frigerados por aire son ms cortos y por

tanto aumenta la disponibilidad, especial-

mente porque dejan de ser necesarias las

complejas operaciones de limpieza con

dixido de carbono antes de abrir la m-

quina y las operaciones de llenado con hi-

drgeno antes de volver a poner al mqui-

na en servicio. Todas estas razones se tra-

ducen en el hecho de que la utilizacin de

alternadores refrigerados por aire, consi-

derada a lo largo de toda su vida til, tiene

ventajas econmicas en la mayora de los

casos, a pesar de que el rendimiento es

un poco ms bajo que el de la refrigera-

cin por hidrgeno.

La figura muestra el incremento de

potencia de los turboalternadores de ABB

refrigerados por aire durante los cuatro l-

timos decenios. Los turboalternadores re-

frigerados por aire, con potencia unitaria

de 90 MVA, estaban ya en servicio a prin-

cipios de los aos setenta. En 1984 se

puso en servicio una mquina de 188 MVA

[1, 2] y en 1993 se conect a la red el pri-

mer alternador de 225 MVA.

La evolucin, sin embargo, no se ha

detenido, porque ABB Kraftwerke AG ha

conseguido alcanzar e incluso superar el

umbral de los 300 MVA con un nuevo tipo

de alternador. Este objetivo fue alcanzado

dentro del proyecto de desarrollo TOPAIR,

recientemente terminado.

Para aumentar la potencia mxima con

refrigeracin por aire hasta ms de 300

MVA, no ha bastado simplemente con au-

mentar las principales dimensiones del al-

ternador, sino que ha sido necesario per-

feccionar distintos componentes cons-

tructivos y ampliar el acreditado sistema

de refrigeracin de ABB. Adems hubo

que realizar numerosos ensayos y comple-

jos clculos para optimizar el circuito de

refrigeracin. Esto ha permitido seguir

aplicando la acreditada refrigeracin axial

del rotor y la robusta refrigeracin estatri-

ca indirecta. Los ensayos de la mquina

prototipo de 300 MVA han terminado ya

con xito.

Vas para aumentar la

potencia de los alternadores

refrigerados por aire

La potencia S de una mquina elctrica

puede expresarse por la funcin si-

guiente:

1

20 R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6

urante la historia ya casi centenaria

del turboalternador, la potencia unitaria ha

ido siempre aumentando. A mediados de

siglo se pas de emplear aire a utilizar flui-

dos de refrigeracin ms eficaces, como el

hidrgeno e incluso el agua, para la refri-

geracin directa de los devanados. Sin

embargo, han continuado producindose

avances en los alternadores refrigerados

por aire, debidos en buena parte a los pro-

gresos conseguidos en las turbinas de gas

que sirven fundamentalmente para el ac-

cionamiento de estos alternadores.

El aire es el medio de refrigeracin ms

fcil de manejar, pero su capacidad de re-

frigeracin es ms bien baja. El hidrgeno,

por ejemplo, tiene una conductibilidad tr-

mica siete veces ms alta y su densidad

es diez veces menor que la del aire a la

misma presin absoluta, y esto con idnti-

ca capacidad trmica especfica por uni-

dad de volumen. En contrapartida, la

construccin de alternadores refrigerados

por hidrgeno es ms compleja que en el

caso de refrigeracin por aire, ya que

exige una envoltura resistente a la presin,

sistemas especiales de estanqueidad e

instalaciones suplementarias para la pre-

paracin del gas refrigerante. La refrigera-

cin por aire tiene ventajas en cuanto a

costes de inversin, a pesar de que para

la misma potencia se precisa mayor volu-

men de construccin. Adems, el mante-

nimiento de estas mquinas es ms senci-

llo y ms barato. Las operaciones con el

hidrgeno requieren de un personal forma-

do especialmente para ello; adems, los

tiempos de revisin de los alternadores re-

Nuevo turboalter-nador refrigeradopor aire de laclase 300 MVAEl desarrollo profundizado de construcciones y principios de refrigeracin

