la inspección de puntos
Pag. 217
calientes, encontrándose algunos puntos con un incremento de
temperatura entre ios 10 y 15 °C. Estos puntos se los reparó
nuevamente obteniéndose un At entre 5 y 10 °C .
PRUEBAS AL ROTOR
1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
Voltaje aplicadj[Vcd)
500
Resistencia Medida (MU)
520
Tiempo de prueba (atinj
í
Terop. Prueba ('Cj
28
La resistencia de aislamiento del bobinado de campo es
superior al valor mínimo recomendado en la norma ANSÍ/IEEE
Std 43/91. Se encuentra sin contaminación con humedad.
2.- PRUEBA DE 1MPEDANCIA
V O L T A J E i V a c )
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
I ÍA|
1 . 4 4
2 , 8 7
4 . 3 0
5 .666 . 9 4
8. 169 . 3 7
10 .4511.501 2 . 5 7
1 W
6 . 9 4
6 . 9 7
6 . 9 7
7 . 0 77 . 23
7 . 5 3
7 . 5 0
7 .66
7.807 . 9 8
La impedancia del bobinado de campo cumple
especificado por el fabricante.
con lo
Pag. 218
3.- BALANCE DE TENSIÓN:
Se energizaron los dos polos con un voltaje de 11.67 Vac,
midiendo el voltaje que absorbe cada polo, posteriormente se
realizó la misma prueba con un voltaje de 100 Vac.
POLOS
1
2
VOLTAJE APLICADO Vac
11.67 (V)
5.835.80
100.3 (V)49.9
49.9
No existe una diferencia apreciable en los voltajes
absorbidos por cada polo, por lo que se considera que no
e x i s t e n cortocircuitos entre espiras.
4.- VOLTAJE APLICADO:
Se api i carón 500 Vac por 1 minuto, sin producirse
alteraciones en el aislamiento.
INSPECCIÓN EX-POST
El 9 de j u l i o de 1996, luego de 7 meses de operación,
cumpliendo con un programa de inspecciones del generador, se
realizaron nuevas pruebas de diagnóstico tanto en el
ais 1 amiento como en el laminado del estator, con la
participación de Laboratorios de Pruebas y Ensayos de Equipos
y Materiales - LAPEM, de México, y de Ansa Ido Energía - ABB
SAE SADELMI, ex Ercole Ma r e l l i , fabricantes del Generador.
Pag. 219
• . - I rispe ce i ón de I ai s 1 a ni i en t o . -
Loü resultados de las pruebas del aislamiento en esta ocasión
son s i m i l a r e s a los obtenidos en el mes de noviembre de 1995,
por lo que se considera se encuentra en buen estado de
operación.
Esta situación corrobora lo observado en la inspección
v i s u a l , en donde el bastón de la ranura N° 3 correspondiente
a la fase B, se encuentra en buen estado, sin señales de
corona t¡n cabezales ni en la ranura, especialmente en los
sectores del laminarlo que sufrieron rotura de parte de los
dientes.
Las reparaciones realizadas en el núcleo se encuentran sin
señales de sobrecalentamiento s u p e r f i c i a l , a nivel de la
p i. n tur a d e p r o t e c c i ó n .
Pag. 220
Prueba de El-CID.-
LOCALIZACIONRANURA N°
7
25
27
30
42
N° PAQUETE
56 y 57
48 y 49
54 y 55
60, 61 y 66
46, 49 y 50
MAGNITUD mA)
90.8
93.3
84.4
96.4 - 1 11
89. 1
Cuadro N° 6.3.9 Resultados prueba del El-CIDCentra1 Esmeraldas - julio/1997
Con la prueba de EL-CID en esta ocasión se encontraron
algunos puntos calientes, con corrientes de falla cercanas
al l í m i t e máximo de 100 mA.
Prueba del Toroide.-
Con la p r u e b a de T o r o i d e o Loop t e s t se d e t e c t a r o n más de 50
p a q u e t e s con una At s u p e r i o r a los 10 * C sobre la t e m p e r a t u r a
p r o m e d i o , ub i cados e n s u t o t a l i d a d e n e l ú l t i m o t e r c i o d e l
1 a m i n a d o , c o r r e s p o n d i e n t e a l l ado de l a t u r b i n a .
