INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/13260/1/Tesis_1.pdf · 2017....

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

REPOTENCIACIÓN A UN GENERADOR ELÉCTRICO

DE 360 MVA

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTA

C. CHRISTIAN ARTURO HERNÁNDEZ RODRÍGUEZ C. EDWIN ALAN JAIMES GARCÍA C. ENRIQUE MÁRQUEZ FRUTIS

ASESORES:

M. EN C. FABIÁN VÁZQUEZ RAMÍREZ

LIC. BLANCA MARINA FEREGRINO LEYVA

MÉXICO, D.F. 2013

Agradecimientos

A mis profesores y escuela. Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería

Mecánica y Eléctrica unidad Zacatenco y en lo principal a los profesores que formaron

parte de mi desarrollo profesional, mis tutores M.en.C. Fabián Vázquez Ramírez, Lic.

Blanca Marina Feregrino Leyva, Ing. Rubén Navarro Bustos, gracias de corazón por

haber depositado cada fragmento de su conocimiento en mí, por dedicar su tiempo y

esfuerzo para lograr este gran éxito porque fueron personas muy importantes dentro de mi

desarrollo profesional.

A los Ingenieros que me apoyaron. Ing. Filemón Nieves, muy en especial, Ing. Raciel

Lugo García y a la institución quienes me brindaron la posibilidad de realizar mi servicio

dándome la oportunidad de aprender y poder aplicar cada conocimiento que ahí me fue

otorgado el cual e plasmado en este documento y en mi desarrollo profesional de corazón

gracias por la confianza, apoyo y enseñanzas que obtuve.

A mis padres y hermano. Raúl Marquez Martínez quien me puso el ejemplo de cómo es

posible realizar lo que uno se propone, agradezco su apoyo dedicando parte de su vida y

tiempo en cada momento y siempre me brindo las posibilidades para poder realizar este

éxito, Teresa Frutis Merlos quien con sus buenos consejos su apoyo incondicional siempre

confió en mí, dedico su tiempo y fue parte muy importante de este logro, David Marquez

Frutis quien siempre ha confiado en mí me dio su apoyo y siempre ha estado en las buenas

y en las malas infinitamente y muy en especial les agradezco por siempre creer, confiar, y

apoyarme para lograr esta meta que con gusto comparto y me siento orgulloso de ser parte

de ustedes.

A mi familia. Carmen Merlos y Apolinar Segura quienes han sido unos segundos padres y

me dedicaron su tiempo y apoyo, Jacinto Martínez, Yolanda Giménez mis abuelos quienes

con sus consejos y apoyo incondicional siempre han estado presentes, Víctor Frutis,

Angélica Cambrón, Josefina Martínez y Armando del Palacio por su apoyo y siempre estar

presentes, primos que de igual manera siempre confiaron en mí y me brindaron apoyo para

este gran logro en mi vida, Dulce Polanco quien dedico su tiempo y apoyo para hacer de

esto un éxito, Miguel soto quien con consejos y apoyo estuvo a mi lado. Se los agradezco

de corazón son personas que forman parte de este gran logro.

A mis amigos y compañeros que conocí dentro y fuera de la carrera y compartimos

muchos logros gracias por esa amistad y apoyo incondicional, Alfa Lara, Christian

Hernández, Edwin Jaimes, Fernando Huerta, Geraldine Zeferín, Juan Gonzales, Raúl

Domínguez.

Enrique Marquez Frutis.

Esta TESIS está dedicada en memoria a mis abuelitas

Siempre estarán en mi corazón.

Fueron personas que en cada momento estuvieron presentes sus consejos jamás las

olvidare y agradezco a dios y a la vida por haberlas Conocido y haber tenido a dos

grandes abuelas jamás olvidare y siempre aplicare en la vida lo que me enseñaron

AGRADECIMIENTOS JAIMES GARCIA EDWIN ALAN A mis padres Sofia Garcia Silis y Mario Jaimes Rojas quienes con su esfuerzo, sudor y sacrificio dieron la cara y creyeron firmemente en mi al brindarme todo su apoyo sin ningún interés y por mi bien a pesar de tan duras que se tornaron las cosas por las circunstancias vividas y aun siempre estando ahí apoyándome y dejándome estos estudios como el mayor regalo que se le puede dar a un hijo este logo va dirigido especialmente a ellos junto con mis hermanos Jair Azael Jaimes Garcia, Valeria Iaily Jaimes Garcia y Mario Alexey Jaimes Gracia que estuvieron aportando su grano de arena durante este trayecto de casi 20 años de estudio. A mis profesores que durante la licenciatura me apoyaron y son pilares de referencia para fijar mis metas y llegar algún día a tener una vocación tan impecable como ellos como son el profesor: Rubén Navarro Bustos, Blanca Feregrino Leiva, David Cabrera, Raúl Méndez Albores, especialmente al profesor Fabián Vázquez Ramírez quien estuvo al pendiente de nuestro proceso durante varios semestres y nos brindo su gran conocimiento y experiencia en la elaboración de esta tesis. También este agradecimiento es para aquellos compañeros con quienes me apoyaron y apoye haciendo que la estancia durante la licenciatura se tornara en los momentos mas duros un poco mas fácil, compartiendo sus conocimientos y brindando su sincera amistad durante el periodo escolar a mis amigos de esta tesis Hernández Rodríguez Christian Arturo, Márquez Frutis Enrique y Juan Alberto González Mendoza que siempre estuvo ahí para auxiliarme con las dificultades que se me iban suscitando se que son personas con las que puedo contar fuera de la escuela y seguir bendecido por sus grandes amistades. Esta escuela me ah dado mucho y algún día prometo regresarle algo de lo mucho que me dio es un orgullo ser egresado de la ESIME ZACATENCO y pondré en alto su nombre en cualquier lugar que donde me presente. Orgulloso de ser politécnico representare dignamente la responsabilidad que eso conlleva.