ya acreditados ha permitido conseguir turboalternadores refrigerados por

aire de una clase de potencia que hasta hace algunos aos estaba reserva-

da exclusivamente a la refrigeracin por nitrgeno. De todas maneras se ha

conservado la eficaz ventilacin axial del rotor y la robusta refrigeracin in-

directa de los devanados estatricos. Hay que mencionar especialmente el

excelente rendimiento conseguido. El turboalternador de 300 MVA, en su

versin de 50 Hz, tiene un rendimiento slo 0,1 a 0,2% menor que un al-

ternador refrigerado por hidrgeno. A 60 Hz la reduccin es de 0,2 a 0,4%,

debido a las mayores prdidas de ventilacin. Generalmente, estas prdi-

das ligeramente superiores, que se deben a la refrigeracin por aire, se

compensan con los menores costes de inversin y mantenimiento, de modo

que el uso de alternadores refrigerados por aire normalmente trae consigo

ventajas econmicas.

D

Dr. Carl-Ernst Stephan

Jrgen Baer

Hans Zimmermann

Prof. Dr. Gerhard Neidhfer

Dr. Roland Egli

ABB Kraftwerke AG

T U R B O A L T E R N A D O R E S

R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6 21

S = k D2 L B A n

donde:

k constante

D dimetro del rotor

L longitud activa

B induccin en el entrehierro

A densidad especfica de corriente

n velocidad de rotacin

Desde el punto de vista del aprovecha-

miento magntico ya no es posible au-

mentar la induccin en el entrehierro. Tam-

bin puede excluirse un aumento sensible

de la densidad especfica de corriente, de-

bido a las limitaciones de la refrigeracin

por aire. Por el contrario, las dimensiones

permiten conseguir un notable aumento

de la potencia. Si, por ejemplo, se aumen-

tan un 10% el dimetro del rotor y la longi-

tud activa, conservando el grado de esbel-

tez, la funcin vista ms arriba da como

resultado una potencia 33% mayor, su-

puesta una potencia constante por unidad

de volumen. Partiendo de la potencia

mxima posible hasta ahora, de 225 MVA,

slo con este mtodo se pueden conse-

guir cerca de 300 MVA.

Al mismo tiempo que las dimensiones

principales aumentan linealmente, tambin

crece el espacio de ranuras, donde puede

colocarse ms cobre de devanado. El au-

mento de densidad de corriente, sin em-

bargo, est limitado por el calentamiento.

Aumentar las dimensiones de las mqui-

nas de mayor potencia disponibles actual-

mente tiene como consecuencia una

mayor tensin nominal y, por tanto, un ais-

lamiento estatrico de mayor espesor, lo

que hace mucho ms difcil la refrigeracin

indirecta de las barras de devanados.

El mayor dimetro del rotor aumenta

notablemente las prdidas por ventilacin.

De este modo, las prdidas por rozamien-

to superficial, que constituyen una parte

considerable de las prdidas por ventila-

cin y tambin de las prdidas globales,

aumentan segn la cuarta potencia del

dimetro del rotor y la primera potencia de

la longitud activa. Para conseguir una po-

tencia unitaria lo ms alta posible era por

tanto necesario aplicar medidas suple-

mentarias para reducir las prdidas y me-

jorar la refrigeracin.

Por otra parte, al aumentar el dimetro

del rotor crecen mucho las solicitaciones

mecnicas. Las fuerzas centrfugas en el

rotor provocan la aparicin de mayores so-

licitaciones mecnicas en los dientes y en

los devanados y abrazaderas. En el estator

tambin aumentan las fuerzas magnticas

ejercidas sobre el paquete de chapas y

sobre las cabezas de bobinas. Estas con-

secuencias obligan a aplicar un conjunto

de medidas con objeto de conseguir, en la

medida mencionada, un salto de potencia

de los alternadores refrigerados por aire.

Seleccin de problemas concretos

y soluciones constructivas

El aumento de potencia unitaria y su mejor

utilizacin traen consigo algunos proble-

mas especiales, principalmente en cuanto

a las prdidas elctricas suplementarias, a

las fuerzas mecnicas, a la eficacia trmi-

ca de la ventilacin de la mquina y a las

prdidas por ventilacin.