Datos del t o r o i d e :
N u m e r e d e e s p i r a s
C o r r i e n t e m e d i c a
T e m p e r a t u r a a m b i e n t e
4 4 0 Vac
706
404 Vac
Pag. 221
Igual que en noviembre/95, estos puntos se repararon con
acción mecan ica de amo 1ado, el i minando el pu1vo me tá1 i eo y
1 as rebabas residuales (aristas af1 I aJas no un i formes) de las
láminas, con un piocedimi ento químico conocido como ETCHING,
el cual consiste en quemar y retirar estos depósitos por
medio Jo la circulación de corriente e l é c t r i c a , desde una
b a t e r í a e x t e r i o r Je i- Vdc, pasando por el punto de falla
hete I a t i c i r a,, por nitd i o de 1 núcleo.
Lo:.-, i 2 v u 1 t i os se ap ' i carón en el punto de falla por med i o
de un electrodo de cobre y un bloque de fieltro de
d i m e n s 1 o n c a J e u u a u a* en la punta de contacto, el cual se
<¿n>_ u e n I r a empapado en una solución de ác ido fosfórico. La
reacción química producida y la circulación de corriente
elim i n a n los depósitos residuales de la falla.
La corriente continua se- controló con un reos L a t o , alcanzando
valore-s enire 2 y 3 Amperios y una densidad entre 1 y 1.5
A/CIIÍ" , cons iderada adecuada para este t ipo de reparaciones.
La solución de ác i do fosfórico se preparó de la s igu i en te
manera:
|
2ü£ e n v o l u m e n20í ¿e v c i t i i i j i í n
¿OS en v o l u a e n
A c i d o f o s f ó r i c oA k o h ü í a s t í l i c o d e s n a t u r a l i 2 a ¿ 3
A g u a d e s t i l a d a
Luego de la remoc ion de los depósitos, se 1imp iaron
detenidamente con agua destilada cada uno de los puntos
reparados.
Pag. 222
Se realizaron algunas pruebas de loop test alternadas con
reparaciones de Etching, hasta conseguir que todos los puntos
de falla tengan un At inferiores a 10°C.
La ABB tiene el siguiente criterio de análisis para esta
prueba:
Investigar
Reparar
Después de finalizar los trabajos, los puntos de falla se
protegieron con un fina capa cíe resina epóxica, y barniz de
terminación, luego del curado de la resina.
Reajuste de 1 núc1eo.-
Para mantener el núcleo con un ajuste adecuado se encuentran
dispuesto 2~ pernos pasantes internos y externos. En esta
inspección, estos pernos se detectaron flojos girando las
tuercas de ajuste con facilidad.
Con la llave de torque apropiada, el fabricante apretó
pr i niero los pernos exteriores y Luego los interiores,
alcanzando un torque fin al de 45 Kg-iru
La resistencia de aislamiento de los pernos de ajuste
interiores se encontró entre los 1000 y 5000 MQ.
Pag. 223
SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS REPARACIONES Y
PRUEBAS DEL GENERADOR
Las pruebas desarrolladas en el aislamiento y en el núcleo
del generador de la Central te riño e lee trica Esmeraldas,
conforman actualmente las técnicas de mayor uso en la
evaluación del estado de un generador.
De los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia de
aislamiento. factor de potencia, descargas parciales,
descargas a la ranura y mague tización del núcleo de este
generador, y en base a valores característicos para
ai s1amientos de la clase "F", se puede concluir que, luego
de las reparaciones efectuadas en el bobinado y en el núcleo,
éste se encuentra en condiciones aceptables de operación, con
las siguientes ob;¿ervaciones ;
1,- La reparación del bobinado se encuentra en perfectas
condiciones pues no presenta ninguna actividad de
descargas a la ranura el bastón que se cambió en la
fase B, ai formación de corona en los cabezales o
abombamiento en los sectores de las uniones.
2 . - El laminado del lado de la turbina, en una profundidad
¿iprox imada de 1.2 me tros, luego de la reparaciones
realizadas con amolado y etching en los puntos de
falla, presenta una Lemperatura mayor al promed io.
Pag. 224
Los daños en el laminado, al ser producidos por la
introducción en el entrehierro de las laminillas
desprendidas, se considera son superficiales, por lo
que el calor generado se evacuará por el sistema de
enfr iamiento de 1 generador.