ÍNDICE

REPOTENCIACIÓN A UN GENERADOR DE 360 MVA

ÍNDICE PAGINA

Introducción 1

Justificación 1

Objetivo 1

Hipótesis 1

Capítulo I Elementos constitutivos del generador síncrono

1.1 Nomenclatura

1.2 Conceptos básicos 3

1.3 Corriente eléctrica 3

1.4 Tensión eléctrica 3

1.5 Potencia 3

1.6 Impedancia 4

1.7 Resistencia eléctrica 4

1.8 Inductancia eléctrica 4

1.9 Capacitancia 4

1.10 Generador eléctrico 4

1.11 Generador eléctrico de corriente alterna 4

1.12 Generadores trifásicos 5

1.13 Conexiones del generador 5

1.14 Características de generador trifásico 6

1.15 Descripción de las partes que componen al generador eléctrico 7

1.16 El rotor 8

1.17 Rotor típico cilindro 8

1.18 Estator 9

1.19 La cubierta 9

1.20 Las chumaceras 10

1.21 Enfriadores de hidrogeno 10

1.22 Terminales 10

1.23 Accesorios e Instrumentos 10

1.24 Antecedentes históricos 11

1.25 Centrales termoeléctricas 12

1.26 Datos de la CENACE. 13

ÍNDICE


Capitulo III Proceso de la repotenciación de un generador de 360 MVA

3.1 Paro del generador para mantenimiento 24

3.2 Preparativos antes de la repotenciación 25

3.3 Desencintado de cabezales y terminales del estator del generador 26

3.4 Desoldado de los conectores de los cabezales de las bobinas 28

3.5 Retiro de amarres y separadores de bobina 30

3.6 Extracción de bobinas del estator 31

3.7 Limpieza de ranuras en el laminado del estator. 37

3.8 Limpieza de áreas interiores lado turbina y lado excitador. 37

3.9 Limpieza de puentes, terminales, salida de fases y neutro del generador

38

3.10 Preparación para el encintado de los conectores de puente salidas de fase y neutro

38

3.11 Limpieza de conectores de los cabezales de las bobinas 38

3.12 Prueba del CID al núcleo del estator 38

3.13 Realización de la prueba de la toroide / termografías 39

3.14 Aplicación de pintura semiconductora 40

3.15 Realización de la prueba de alta tensión 41

3.16 Reapriete de tornillos pasantes del lado del estator 41

3.17 Inserción de bobinas al estator 42

3.18 Inserción de la última bobina 44

3.19 Elaboración de amarres entre bobinas inferiores y aro de micarta 46

3.20 Elaboración de amarres de las bobinas inferiores contra los yugos o soportes.

47

3.21 Elaboración de amarres entre bobinas en cabezales. 47

3.22 Aplicación de resina al cordón de fibra de vidrio. 49

Capitulo II Pruebas al generador eléctrico

2.1 Repotenciación 15

2.2 Clasificación de los aislamientos 15

2.3 Procedimiento para realizar la prueba de la toroide 16

2.4 Prueba del CID 18

2.5 Prueba de resistencia de aislamiento 19

2.6 Índice de polarización 20

2.7 Prueba de capacitancia 20

2.8 Prueba de descargas parciales 21

2.9 Prueba de descargas a la ranura 22

ÍNDICE


3.23 Corrección de valores de resistencia entre ductos de ventilación de las bobinas

50

3.24 Instalación de sensores. 50

3.25 Aplicación de soldadura en conectores. 51

3.26 Reacuñado del estator 52

3.27 Prensado de cabezales de bobinas. 53

3.28 Colocación de resistencias en cabezales de bobinas 54

3.29 Amarrado de conectores de los cabezales de bobinas 55

3.30 Preparación de cabezales para encintado 56

3.31 Encintado de cabezales 57

3.32 Aplicación de barniz aislante 59

3.33 Mantenimiento preventivo al excitador. 60

3.34 Revisión General del rotor de la excitatriz. 61

3.35 Revisión General de la excitatriz principal de C.A 62

3.36 Revisión de la excitatriz tipo piloto (Imanes permanentes). 62

3.37 Revisión General del rectificador rotativo. 63

Capitulo IV Análisis de las pruebas de costo beneficio de la repotenciación a

un generador de 360 MVA

4.1 Resultados de pruebas realizadas al generador. 67

4.2 Resumen de resultados obtenidos. 70

4.3 Costo total de la repotenciación. 72

4.4 Condiciones de entrega, pago y realización. 73

4.5 Beneficios de la repotenciación 75

Conclusiones 76

Referencias 77

INTRODUCCIÓN

REPOTENCIACION A UN GENERADOR DE 360 MVA

Introducción a la repotenciación de centrales termoeléctricas

El trabajo constará de la repotencialización adecuada un generador eléctrico síncrono autoexitado con corriente directa que opera dentro de una central termoeléctrica convencional.

La finalidad del trabajo es dar a conocer un diseño eficiente para la adecuada repontencialización que hoy en día se requiere en las unidades generadoras que se encuentran dentro de las centrales termoeléctricas mediante diagnósticos en base a pruebas realizadas previamente a los mismos.

Justificación

Se busca favorecer la economía de las empresas dedicadas a la generación de energía eléctrica, contratar mano de obra mexicana para llevar a cabo la repotenciación a los generadores eléctricos de potencia y garantizar el buen funcionamiento de los mismos

Objetivos

Objetivo general Repotenciar un generador eléctrico de 360 MVA. Objetivos específicos Alargar la vida del generador por lo menos 15 años. Evitar elevados costos al comprar un equipo nuevo. Garantizar un buen funcionamiento y disponibilidad del generador Hipótesis Con el fin de evitar fallas en el estator y garantizar los niveles adecuados de generación proporcionales a la demanda, se lleva a cabo una repotenciación a la unidad generadora.

Capítulo I.

Elementos constitutivos del

generador síncrono.

En éste capítulo se analizaran los principios básicos del funcionamiento de los generadores síncronos trifásicos. Éstos se usan prácticamente para generar cantidades importantes de potencia, los niveles de voltaje a que ésta potencia se genera se encuentran en forma típica en el rango de 13.8 kV a 28 kV.

También se expondrán las leyes físicas que rigen a los generadores, sus componentes y capacidades considerando un funcionamiento adecuado, sus tipos de fallas y problemas que éste pudiera presentar, todo esto sin utilizar cálculos de detalle.

CAPITULO I

ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DEL GENERADOR SÍNCRONO

Página 3

Nomenclatura Tabla 1.1 Nomenclatura

Representación Significado Unidades

t Temperatura °C

V Tención Volts

I Corriente Amperes

P Potencia Watts

z Impedancia

R Resistencia

C Capacitancia Faradios

L Inductancia Henrios

k Kilo x103

M Mega x106

1.2 Conceptos básicos

1.3 Corriente eléctrica.

El flujo o movimiento de partículas cargadas se denomina corriente eléctrica. En el Sistema Internacional (SI) su unidad de medición es el Amper (A). [4]

1.4 Tensión Eléctrica.

El movimiento de partículas cargadas requiere gasto de energía o está acompañado de liberación de energía. La tensión en un punto en el espacio, está definida como el trabajo por unidad de carga requerido para mover una carga desde un punto de tensión cero hasta el punto en cuestión. En el SI su unidad de medición es el Volt (V). [4]

1.5 Potencia.

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Watt (W). [4]

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades

CAPITULO I


Página 4

1.6 Impedancia.

Es la propiedad que tiene un componente para limitar el paso de la corriente a través de un circuito. Normalmente nos referimos a ella como impedancia compleja, y consta de resistencia (afectada por la componente continua de la señal), y reactancia (afectada por la componente alterna), su unidad de medida son los Ohms (Ω). [7]

1.7 Resistencia Eléctrica.

Es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico, frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica. [5]

1.8 Inductancia eléctrica.

Es la propiedad que tiene un inductor de almacenar energía electromagnética en su campo magnético, se puede definir como la oposición de un elemento conductor (una bobina) a cambios en la corriente que circula a través de ella.