Prdidas elctricas

suplementarias

Placas de sujecin del estator

La intensa utilizacin elctrica provoca

prdidas suplementarias, parcialmente en

la parte frontal del estator. En los turboal-

ternadores ABB de la gama inferior de po-

tencia se utilizan desde hace mucho tiem-

po placas de sujecin de aluminio macizo

en los tipos de mquinas refrigerados por

aire e indirectamente por hidrgeno. Para

las potencias ms altas se utilizan placas

de sujecin en lminas. La figura mues-

tra el campo magntico en la parte frontal

de un alternador equipado con una placa

de sujecin de aluminio. Se puede recono-

cer claramente el efecto de pantalla del

material, buen conductor, que mantiene

bajas las prdidas en la placa de sujecin.

Los detallados clculos realizados han de-

mostrado que esta solucin es tambin

ptima para una mquina refrigerada por

aire de la potencia mencionada. El calen-

tamiento medido en la placa de sujecin

durante los ensayos, respecto del aire re-

frigerante circulante, fue menor que 30 K

2

Aumento de la potencia unitaria de los turboalternadoresABB refrigerados por aire

S Potenciaa Ao de entrada en servicio

1

300

200

100

0

a

MVA

1960 1970 1980 1990 2000

S

T U R B O A L T E R N A D O R E S

22 R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6

con corriente de cortocircuito permanente,

segn la clase de aislamiento F (que co-

rresponde a una potencia nominal de 340

MVA); esto permite esperar que en explo-

tacin a plena carga tambin habr un pe-

queo calentamiento de este orden de di-

mensin. El calentamiento de la placa de

sujecin no supone en modo alguno un l-

mite prctico para la explotacin del alter-

nador en subexcitacin.

Dedos de sujecin

y zona final del paquete de

chapas estatricas

No es posible apantallar el campo magn-

tico en los dedos de sujecin de los dien-

tes estatricos del mismo modo que en la

placa de sujecin . Por esta razn se

utiliza un material no ferromagntico, que

adems tiene una elevada resistencia

elctrica especfica; se trata del acero ino-

xidable 18/8. Con l se reducen al mnimo

las prdidas locales, y con ella el calenta-

miento. En los ensayos de marcha se

2

midi un calentamiento de menos de 25 K

en los dedos de sujecin, con corriente de

cortocircuito trifsica permanente segn la

clase de aislamiento F.

Se han estudiado con especial detalle

las zonas finales del paquete de chapas,

para determinar la graduacin ptima y la

posible necesidad de ranurar los dientes.

En la zona terminal de los dientes, la com-

ponente axial del campo magntico puede

provocar importantes prdidas por co-

rrientes de Foucault. Un detallado clculo

de estos campos ha permitido determinar

la longitud a partir de la cual los dientes

debern ser ranurados para mantener el

calentamiento local en un bajo nivel.

Devanado estatrico

El devanado esttorico se ha ejecutado

como devanado de barras Roebel en dos

capas. En caso de refrigeracin indirecta

las barras deben ser relativamente altas.

Para optimizar el dimensionado de la altu-

ra de las barras y el nmero de hilos ha

sido necesario realizar detallados estudios

sobre la posible necesidad de una trans-

posicin especial. Se estudiaron los distin-

tos tipos de transposicin buscando una

solucin econmica para las prdidas y

para los costes de fabricacin [3].

Efectos mecnicos y ruido

Cabeza de bobina estatrica

Para la misma concepcin constructiva de

la cabeza de bobina, el aumento del di-

metro reduce las frecuencias propias de

las vibraciones en cuatro nudos, las cuales

pueden aproximarse a la frecuencia doble

de la corriente estatrica que provoca las

vibraciones en cuestin. Adems, las fuer-

zas electrodinmicas aumentan notable-

mente durante las perturbaciones, por

ejemplo en caso de cortocircuito de cho-

que. Por eso fue necesario un soporte de

cabeza de bobina estatrica ms rgido.

La figura muestra la construccin ya re-

alizada, que permite adems un reajuste

posterior. Esta solucin ha demostrado su

eficacia desde hace ya tiempo en grandes

turboalternadores con devanado estatri-

co refrigerado por agua. Entre los angula-

res de soporte dispuestos perimetralmen-

te y las barras se encuentran los elemen-

tos para el posterior ajuste, constituidos

por conos dobles. Los angulares de so-

porte, por su parte, estn fijados por dos

anillos exteriores. Para ajustar la cabeza

de bobina se aprieta sta contra un anillo

interior, quedando as fijada. Finalmente se

introducen distanciadores entre las barras

del devanado. Una serie de paquetes de

resortes, montados entre el paquete de

chapa y el conjunto de cabezas de bobi-

na, impiden que stas se desplacen late-

ralmente.