Si bien es cierto, este calentamiento se encuentra
dentro del rango de temperatura con un At aceptable
(cerca del l í m i t e máximo de 10°C - propuesto por la
ABB) , es criterio del fabricante que estas reparaciones
se las deba considerar como provisionales, para un
corto período de operación, siendo necesario ca mbi a r
este sector del laminado con paquetes nuevos, para que
el generador pueda operar con seguridad.
3.- Por oh iervac iones de t i po constructivo, el fabr i cant e
señala que "úuiuamunte se debe cambiar la parte del
1 ¿un ¡nado que se encuentra afectado por cortocircuitos
magnéticos, y que a su ve?, abarca los paquetes con las
l a m i n i l l a s desprendidas; la parle res tant e se encuentra
en buenas condiciones y no requiere intervención
a 1guna".
4 . -- Para e v i t a r problemas de af 1 o j amiento del núcleo, el
fabricante indica que la aplicación del torque nominal
de SO Kgr-m a los pernos de apriete se debe ejecutar
con el bobinado desmontado, para evitar que los
cabezales absorban par te de este ajuste y se presenten
Pag. 225
daños en el aislamiento.
Al haber operado el generador con el núcleo flojo,
existe la posibilidad de que se hayan producido daños
en el aislamiento interlaminar por vibración, situación
que impide a p l i c a r el torque nominal de diseño de 80
Kgr-m, pues causar í a daños en 1 aminas adyacentes.
Los valores de factor de potencia y del incremento de
este factor (Tip-up) de los bobinados del estator, se
e ncuen t ran den t ro cíe los valores norma les par a este
tipo de aislamiento.
Los resultados de la prueba de- descargas a 1 ¿i ranura se
encuentran dentro de los 1í mi Les recomendados para
aislamientos en buenas condiciones de operación. No se
aprecia a simple vista ninguna actividad de descargas
a la ranura,
El rotor se encuentra eri buenas condiciones de
operación, s i n cortocircuitos entre espiras del
bobinado de campo.
Pag. 226
RECOMENDACIONES
1 . - Las inspecciones del generador se deben ejecutar de
acuerdo al programa establecido, esto es, inspecciones
iniciales cada año para luego ampliar el tiempo entre
las mismas a 4 o 5 años.
2.- Las pruebas de factor de potencia, descargas parciales,
descargas a la ranura, se las debe ejecutar con los
mismos equipos en las inspecciones futuras del
aislamiento, con el objeto de observar la tendencia de
ios valore^ con respecto al tiempo de servicio del
generador, para evitar de esta manera interprelaciones
erróneas de resultados diferentes,
3.- La prueba del toro i de o loop test se la debe ejecutar
con el núcleo eri buenas condiciones de ajuste y luego
de un previo calentamiento a temperaturas entre 40 y
50°C, para e v i t a r la ocurrencia de altas vibraciones
que puedan afectar a la máquina.
4.- Para verificar la ausencia de cortocircuitos en el
laminado, se debe usar el detector de imperfecciones
electromagnéticas EL-CID conjuntamente con la prueba
del toroide o loop test. La segunda prueba, cuantifica
en forma real el incremento de temperatura que puede
alcanzar un posible punto caliente detectado por EL-
CID.
Pag. 227
5.- Para prevenir el deterioro de la pintura semiconductora
de ranura, es necesario realizar los trabajos de
inspección y limpieza utilizando los solventes
apropiados y la metodología indicada en la norma
ANSÍ/IEEE Std 56-1977.
6.- Probar periódicamente la calibración de los
instrumentos de monitoreo de temperatura, tanto del
bob inado como dei núcleo del estator, los re levadores
de protección eléctricos y mecánicos, así como el
correcto funcionamiento del sistema de enfriamiento.
~.- Operar el generador con una presión adecuada de
hidrógeno, para garantizar el enfriamiento de toda la
superficie del núcleo que se encuentra generando calor
adicional,
Pag. 228
B I B L I O G R A F Í A
1.- Dr. Shuichi Akí , "An Insulation DeteriorationDiagnostic Method for Generators Windings", JapanIERE Cüuncil, February, 1991.
2.- Frej Sandstrom, "Refurbishment an Uprating ofH idro Power Generators'' , ABB Generation, 1985.