También se puede definir como la relación que hay entre el flujo magnético y la corriente y que fluye a través de una bobina. Su unidad de medida son los Henrios. [6]

1.9 Capacitancia.

Propiedad de un sistema de conductores y dieléctricos la cual permite el almacenamiento de cargas eléctricamente separadas cuando existe diferencia de potencial entre los conductores. [4]

1.10 Generador eléctrico.

Es un dispositivo que transforma Energía Mecánica, química o solar en energía Eléctrica. La transformación de Energía Mecánica a Energía Eléctrica se consigue, por la acción de un campo Magnético sobre unos conductores Eléctricos, colocados sobre una armazón.

1.11 Generador eléctrico de corriente alterna.

Cuando se hace oscilar un conductor en un campo magnético, el flujo de corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el movimiento físico del conductor. Varios sistemas de generación de electricidad se basan en este principio, y producen una forma de corriente oscilante llamada corriente alterna. Esta corriente tiene una serie de características ventajosas en comparación con la corriente continua, y suele utilizarse como fuente de energía eléctrica tanto en aplicaciones industriales como en el hogar.

CAPITULO I


Página 5

1.12 Generadores trifásicos

Para un generador trifásico se deben de tener tres bobinas que deben de estar colocadas sobre el estator de manera que estén separadas 120º eléctricos y a esta máquina se le llama generador trifásico, en donde cada bonina esta separada 120º una con respecto a la otra, los voltajes inducidos son ea, eb, ec en valor instantáneo y el valor eficaz o r.m.s. correspondientes EA, EB, EC, los índices A B C se refieren a la secuencia de los voltajes inducidos, que significa el orden en que los voltajes son generados.

Las tres bobinas del estator generalmente están conectados en estrella (Y) o también

pueden estar conectados en delta ( ) para conducir una fuente de voltaje trifásica, el voltaje inducido en cada bobina del estator se conoce como un voltaje de fase E y el voltaje que aparece entre cualquiera de los dos conductores de fase a fase o de línea, se conoce como el voltaje de línea VL, o bien el voltaje que terminal (Vt) cuando se mide en las terminales de la máquina.

La magnitud del voltaje de cada fase es:

.

Dónde:

Bm = Densidad de flujo máxima producida por el rotor (T).

Longitud de ambos lados de la bobina (m).

= Velocidad angular del rotor (rad/seg).

1.13 Conexiones del generador

1.13.1 Conexión delta.

En esta conexión las tensiones de línea son iguales a las tensiones de fase pero las corrientes de línea son las resultantes de la suma vectorial de las corrientes de

fase.

√

Figura 1.1 Diagrama de conexión delta

CAPITULO I


Página 6

1.13.2 Conexión estrella.

Esta consiste en unir tres de las seis terminales que tiene. El punto donde se unen las terminales se denomina neutro, mientras que la tensión desde este punto, hacia cualquiera de las terminales de la línea, será la tensión de fase. La tensión total o

tensión de línea es √ veces mayor que la tensión de fase. como los devanados ofrecen un solo camino al flujo de corriente entre fases, la corriente de línea es igual a la corriente de fase.

√

Figura 1.2 Diagrama de conexión estrella

1.14 Características del generador trifásico.

1.14.1 Polos lisos.

Se emplean en alternadores de altas velocidades (1000 o más r.p.m o el número de polos es menor e igual a 6) como los movidos por turbinas de vapor.

1.14.2 Su excitación.

El campo magnético que se requiere para la generación de una tensión alterna, está dado por electro imanes semejantes a los que existen en máquinas de c.c, por lo que es necesario ser alimentados con corriente continua. Existen diversas formas de excitar el campo del alternador, siendo las siguientes excitación propia, excitación separada, y excitación con rectificadores incorporados.

1.14.3 Excitación propia.

Se entiende por excitación propia de un alternador síncrono, cuando la excitatriz esta acoplada directa o indirectamente al eje del rotor del alternador y que solo sirve para ese efecto.

CAPITULO I


Página 7

1.14.4 Excitación separada.

Es de excitación separada o independiente, cuando el alternador síncrono es excitado por un generador de c.c, que no está acoplado mecánicamente al mimo, como una batería de acumuladores o bien una maquina excitatriz accionada por un motor diesel.

1.14.5 Excitación con rectificadores incorporados.

Esta excitación consiste en que el mismo alternador síncrono acciona otra máquina más pequeña pero de corriente alterna, a esta, se agregan unos rectificadores para transformar la corriente alterna en corriente continua y posterior mente excitar el campo.

1.15 Descripción de las partes que componen al generador eléctrico trifásico. Los elementos que constituyen un alternador son, el rotor, el estator o inducido, el núcleo del estator, la cubierta o carcaza, las chumaceras, los enfriadores de hidrógeno, las terminales o boquillas para conexión externa y accesorios o instrumentos para monitoreo y protección. Así mismo, asociados con estos equipos tenemos los sistemas de aceite de sellos, de gas hidrogeno y en algunos casos de agua desmineralizada de enfriamiento. La siguiente imagen visualiza los componentes de un generador trifásico de una central termoeléctrica convencional. (Figura 3)

Figura 1.3 generador eléctrico

CAPITULO I


Página 8

1.16 El rotor

La parte rotatoria de un generador es síncrono esta normalmente construida en una o dos formas: (1) con polos salientes (2) con rotor cilíndrico. La máquina con rotor de polos salientes tiene alimentación de corriente directa (C.D.) en el devanado del campo del rotor, para producir el campo magnético; a la zapata polar se le da una forma que permita que la densidad de flujo en el entrehierro tenga una forma senoidal.

En los generadores de rotor cilíndrico, el devanado de C.D. estará colocado en las ranuras del rotor, como el entrehierro es uniforme se obtiene una mejor distribución del flujo, comparativamente con las máquinas de rotor con polos salientes.

1.17 Rotor tipo cilindro

Los rotores tipo cilindro se usan en forma exclusiva en generadores accionados por turbinas de vapor tales como los conocidos como turboalternadores o turbogeneradores, tienen por lo general dos o cuatro polos por sus aplicaciones a altas velocidades y debido a que estos rotores son compactos, se pueden soportar las fuerzas centrifugas desarrolladas en los grandes generadores a altas velocidades. Algunas veces los rotores cilíndricos no son laminados y su ranurado se trabaja por fuera.