Es fundamental encontrar un compro-

miso entre las necesidades de la fijacin

mecnica y la refrigeracin. Unos anillos

de soporte demasiado grandes impediran

la circulacin de aire de refrigeracin en la

cabeza de la bobina; por el contrario, un

anillo de soporte demasiado pequeo no

cumplira su funcin.

Para construir la cabeza del devanado

se precisaron complejos clculos para de-

terminar las solicitaciones mecnicas que

se producen en caso de perturbaciones.

Adems, era necesario predecir con la

3

Campo magntico en el espacio frontal del estator. Se reconoce claramenteel efecto de pantalla del material, buen conductor, de las placas de sujecin.

2

T U R B O A L T E R N A D O R E S

R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6 23

mayor precisin posible la frecuencia pro-

pia de las vibraciones en cuatro nudos de

la cabeza de bobina. La figura muestra

a ttulo de ejemplo la forma propia calcula-

da. Los resultados permitieron proceder al

dimensionamiento de detalle.

Para determinar las frecuencias y las

formas propias se aplic el anlisis modal

experimental. Al acelerar y frenar el alter-

nador en el banco de ensayos se determi-

n la posicin de la resonancia o la corres-

pondiente frecuencia propia, siempre en

cortocircuito permanente y en estado ex-

citado de marcha en vaco. Tal como se

esperaba, las frecuencias propias estaban

lo suficientemente alejadas del valor doble

de la frecuencia nominal de la corriente. El

examen final del alternador, una vez termi-

nados los ensayos de cortocircuitos de

choque, no pudo descubrir dao alguno

en el conjunto de la cabeza de devanado o

en los otros componentes solicitados me-

cnicamente.

Suspensin del paquete

de chapas estatrico

El mayor dimetro de la culata del paquete

de chapas reduce la frecuencia propia de

la vibracin de cuatro nudos, incluso en

caso de aumento lineal de su altura. Las

vibraciones del paquete de chapas, refor-

zadas, produciran una mayor emisin de

ruidos de estructura slida a travs de la

envoltura del estator.

Con una construccin de soporte espe-

cialmente elstica se puede separar el pa-

quete de chapas y la envoltura. La figura

muestra la solucin aplicada en este

tipo de alternador. Los anillos, dispuestos

alrededor del paquete de chapas y solda-

dos con l, disponen de placas de fijacin

a ambos lados que actan como resortes

de hojas. Una vez bajado el cuerpo de

chapa hasta la parte inferior de la envoltu-

ra, se fijan los resortes de hojas sobre ste

por medio de piezas tubulares cortas, sol-

5

4

1

2

3

Soporte de la cabeza de bobina,que permite el reajustedel conjunto.

1 Anillos de soporte exteriores2 Dispositivo de reajuste3 Anillo de soporte interior

3

Forma propia calculada de la vibracin de cuatro nudos de la cabezade bobina estatrica

4

T U R B O A L T E R N A D O R E S

24 R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6

dndose sucesivamente los extremos de

los tubos. Estos trabajos de soldadura

tambin pueden realizarse desde el exte-

rior, lo que reduce el riesgo de suciedad

durante el montaje. Aunque est constitui-

da por dos partes, la envoltura tiene una

gran rigidez.

Reduccin de ruido

La suspensin elstica del paquete de

chapas produce una notable reduccin de

los ruidos de estructura slida. De hecho,

la reduccin a la mitad de la amplitud de

las vibraciones atena el ruido en 6 dB.

La mayor parte del ruido de la mquina

es ruido areo [4], producido fundamental-

mente por los ventiladores y por el rotor

autoventilado. Debido al incremento de los

dimetros, los ruidos aerodimmicos del

nuevo tipo de alternador seran muy fuertes

si no se tomaran las medidas oportunas.