3 . - "Mantenimiento de Generadores Hidroeléctricos",Comisión Federal de Electricidad, C.F.E.-México.
4.- F. Creek, B. Tech, "Current Practice in the Desingof Turbo-Generators and Excitation equipement",GEC Turbine GeneraLors, 1979.
5 . - "Hydro Generator Insulation Products", GeneratorProducts ínternational, USA 1995.
6.- "Productos Aislantes del Motor Grande", GeneratorProducts International, USA, 1995.
7.- "Conducting Coating Varnish SIB 643", Publicaciónde The Swiss Insulating Works Ltd.
S.- "Epikote 815", Epikote Technical Manual EP 1.1.8,Shell Resins.
9.- "Manual de Mantenimiento del Generador",Mitsubishi Electric Corporat ion.
10.- "Factor de Potencia Versus Factor de Disipación",Doble Engineer ing Company, PFDF-097, 1994.
11.- José López Azamar, "Pruebas de Diagnóstico deAislamientos del Estator y Rotor", LAPEM - C.F.E. .Méxi co *
12.- "Rotating Machinery Insulation - Test Guide:,Doble Engineering Company, 1975.
13.- R.J.McGrath and F.J. Gryszkiewicz, "Power Factorsand Rad io-Influence VoItages for Generator-StatorInsulation", Doble Engineering Company, 1990.
14.- David Train and Lawrence Melia, "Power-FactorMeasuring Techniques on Stator Coils", DobleEngineering Company.
15.- "IEEE Guide for Insulation Maintenance of LargeAlternating-Current Rotating Machinery (10000 KVAand Larger), ANSÍ/IEEE Std-56, 1977.
Pag. 233
16. - "Test of Laminar Insulation in Stator Cores",Appendix Std-56, 197?.
17.- "Assessment of the Condition in Service of High-Volt age Rotating Machine Insulation", AEIEngineering, Publicación 3609-1.
18.- J.S.Simons, "The D i e l e c t r i c Loss Analyser", AEIEngineering, 1966.
19.- J.F. Lyles, "Experience With Partial DischargeAnalyzer Testing as Applied to Hydraulic GeneratorWindings", Ontario Hydro, Doble EngineeringCompany, 1986,
20.- J.C. Bromeley and W.McDermíd, "CEA PartialDischarge Ana 1yzer-Data Acquisition and Analysis".Manitoba íiydrc, Rotating Machiner;.- Suc. 7-201,
21 .-
25.- David N a t t r a s s . "Partial Discharge Measurement andínterpr?i atIon" , í EEE E l e c t r i c a l InsulationMagazine. 19SS.
26.- José A. Gaiaz, "Un aspecto de Mantenimiento PocoDifundido, el Circuito Magnético (Múcleo)",C . F . E . , M é x i c o .
27.- Manual de Operación del "E leetormagnetic Coreímperfection Detector - EL-CID", Adwe1 IndustriesL L d. , Inglaterra.
28.- Manual de Operación del "Peak Pulse Meter - ModelPPM-74" , Electrical Testing Instrument Ltd. ,Canadá.
29.- Reporte de Pruebas de LAPEM de la CentralesPisayambo, Agoyán y Esmeraldas.
Pag. 234
A N E X O A
CURVAS DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN EL ESPECTRO DEFRECUENCIAS - PRUEBA DE TOROIDE CENTRAL AGOYAN
T-V
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Fig. N ° A-3 Vibraciones en el generador N ° 2con un toroide de S espiras
Pag, A-3
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RESULTADOS DE LA PRUEBA DE DETECCIÓN DE IMPERFECCIONESELECTROMAGNÉTICAS EN EL NÚCLEO - CENTRAL ESMERALDAS
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NOTA: EL ARCHIVO DE REGISTRO ORIGINAL SE DAÑO, Imán - 198 mA
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RANURA 30. LADO TURBINA
NOTA: EL ARCHIVO ORIGINAL DE REGISTRO SE DAÑO, Imán - 1 7O mA
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RANURA 43. LADO TURBINA
NOTA: EL ARCHIVO ORIGINAL DE REGISTRO SE DAÑO, Imax - 86 mA
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RANURA 54, LADO TURBINA
NOTA: EL ARCHIVO ORIGINAL DE REGISTRO SE DAÑO. Ima». - 473 mA
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