P= Numero de polos

N=Velocidad en revoluciones por minuto (RPM)

Figura 1.4 Rotor silindrico ranurado

CAPITULO I


Página 9

1.18 Estator. El núcleo del estator o circuito magnético, está constituido por delgadas láminas de acero al silicio, troqueladas para formar las ranuras donde van alojadas las bobinas del estator o inducido. Estas láminas o chapas son unidas fuertemente y aisladas entre sí con barniz u otro material aislante, para reducir las pérdidas por efecto Joule. A través del laminado del núcleo se tienen canales de ventilación para permitir el paso del hidrogeno refrigerante. En las ranuras del interior se aloja el embobinado. Si es un estator trifásico, su embobinado comprende tres bobinas, (o grupos de bobinas) separadas una de otra a 120 grados. Los embobinados están formados por semi-bobinas o bastones, los que a su vez están formados por un conjunto de conductores de cobre dispuestos de tal manera que éste tiene forma rectangular en su sección transversal, para poderse alojar en las ranuras del núcleo. En algunos casos, estos tienen ductos o canales para, al igual que el núcleo, permitir el paso del refrigerante. Las semi-bobinas tienen una porción recta que es la que queda alojada en las ranuras del núcleo, y unas curvas que se soldán en los extremos con otras semi-bobinas, para formar las bobinas a conectarse a los cabezales. El aislamiento de las bobinas es especial y a base de cintas (de mica, de fibra de vidrio, etc.) impregnadas con resinas (epóxicas y poliéster), ya que deben de resistir los esfuerzos eléctricos, mecánicos y térmicos a que son sometidas. Así mismo, tienen acabados con pinturas semiconductoras y de distribución de esfuerzos o gradiente, en la sección ranura y cabezal respectivamente, con el objeto de protegerlas de los efectos dañinos de las descargas parciales de efecto corona y para reducir los esfuerzos en las salidas de ranura. 1.19 La cubierta La cubierta o carcaza es una estructura de acero de gran resistencia mecánica y a prueba de explosión ya que contiene al gas refrigerante: Hidrogeno. En esta cubierta está montado el núcleo del estator y su embobinado, los enfriadores de hidrógeno, los dispositivos de aceite o sellos, (que evitan que fugue el hidrógeno al exterior por las uniones de la cubierta con la flecha del rotor), y las chumaceras.

CAPITULO I


Página

10

1.20 Las chumaceras El rotor del generador se encuentra soportado en sus extremos por dos chumaceras, y en algunos casos, el rotor de la excitatriz por otra chumacera). Para evitar esfuerzos indebidos a la flecha, por deflexión o por desalineamiento, las chumaceras son esféricas en su exterior para que resulten autoalineables e internamente recubiertas por una camisa de metal Babbit antifricción. Las chumaceras son lubricadas, por aceite a presión del sistema de lubricación de la turbina. En los soportes de las chumaceras se encuentran soportados los elementos para formar los sellos aceite, que evitan la salida del hidrógeno del generador. 1.21 Enfriadores de Hidrogeno. Montados en la cubierta, los enfriadores del generador son cuatro que pueden estar en las esquinas o en grupos de dos en el extremo lado turbina. Estos intercambiadores de calor extraen el calor al gas hidrógeno cuando este es obligado a pasar a través de sus tubos aleteados, después de haber recorrido los pasajes del estator y del rotor, ya que por el interior del enfriador circula agua de enfriamiento. 1.22 Terminales. Las terminales o boquillas del generador son de porcelana y se utilizan como salidas de las terminales del estator para su conexión exterior. Estas boquillas deben de tener el suficiente aislamiento para soportar con facilidad el voltaje nominal de generación, y la suficiente capacidad para conducir sin problemas la corriente a plena carga. 1.23 Accesorios e instrumentos. Para monitoreo de los parámetros y protección del generador, se tienen los siguientes dispositivos: Sensores de vibración y temperatura instalados en los soportes de sus chumaceras. Juegos de transformadores de corriente y de potencial instalados a la salida del generador para medición, protección y control.

CAPITULO I


Página

11

Detectores de temperatura por resistencia RTD’S, entre el embobinado del estator, en la sección recta de las bobinas (ranuras) y en los ductos de ventilación a la salida de los enfriadores de hidrógeno. Terminal de prueba sobre la cubierta de la chumacera aislada, para medición de los voltajes inducidos en la flecha. Escobilla para aterrizaje de la flecha cerca del cople con la turbina, para drenar los voltajes de flecha y proteger el metal de las chumaceras contra el efecto pitting. Equipo de virado "torna flecha" para evitar la deformación del rotor después de un paro cuando el metal está caliente.

1.24 Antecedentes Históricos

En el año de 1879 se inicia el empleo de la electricidad en procesos industriales, tras la

instalación de un sencillo generador en la fábrica textil “La Americana”, en León

Guanajuato. Pocos años después, las minas utilizaron ya el fluido eléctrico para la

operación de desagüe en sus tiros, entre otros usos.

Así es como da comienzo un nuevo y prometedor capítulo en la historia de México.

En Julio de 1880 se llevaron a cabo los primeros experimentos de alumbrado público.

Se colocaron en la Cuidad de México, dos focos de arco voltaico: uno en el kiosco

central y otro en la esquina suroeste del jardín de la Plaza de la Constitución. Meses

más tarde, la compañía de Samuel B. Knight instaló 40 lámparas incandescentes de

arco en el Zócalo del Distrito Federal.

Una década después, México construye su primera planta hidroeléctrica en Batopilas,

Chihuahua, la cual es aprovechada como fuente primaria para la generación eléctrica

los saltos y caídas de agua de los ríos.

A principios de este siglo, en varios estados de la República funcionaban plantas

hidráulicas destinadas a satisfacer, sobre todo, las necesidades del sector productivo

regional: fábricas, industrias y minas. La energía excedente se destinaba a servicios

urbanos.

El francés Arnold Vaquié mediante una concesión gubernamental promovió el primer

proyecto importante para generar electricidad por medio de caídas de agua del río

Necaxa, hecho que dio origen a la empresa canadiense Mexican Light & Power

Company Limited, la cual posteriormente cambiaría su denominación a la de Compañía

Mexicana de Luz y Fuerza Motriz.

CAPITULO I


Página

12

Fue tal el auge de la electricidad, que para 1920 funcionaban en nuestro país 199

compañías mediante la inversión de empresarios extranjeros.

Sin embargo, la falta de eficiencia de dichas empresas provocaron la aparición de una

serie de anomalías: abusos en el cobro de tarifas, la aplicación de multas y fallas en el

suministro, crearon un clima de descontento entre los consumidores que afectó el

proceso de producción industrial y agrícola. Además, amplias zonas rurales carecían

totalmente de fluido eléctrico.

La situación entró en calma y en orden definitivos cuando el 14 de Agosto de 1937, el

Poder Ejecutivo Federal, representado por el presidente Lázaro Cárdenas del Río,

decretó la creación de la Comisión Federal de Electricidad, con la encomienda de

organizar un sistema nacional de generación, transmisión y distribución de energía

eléctrica para el beneficio del pueblo de México.

El inicio de operaciones de la Comisión Federal de Electricidad permitió establecer un

vínculo entre el suministro de fluido y los objetivos sociales del proyecto nacional.

Integrar una industria eléctrica fue un proceso lento, ya que representó diez acciones de

tipo legislativo que facilitaron, por una parte, el crecimiento de la Comisión Federal de

Electricidad y, por otra, un control cada vez mayor del sector público en materia tarifaria.

Las acciones de la CFE se reflejan en el hecho de que, en 1959, las dos principales

empresas extranjeras que comercializaban electricidad: la American Foreign Power

Company y la Mexican Light and Power Company Limited, recibían de la CFE el 70%

de la energía que revendían.