Por eso se han dispuesto amortiguadores

acsticos especiales en las zonas finales

de la envoltura, que absorben los sonidos

areos y reducen la propagacin hacia el

exterior. Las pequeas aberturas y los in-

tersticios que permiten el paso sin dificulta-

des del ruido al exterior tendran un efecto

especialmente desfavorable, por eso se ha

tenido gran cuidado en hacer la envoltura

lo ms estanca posible al sonido.

Los ensayos de marcha del prototipo

han demostrado la eficacia de estas medi-

2

1

3

2

1

Conduccin del airede refrigeracin en el alternadorde nuevo desarrollo

1 Cmaras en el estator2 Ranuras de base del rotor3 Refrigerador

flechas azules Aire froflechas rojas Aire caliente

Suspensin elstica del paquetede chapas en la envoltura.Los anillos (1), colocados alrededordel paquete de chapas y soldadoscon ste, disponen a ambos ladosde una placa de fijacin (2)que acta como resortes de hojas.

6

5

T U R B O A L T E R N A D O R E S

R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6 25

das. A la velocidad y a la tensin nomina-

les, el nivel acstico medido segn DIN

45635 alcanz 94 dB (A), casi idntico al

medido durante la marcha puramente me-

cnica. Este resultado prueba claramente

que las vibraciones del paquete de chapas

tienen lugar en su mayor parte sin afectar

a la envoltura.

Ventilacin y refrigeracin

El nuevo tipo de alternador se basa funda-

mentalmente en algunos progresos del

probado sistema de refrigeracin y en la

correspondiente optimizacin del sistema.

Fue necesario hacer detalladas investiga-

ciones, tanto tericas como experimenta-

les en el laboratorio de flujo. Las noveda-

des son de un lado la reduccin de prdi-

das de ventilacin [5] y del otro la ventajosa

configuracin del circuito de refrigeracin y

la ventilacin mejorada de los componen-

tes del alternador con prdidas. En la figu-

ra puede verse el esquema de refrigera-

cin con la circulacin de aire elegida.

Sistema de refrigeracin

y calentamientos

En el rotor, los conductores del devanado

de excitacin han sido ejecutados como

perfiles huecos refrigerados axialmente. Al

abandonar los ventiladores, el aire pasa

por debajo de ambas abrazaderas del

rotor. Una parte del aire de refrigeracin

penetra por ambos lados en la zona de

cabezas de bobinas, atraviesa los conduc-

tores huecos y abandona el rotor por la ra-

nura situada en la base. Al contrario de lo

usual en los turboalternadores de ABB re-

frigerados por aire, la refrigeracin por aire

en la parte activa tiene lugar en dos sec-

ciones por cada mitad de la mquina, en

lugar de en una sola seccin. Una parte

del aire refrigerante penetra por debajo de

la abrazadera directamente hasta los con-

ductores de ranuras y abandona el rotor

despus de un determinado recorrido. La

segunda seccin est alimentada por aire

fro que entra por una ranura situada de-

bajo del devanado y sale por el centro de

la mquina. Las relaciones entre distancias

se han seleccionado para conseguir una

distribucin lo ms homognea posible de

la temperatura en el devanado. Este con-

cepto se utiliza ya con xito en los turboal-

6

ternadores refrigerados por hidrgeno de

la gama superior de potencias.

En el estator, el paquete de chapas

est subdividido en varios paquetes para

la ventilacin y la refrigeracin; entre ellos

se forman con distanciadores numerosas

ranuras de refrigeracin. El aire circula ra-

dialmente por las ranuras, agrupadas en

cmaras, alternativamente de fuera a den-

tro y de dentro a fuera. El sistema de refri-

geracin ha sido optimizado respecto de

las mquinas anteriores, ms cortas, al

habrsele aadido varias cmaras. Gra-

cias a esta medida y a la distribucin del

escape de aire del rotor se obtiene una

distribucin muy homognea de la tempe-

ratura en el devanado estatrico y en el

paquete de chapas . Las temperaturas7

medidas durante los ensayos de marcha

han confirmado la correccin de los valo-

res previamente calculados.