El gobierno inicia entonces, un proceso de compra de las compañías extranjeras que

culmina en un acto trascendental para la vida del país: el 27 de Septiembre de 1960, el

presidente Adolfo López Mateos nacionaliza la industria eléctrica, consolidando así el

proceso del desarrollo económico de México.

1.25 Centrales Termoeléctricas.

Las centrales termoeléctricas producen la electricidad a partir de energía calorífica

desprendida por la combustión de diesel, carbón, gas natural, combustóleo y otros

aceites pesados.

El generador de vapor transforma el poder calorífico del combustible en energía

térmica, la cual es aprovechada para llevar el agua a la fase de vapor. El vapor ya

sobrecalentado, se conduce a la turbina donde su energía cinética se convierte en

mecánica la cual se transmite al generador para producir energía eléctrica.

CAPITULO I


Página

13

1.26 Con datos de la “SENER” (Secretaría de Energía). La capacidad efectiva de

generación en el país se encuentra de la siguiente manera.

Tabla 1.2 Capacidad efectiva instalada por tipo de generación al mes de Marzo de 2014

Tipo de generación Capacidad efectiva en MW

Porcentaje

Termoeléctrica 36, 518.00 67.06%

Hidroeléctrica 11, 509.00 21.13%

Carboeléctricas 2, 600.00 4.77%

Geotérmoeléctricas 823 .00 1.51%

Eoloeléctrica 598.00 1.09%

Nucleoeléctrica 1 400.00 2.57%

Fotovoltaica 6.00 0.01%

Total 54, 454.00 100

Capítulo II.

Pruebas al generador

eléctrico.

En éste capítulo se presentan las pruebas que se realizaron a la unidad

generadora éstas son previas, durante y después a su repotenciación, con el fin

de verificar que los valores obtenidos son aceptables de acuerdo a la normas

citadas para proceder a la siguiente prueba y realizar el protocolo completo.

CAPÍTULO II

PRUEBAS AL GENERADOR ELÉCTRICO

Página 15

2.1 Repotenciación

Repotenciar es aumentar la potencia. Las plantas de generación eléctrica pueden ser repotenciaciadas de varías formas, que van desde el cambio de equipos que ya no funcionan, y que por eso su potencia la tiene disminuida; el reequipamiento con equipo de mayor calidad, para que tenga mejores resultados de operación.

Los objetivos de la repotenciación son [10]:

1. Incremento de la potencia y eficiencia de salida.

2. Mejor utilización de los activos instalados.

3. Mayor flexibilidad operacional.

4. Aumento de confiabilidad y disponibilidad.

5. Reducción de costos.

6. Extensión de la vida de la central.

7. Bajar emisiones de contaminantes.

2.2 Clasificación de los aislamientos.

Tabla 2.1 Clasificacion de aislamientos.

Clasificacion Temperatura Clasificacion Y 90ºC

Clasificacion A 105 ºC.

Clasificacion E 120 ºC.

Clasificacion B 130 ºC.

Clasificacion F 155 ºC.

Clasificacion H 180 ºC.

Clasificacion 200 200 ºC.

CAPÍTULO II


Página 16

2.3 Procedimiento para realizar la prueba de toroide al generador.

Este procedimiento tiene la finalidad de ilustrar de manera práctica la ejecución de

la prueba de Toroide al generador de 360 MW, específicamente.

Se hace el cálculo del toroide que se va a instalar. El procedimiento es como

sigue:

DATOS:

- Longitud del núcleo (Lc) = 5.20 m

- No. ductos de ventilación (nd) = 66

- Diámetro exterior (Do) = 2.492 m

- Frecuencia (f) = 60 Hz

- Profundidad de ranura (ds) = 25.5 cm

- Diámetro interior (Dg) = 1.12m

- Longitud ducto de ventilación (Wd) = 4 mm

- Tensión nom estática (VI) = 20 kV

- No. vueltas serie/fase (Tph) = 9 vueltas por fase

A) Flujo total que cruza el entrehierro

B) El flujo que circula en la sección de acero

C) La sección transversal de la trayectoria del flujo en el núcleo

D) La longitud de la trayectoria del flujo

E) El número de vueltas que requiere el toroide

Del valor anterior Bc = 1.3144 T, se tiene que He = 300 A-vueltas/m

F) La corriente resistiva

G) La corriente de excitación

H) Cálculo de los VA del transformador

I) Calibre del conductor

CAPÍTULO II


Página 17

J) Los volts-vuelta = 693, aislamiento recomendado 1.5 x 693 = 1039.5 volts.

Antes de realizar esta prueba es muy importante haber hecho la prueba del CID

para verificar las corrientes de fuga en los paquetes de laminación ya corregidos.

Deben estar correctamente identificados para facilitar el chequeo de partes

calientes durante la prueba de toroide, con termografía o termómetro infrarrojo.

Primeramente se asegura que el generador esté desconectado tanto del neutro

como de las fases para evitar la inducción al transformador durante la prueba.

También es necesario tener disponible y confiable el registrador de temperaturas

en BTG para monitorear incremento de temperatura del estator durante la prueba.

Se hace limpieza del estator con solvente dieléctrico, aspiradora y trapo limpio.

Se prepara la cama de madera en la parte superior del generador así como en la

parte inferior del estator centrándola debidamente para uniformizar correctamente

el flujo magnético.

Después se instalan 6 vueltas de cable 4/0, 600 V sin pantalla sobre la cama de

madera, las cuales deben estar bien amarradas para que el cable se mueva al

momento de la energización.

Para amarrar el cable se utiliza hilo de fibra de vidrio de 3 mm de Φ.

También se instalan dos cables de 750 MCM a 5000 V con pantalla, desde el

interruptor donde se va alimentar hasta el generador haciendo al cono de alivio en

la salida del interruptor.

Debe hacerse la instalación local del circuito de control del interruptor utilizando

cable 3 x 12 desde el cubículo del interruptor hasta cerca del generador. Para esto

se utiliza un conmutador o pistola de control de dos contactos mínimo para

apertura y cierre del interruptor incluyendo señalización.

Se conectan las terminales del cable 4/0 con las terminales del cable de 750

MCM. Nota: Esta conexión debe estar fuera del generador, véase dibujo.

Se energiza cerrando el interruptor de 4.16 kV y se checa el voltaje y la corriente

dando valores V = 700 V, I = 205 A.

Con el equipo de termografía se verifica la variación de la temperatura del

laminado del estator durante 40 min.

CAPÍTULO II


Página 18

2.4 Prueba del CID.

Dado que el núcleo del estator está muy ligado al devanado, se incluye el

diagnóstico del núcleo magnético del estator mediante la prueba de El CID (Core

Imperfection Detector). Esta prueba determina cortos circuitos entre laminaciones

del núcleo del estator mediante una bobina que produce un flujo magnético del 4

% del flujo nominal de la máquina. La prueba de El CID ha demostrado buena

sensibilidad para detectar laminaciones en corto en el núcleo del estator de

turbogeneradores. El objetivo de esta prueba es detectar los puntos calientes (Hot

spots) que se generan en el laminado del estator debido a cortocircuito

interlaminar [11].

El corto circuito entre laminaciones no es un proceso de envejecimiento natural,

ocurre principalmente durante trabajos de mantenimiento o por impacto del rotor

contra el estator del generador. Pero también puede resultar del deterioro de

cualquier otro componente del generador, por ejemplo: piezas del rotor flojas

pueden dañar el núcleo, la falla del aislamiento de los tornillos de apriete, la

sobreexcitación puede causar daño del aislamiento de las laminas y fundir las

laminaciones o también el aflojamiento de la presión del núcleo puede generar

vibración interlaminar y erosionar el barniz aislante.

El criterio de aceptación para considerar un núcleo magnético en buenas

condiciones es el presentado en la Tabla.

Tabla 2.2 Criterios de aceptación para la prueba El Cid [11].

Criterio El Cid (mA)

Aceptación < 100 mA

Mantenimiento < 200 mA

Reparación > 200 mA

CAPÍTULO II


Página 19

2.5 Prueba de resistencia de aislamiento.

Es la propiedad del aislamiento eléctrico en un devanado para oponerse al paso

de la Corriente Directa.

-Desconectar las terminales de linea y neutro del estator, esta prueba se efectua

fase por fase y a las tres fases contra tierra.

-Aplique una tension de prueba de C.D. sotenida por 10 min. de acuerdo a lo

recomendado en la norma IEEE 43-2000[12].

Tabla 2.3 Niveles de aceptacion recomendados por IEEE st 43-2000.

Tension Nominal del equipo (Volts)

Tension de prueba (Volts)

Menor a 1,000 500

1,000 – 2,500 500 – 1,000

2,501 – 5,000 1,000 – 2,500

5,001 – 12,000 2,501 – 5,000

Mayor a 12,000 5,001 – 10,000

Tabla 2.4 Valores minimos de Resistencia de aislamiento recomendados por IEEE st 43-2000.

M a 1 minuto (40 ºC) Tipo de Aislamiento kV + 1 Devanados Const. Antes 1970

100 Devanados Const. Despúes 1970 5 Máquinas menores 1000 V

CAPÍTULO II


Página 20

Figura 2.1 Fallas en el aislamiento

2.6 Índice de Polarización

Es la variación en el valor de la Resistencia de Aislamiento con el tiempo, el

cociente del valor de la Resistencia de Aislamiento a 10 min entre el valor de la

Resistencia a 1 min IEEE std 43-2000.[12]

Tabla 2.5 Valores minimos de indice de polarizacion recomendados por IEEE st 43-2000.

2.7 Prueba de capacitancia

-Factor de disipación al 20%Vn: Es el valor obtenido al 20% de la tensión nominal

del equipo.

-Capacitancia al 20%Vn: Es el valor obtenido al 20% de la tensión nominal.

-Variación del factor de disipación . : Es la diferencia entre dos valores de

factor de disipación obtenidos, típicamente al 60% y 20% de la tensión nominal del

equipo.

-La prueba se efectúa fase por fase, energizando una fase y las otras dos a tierra.

-Medir el factor de disipación y capacitancia en escalones de tensión del 20%Vn,

hasta la tensión de prueba.

-Obtener el factor . [12]

Tabla 2.6 Valores recomendados por IEEE st 43-2000.

Aislamiento F.D. al 20 % Vn

Asfaltado 3-5% <3

Poliester 1-2% <2

Epoxico 0-1% <1

Tipo de Aislamiento Valor Minimo de IP A 1.5

B 2.0

F 2.0

H 2.0

CAPÍTULO II


Página 21

2.8 Prueba de descargas parciales.

Las descargas parciales son descargas electricas que solo puentea parcialmente

el aislamiento entre conductores, es una descarga localizada debida a la

ionizacion de un sistema de aislamiento gaseoso cuando la tension aplicada

excede un valor critico. Como la corriente que se esta midiendo es muy pequeña,

la unidad de medicion que se utiliza es el Coulomb (picoCoulomb 10e-12 y

nanoCoulomb 10e-9).

Tabla 2.7 Criterios de evaluacion para Mica-Epoxica.

Q(pC) Diaganostico < 10,000 Excelente

10,000< Qm <30,000 Aceptable

>30,000 Critico

>100,000 Investigacion

Los límites establecidos son solo de referencia ya que realmente no existen límites

normalizados para la magnitud de las Descargas Parciales, para la evaluación de

un sistema aislante debe considerarse la tendencia de la magnitud a través del

tiempo ya que por ejemplo, a los aislamientos nuevos les afecta menos la

presencia de las Descargas Parciales.

Figura 2.2 Falla del aislamiento por Descargas Parciales

CAPÍTULO II


Página 22

2.9 Pruebas de descarga a la ranura.

Evaluar la integridad de la pintura/cinta semiconductora en la parte activa del

devanado mediante una bobina recolectora de campo magnético.

Tabla 2.8 Criterios de evaluacion para aislamientos.

Tipo de Aislamiento Valor Aceptable Mica resina epóxico < 20 mA

Mica resina poliester < 30 mA

Mica asfalto/shellac < 100 mA

Figura 2.3 Descarga en la ranura

Capítulo III

Proceso de la

repotenciación de un

generador de 360 MVA.

Dentro de este capítulo se muestra el proceso de repotenciación al estator de un

generador de 360 MVA, así como el procedimiento del mantenimiento al excitador

de éste para maximizar su eficiencia.

CAPITULO III

PROCESO DE LA REPOTENCIACIÓN DE UN GENERADOR DE 360 MVA

Página 24

3.1 Paro del generador para mantenimiento Actividades preliminares de paro del generador eléctrico para mantenimiento.

La secuencia para el paro del generador que sale a mantenimiento, de acuerdo a los

procedimientos de operación, se lleva a cabo con ligeras variantes como sigue:

a.- Reducción de la carga del generador (descarga).

b.- Desconexión del sistema apertura interruptores de máquina (disparo).

c.- Al llegar a velocidad cero, enganchar y rodar con tornaflecha.

d.- Paro del equipo tornaflecha, cuando la temperatura del metal del primer paso de la

turbina sea de175°C o menos.

e.- Posicionar el rotor, con sus caras polares en dirección vertical.

f.- Evacuar el hidrógeno del generador.

g.- Paro de la unidad de aceite de sellos.

h.- Destapar los registros y dejar ventilar.

i.- Paro y drenaje del sistema de los enfriadores de hidrógeno de bobinas del estator.

CAPITULO III


Página 25

3.2 Preparativos antes de la repotenciación.

- En el área de trabajo se instalarán 3 casetas, una primera para alojar la

herramienta, una segunda alojara los materiales y una tercera para utilizarla

como oficina para los supervisores. Las cuales deben equiparse con aire

acondicionado, internet y teléfonos.

Figura 3.1 Casetas habilitadas con equipo indicado.

- Se preparan 54 soportes para las bobinas nuevas y para recibir las bobinas

usadas, estas tienen las siguientes medidas: 2.50 m de largo x 1.50 m de alto y

1.20 m abierto.