Estudios especiales de fluidos

En los turboalternadores refrigerados por

aire, las prdidas de ventilacin representan

una parte importante de las prdidas tota-

les. Por tanto, se hubieron de aplicar las

medidas adecuadas al alternador de alta

potencia ya descrito para reducir el caudal

de aire refrigerante hasta el mnimo necesa-

rio y para concentrar en lo posible las prdi-

das de carga sobre las secciones a refrige-

rar. La cuidadosa concepcin aerodinmica

de la circulacin del aire ha permitido reducir

an ms las prdidas por ventilacin.

100

50

150

C

T

Temperatura de clculo en el estator

azul Aire froverde Aire fro en el entrehierrorojo Devanado estatrico

7

T U R B O A L T E R N A D O R E S

26 R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6

Cada vez con ms frecuencia se renen

los circuitos de refrigeracin de las mqui-

nas elctricas en redes de flujo. Basndo-

se en los repartos de flujo de refrigeracin

calculados de este modo se puede deter-

minar la temperatura previsible de los

componentes sujetos a prdidas. Los re-

sultados de los clculos, sin embargo,

slo son precisos si se conocen los par-

metros del modelo de clculo. En un siste-

ma de ventilacin con varias cmaras es-

tatricas y varias zonas de salida del rotor,

el entrehierro de la mquina es una zona

difcil de controlar tericamente, desde el

punto de vista del movimiento de fluidos,

puesto que en este sistema los nmeros

de Mach pueden llegar a 0,7. Con el fin

de conseguir unas bases de clculo ms

precisas se ha construido un modelo de

rotor-estator para realizar estudios ex-

perimentales en el laboratorio de mecni-

ca de fluidos. El modelo ha sido construi-

do conservando la analoga de Reynolds y

de Mach en el entrehierro, pero con un

radio de curvatura diferente. El rotor tiene

un dimetro de 400 mm y gira a una velo-

cidad de hasta 10 500 min-1.

La configuracin del modelo ha permiti-

do ajustar todos los casos de corriente

que se presentan en el entrehierro. Permi-

te, por ejemplo, modelizar la salida del aire

refrigerante de la cabeza de bobina del

rotor, as como la salida del aire en la parte

activa. Durante los ensayos efectuados en

el modelo se determinaron experimental-

mente los flujos parciales de las distintas

circulaciones. La medicin de las prdidas

de carga permiti construir funciones de

coeficientes de resistencia destinadas a si-

mular la red de corriente de aire.

8

1

STGT

a

32

1

ST

b

2

Variantes de disposicionesdel alternador

GT Turbina a gasST Turbina a vapor

1 Salida de bornes2 Anillo colector3 Acoplamiento para el accionamiento

a ambos lados en caso de explotacin combinada (opcional)

9

Modelo de rotor/estator para ensayos de corriente 8

T U R B O A L T E R N A D O R E S

R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6 27

Otras particularidades

constructivas

En el proyecto de desarrollo se han intro-

ducido otras soluciones constructivas es-

peciales, en parte especficas de este tipo

de alternadores y en parte con valor ms

general. Al contrario de lo usual en tipos

constructivos anteriores con refrigeracin

de aire, los conductores de excitacin del

rotor han sido fabricados como perfiles

huecos dobles para responder a las eleva-

das fuerzas centrfugas, una tcnica ya

puesta a prueba en grandes rotores refri-

gerados por hidrgeno. El segundo ejem-

plo es el nuevo acuado de las ranuras del

estator: los acuados dobles de forma es-

pecial garantizan una precompresin pre-

cisa sobre el relleno de ranuras; adems

son reajustables y admiten intervalos me-

nores entre revisiones y mayores intervalos

entre reajustes.

La nueva serie

de mquinas

La serie de turboaltenadores de nuevo de-

sarrollo WX/WY23 (Tabla 1) con refrigera-

cin por aire cubre la gama superior de

potencias, de 200 a 350 MVA, completan-

do as la serie del tipo 21, construida

desde hace ya mucho tiempo. Estos alter-

nadores se utilizan en las nuevas turbinas

de gas GT24 y GT26, pero tambin en ac-

cionamientos con turbinas de vapor. Se

suministran las dos variantes representa-

das en la figura . Ya se han registrado

los primeros encargos.