Figura 3.2 Soportes de madera.

CAPITULO III


Página 26

- En el generador se coloca madera triplay en las entradas, en lado excitador y

lado turbina así como también instalar andamio abajo del generador para

desmantelar los bushings.

Figura 3.3 Colocación de madera en el generador.

3.3 Desencintado de cabezales y terminales del estator del generador.

- El personal debe utilizar el equipo de seguridad apropiado:

Mascarilla, guantes, capucha, lentes protectores, ropa de trabajo, tapabocas.

- Antes de iniciar con el desencintado se debe de tapar los ductos de ventilación

de las bobinas con cinta masking tape para evitar que alguna partícula pueda

infiltrarse dentro de los ductos mientras se realiza el desencintado.

Figura 3.4 Se muestran los ductos de ventilación del generador tapados con cinta masking tape.

CAPITULO III


Página 27

- Con ayuda de una cuchilla, se corta el aislamiento de la parte más delgada del

cabezal, es decir, donde termina la bobina superior y la bobina inferior. El corte se

hace de forma transversal.

- Se hace un corte longitudinal entre ambos cortes transversales y enseguida se

desprende el aislamiento con ayuda de un desarmador y un mazo de plástico.

- Enseguida se hace limpieza de los conectores utilizando una cuchilla y desarmador

para desalojar el cemento que se encuentra entre ellos de tal manera que queden

totalmente limpios.

- Se debe aspirar constantemente para evitar que el polvo de fibra de vidrio se meta al interior del generador y también para que no sea aspirado por el personal que está haciendo el trabajo.

Figura 3.5 Se muestran los cabezales y las terminales desencintadas.

CAPITULO III


Página 28

3.4 Desoldado de conectores de los cabezales de bobinas.

- Se realiza limpieza del cabezal y de los conectores para que el inductor se

introduzca correctamente.

- Se coloca un recipiente por debajo del cabezal para recolectar la soldadura o estaño

que cae al derretirse con el calor, así como los tornillos y conectores.

- Se procede a desoldar con el conector que se tiene enfrente, colocando el inductor

hasta calentar el conector y derretir la soldadura. Esta operación se realiza las veces

que sea necesario hasta observar que se afloja el conector o se cae toda la soldadura,

este procedimiento se realiza para los demás conectores.

Figura 3.6 Desoldado de conectores.

CAPITULO III


Página 29

- Con ayuda de un desarmador grande o espátula y mazo de plástico se golpea

el conector hacia un extremo para que el paquete de solera salga del conector.

- Una vez que queda libre un extremo del conector, es decir, que ya no hay

conexión con el paquete de solera, este paquete se separa del ducto de

enfriamiento, con el auxilio de una herramienta especial que sirve para introducir

el paquete, para hacer palanca y separarlo del ducto de enfriamiento y así se

pueda sacar el conector del otro paquete de solera.

- Una vez que se separó el paquete de solera, se utiliza el desarmador y el mazo

para sacar el conector del paquete de solera de la bobina superior.

- Se separa el paquete de soleras del ducto para que no obstruya la maniobra de

extracción de los demás conectores.

- Para los demás conectores se hace la misma operación.

Figura 3.7 Separación de la solera y el conector.

CAPITULO III


Página 30

3.5 Retiro de amarres y separadores de bobina.

- Se deben de utilizar las siguientes herramientas: Cuchilla, mazo de plástico,

desarmador, pinzas, herramienta especial, cuñas de madera.

- Se corta el amarre con la cuchilla y se extrae el hilo con unas pinzas.

- Se mete una cuña de madera en medio de las dos bobinas y delante del

separador hacia el cabezal, para que separe las bobinas y se pueda desplazar el

separador.

- Con herramienta especial y el mazo de plástico se golpea el separador y éste

se desliza hacia el cabezal.

- Se introduce otra cuña de madera y se saca la primera bobina.

- Se continúa golpeando el separador hasta que sale la próxima.

Figura 3.8 Retiro de amarres y separadores con herramienta especial.

CAPITULO III


Página 31

3.6 Extracción de bobinas del estator.

- Antes de realizar cualquier maniobra es recomendable realizar limpieza con aire a

presión y aspiradora en todas las ranuras del estator para evitar que se filtren

astillas o basura que impida que las bobinas salgan libremente.

- Para comenzar con la extracción de las bobinas se coloca un cartón o hule en la

parte inferior del estator para que se deslicen las bobinas.

- Se instalan los estrobos de seda en los extremos de la bobina que se va a aflojar.

- Se colocan montacargas de 2 toneladas de tal manera que la tensión sea en un

ángulo de 90° u opuesto a la bobina que se va a tensionar.

- Ambos montacargas se tensan de una manera uniforme.

- Se coloca en los extremos un cartón con masking tape sobre la cara superior de la

bobina donde inicia la curva.

Figura 3.9 Colocación de montacargas para iniciar con la extracción de las bobinas.

CAPITULO III


Página 32

- Con los mazos de plástico se golpea en la parte donde comienza la curva de la

bobina cerca del laminado, es decir, sobre el cartón colocado. Los golpes deberán

ser simultáneos para que la bobina se levante del centro.

- Ya que la bobina se ha despegado se introduce una guía plana de 1/4” de diámetro

por en medio de las bobinas de la ranura en la cual se está trabajando.

- Al salir la guía del lado excitador, se le amarra una manguera de teflón.

- Se comienza a jalar la guía hasta que salga la manguera en el lado turbina.

- Se coloca la abrazadera en la manguera lado turbina.

- Se presuriza la manguera con aire utilizando el conector y el cabezal

aproximadamente a 4 Kg/cm 2 .

Figura 3.10 Introducción de aire a la manguera de teflón para levantar la bobina superior.

- Se observa si la bobina superior levantó.

- Se aflojan un poco los montacargas y se golpea en los extremos, entonces

comienza a levantarse la bobina.

- Se tensionan nuevamente los montacargas y se despresuriza la manguera de

teflón.

- Se quita la abrazadera de la manguera y se amarra la guía.

- Se jala la manguera de lado excitador y al salir la guía se amarran dos mangueras

de teflón.

- Se jala la guía hasta que salgan ambas mangueras del lado turbina.

- Se coloca la abrazadera o prensa en ambas mangueras.

- Se presurizan y se observa que levanta la bobina.

CAPITULO III


Página 33

Figura 3.11 Levantamiento de las bobinas.

- Se aflojan los montacargas.

- Se golpea en ambos extremos de la bobina y se observa que la bobina continúa

saliendo.

- Se tensan los diferenciales.

- Ahora se despresurizan las mangueras, se quitan las prensas y se amarra un lazo

de polipropileno de 1/4” de diámetro en el extremo lado excitador.

- Se jalan ambas mangueras del lado excitador hasta que sale el lazo, se quitan las

mangueras de teflón y ahora se amarra una manguera de contra incendio de 1” de

diámetro.

- Si no pasa totalmente la manguera se presuriza y se golpea en ambos extremos de

la bobina.