xito del ensayo de marcha

del prototipo

Durante el verano de 1995 el primer alterna-

dor de esta serie super con xito numero-

sos ensayos de marcha, tanto de tipo como

de desarrollo . Se pusieron a prueba

sobre todo los aspectos siguientes:

medida de la caracterstica de marchade vaco y de cortocircuito,

determinacin del calentamiento de losdevanados y de las prdidas,

cortocircuitos de choque en marcha envaco y en precarga, de un lado para

determinar las reactancias y las cons-

tantes de tiempo (tambin en el eje

transversal) y del otro para establecer

la resistencia a los cortocircuitos,

10

9

cortocircuito permanente bipolar paradeterminar la reactancia y la resistencia

inversas,

medidas en parada para determinar lasreactancias subtransitorias en los ejes

longitudinal y transversal,

medidas suplementarias de la tempera-tura de las placas y dedos de sujecin

en los anillos y conexiones del devana-

do estatrico, as como del aire de re-

frigeracin en distintos puntos del alter-

nador,

medidas de la presin para comprobarla distribucin del aire refrigerante,

medidas de las vibraciones mecnicasdel rbol y de los soportes de cojine-

tes, del paquete de chapas y de la en-

voltura, as como de las cabezas de

bobinas estatricas,

medidas del ruido para determinar elnivel acstico.

Para los ensayos de marcha se montaron 70

sensores de vibraciones, 80 puntos de me-

dicin de la presin y 200 puntos de medi-

cin de la temperatura. Estos ensayos de

marcha sern objeto de un informe especial.

El prototipo ha satisfecho plenamente

todas las exigencias e incluso ha sobre-

Tabla 1:Datos tcnicos de los nuevos turboalternadores refrigerados por aire

Serie constructiva WX23Z/WY23Z

Gama de potencia 200...310 MVA /clase B200...350 MVA /clase F50 Hz, cos = 0,8

200...280 MVA /clase B200...340 MVA /clase F60 Hz, cos = 0,85

Tensin 15,75 ... 21 kV segn la potencia y la frecuencia

Velocidad 3000 min1 a 50 Hz3600 min1 a 60 Hz

Excitacin esttica

Normas CEI (ejecucin normal 50 Hz)ANSI (ejecucin normal 60 Hz)

Las potencias indicadas se refieren a una temperatura de entrada del airede refrigeracin de 40 C.

Tabla 2:Datos tcnicos del prototipo

Potencia nominal MVA 300/clase B 1)

Tensin kV 19Frecuencia Hz 50Factor de potencia/sobreexcitado 0,8Rendimiento 2) Carga 4/4 % 98,75

Carga 3/4 % 98,57Relacin cortocircuito-marcha en vaco 2) 0,51Reactancia transitoria xd

3) p.u. 0,21Reactancia subtransitoria xd

3) p.u. 0,17

1) Temperatura del aire fro 40 C, Norma CEI2) Determinado por mediciones, rendimiento segn el procedimiento

de prdidas individuales3) Valores de medicin en estado no saturado

T U R B O A L T E R N A D O R E S

28 R e v i s t a A B B 1 / 1 9 9 6

pasado algunas expectativas. Esto es v-

lido tanto para la suavidad de marcha y

para las vibraciones como tambin para el

calentamiento y las prdidas. En la Tabla

2 se indican los datos nominales del pro-

totipo y algunos valores de medicin im-

portantes. Hay que mencionar especial-

mente el excelente rendimiento, ligera-

mente inferior al de los alternadores

refrigerados por hidrgeno. Durante la

marcha en plena carga a 300 MVA, el ca-

lentamiento, calculado con los calenta-

mientos parciales, medidos y supuestos,

en marcha en vaco y en marcha en corto-

circuito, estar por debajo del lmite de la

clase de aislamiento B.

Tomando como base los conocimientos

disponibles y algunas novedades, por

ejemplo sobre el aislamiento de devana-

dos estatricos [6], se pueden entrever ya

hoy en da posibilidades de aumentar an

ms la potencia de los alternadores refri-

gerados por aire.

Bibliografa

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ABB 8/95, 2834.

Direccin de los autores

Dr. Carl-Ernst Stephan

Jrgen Baer

Hans Zimmermann

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Dr. Roland Egli

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Prototipo de potencia nominal 300 MVA en el banco de pruebas 10

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