- Se jala hasta que sale totalmente la manguera.

- La maniobra anterior se continúa haciendo hasta introducir cinco mangueras de

contra incendio.

CAPITULO III


Página 34

Figura 3.12 Introducción de la manguera contra incendio.

- Cuando la parte curva de la bobina ha pegado con la anterior se deja en esa

posición y entonces se comienza la maniobra de extracción con la bobina siguiente

de tal manera que ésta pegue con la que se aflojó y así sucesivamente hasta que

salga una de ellas.

- Se deberán de aflojar 4 o 5 bobinas para poder sacar una.

- Una vez que ha salido una bobina, las que siguen salen libremente.

- Para las bobinas superiores del estator se tienen que detener contra las bobinas

inferiores con un lazo de polipropileno para que al salir de la ranura no caigan de

golpe y colocar maderas de 4” x 2” en la ranura inferior para ser contenidas.

- Ya que han salido de la ranura se colocan dos diferenciales o montacargas

colgados del centro del generador con tornillos sobre la carcaza para dejar las

bobinas hasta que se apoyen en la parte inferior del estator.

- Para sacar las bobinas del interior del estator se coloca un estrobo de seda en el

extremo de la bobina del lado excitador y se levanta con la grúa viajera. En el otro

extremo se coloca un cartón o hule para que al arrastrar la bobina, ésta no se dañe

y tampoco dañe el laminado.

- Ya colocado el estrobo se jala y se desplaza con la grúa.

CAPITULO III


Página 35

Figura 3.13 Extracción de las bobinas con maquinaria y equipo adecuado.

- Una vez que está totalmente fuera, se coloca otro estrobo y se levanta para ser

colocados en los soportes de madera previamente instalados en el área designada.

Figura 3.14 Área donde se colocan y protegen las bobinas.

Figura 3.15 Estator sin bobinas.

CAPITULO III


Página 36

3.7 Limpieza de ranuras en el laminado del estator.

- Inicialmente se sopla el estator con aire a presión para desalojar los residuos de

impurezas que se desprendieron al extraer la cama inferior de bobinas.

- Se coloca un tapete de hule a lo largo del estator.

- Con una cuchilla y formón se procede a retirar la resina que quedó en las caras

laterales de las ranuras. Esta limpieza se hace deslizando el formón paralelamente

al laminado para no dañarlo.

- Se inicia por las ranuras de la parte superior del estator para que la resina que se

desprenda caiga sobre el hule colocado, en la parte inferior del estator.

- Con la aspiradora se recolecta la resina desprendida por el formón para que no

penetre a través de la separación de los paquetes laminares.

3.8 Limpieza de áreas interiores lado turbina y lado excitador.

- Inicialmente se recogen los residuos de aislamientos y sólidos más grandes con

escoba y recogedor.

- Enseguida se utiliza la aspiradora para extraer el polvo de las zonas más

escondidas.

- Después se sopletea con aire a presión.

- Se utiliza una cubeta con agua y jabón para aplicar con una fibra a las partes

mecánicas, soportes, ménsulas y carcaza del generador y se seca con franela.

- Para los aislamientos se utiliza acetona aplicada con brocha y trapo limpio.

Figura 3.16 Limpieza a las ranuras del estator.

CAPITULO III


Página 37

3.9 Limpieza de terminales de puentes, salida de fases y neutro del generador.

- Se coloca una charola de 30 x 50 cm debajo del conector y se aplica calor al mismo

con el soplete de gas butano.

- Ya caliente el conector, con la brocha se aplica pasta fundente y se quita el estaño

o soldadura.

- Lo anterior se realiza las veces que sea necesario hasta limpiar totalmente el

conector.

3.10 Preparación para el encintado de los conectores de puentes, salidas de fase y neutro del generador.

- Se coloca una charola debajo del conector para recibir el aislamiento que se va a

quitar.

- Se quita el aislamiento requemado por la soldadura.

- Después se utiliza una cuchilla muy filosa para desvanecer el aislamiento en forma

de punta de lápiz para que al colocar el nuevo aislamiento éste traslape

correctamente.

- El personal debe utilizar mascarilla y gogles debido a que el material es fibra de

vidrio y produce polvo.

3.11 Limpieza de conectores de los cabezales de las bobinas.

- Se utiliza un recipiente con estaño y se aplica calor con soplete hasta que el estaño

está completamente líquido, aproximadamente a 350 °C.

- Se sumerge el conector dentro del recipiente hasta que el conector tenga la misma

temperatura del estaño líquido.

- Se saca el conector y se limpia con cepillo de alambre o escobillón de plástico duro

hasta quitarle las impurezas y rebabas de cobre de tal manera que quede bien

limpio.

3.12 Prueba del CID al núcleo del estator.

- Una vez limpio el estator sin bobinas se realizó la prueba de El CID para detectar

circuitos cortos entre los paquetes de laminación del núcleo del estator

obteniéndose valores aceptables.

CAPITULO III


Página 38

- Dicha prueba tiene como objetivo detección de puntos calientes en el laminado del

estator.

Figuras 3.17 y 3.18 Realización de prueba del CID.

3.13 Realización de la prueba de la toroide / termovisión.

- Se realiza la prueba de la toroide para detectar puntos calientes el laminado.

Figura 3.19 Realización de prueba de la toroide al núcleo del estator.

CAPITULO III


Página 39

- Con una cámara termográfica se observan los puntos calientes del generador.

Figura 3.20 y 3.21 Termogramas de barras y ranuras respectivamente.

3.14 Aplicación de pintura semiconductora al núcleo del estator.

- Se coloco cinta masking tape en el diente o cresta de la ranura hasta 6 mm debajo

de la entrada de la cuña.

Figura 3.22 Colocacion de cinta masking tape.

- Se aplica pintura semiconductora en las caras laterales y el fondo de cada ranura a

todo el núcleo del estator.

Figura 3.23 Aplicación de pintura semiconductora.

14. 8°C

38. 0°C

15

20

25

30

35

S P 01

14. 8°C

38. 0°C

15

20

25

30

35

S P 01

CAPITULO III


Página 40

3.15 Realización de prueba de Alta Tensión.

- Se realiza la prueba de alta tensión a 75 kV, a los anillos de conexión durante un

minuto. Antes y después se efectua la prueba de resistencia de aislamiento.

Figura 3.24 Realización de prueba de alta tensión.

3.16 Reapriete de tornillos pasantes del lado del estator.

- Primeramente se marca sobre la tuerca y la parte fija.

- Con el torquímetro y el dado se inicia el apriete ajustando el torquímetro a 80 kg/m.

- Cuando opera el trinquete del torquímetro indicando que está al apriete ajustado, se

deja de apretar.

- Se verifica el ángulo de giro de la tuerca y se apunta en un formato específico para

este trabajo.

- La tuerca tiene un seguro el cual se puntea con punto de golpe una vez que ha sido

reapretado.

CAPITULO III


Página 41

Figura 3.25 Apriete de tornillos.

- Posteriormente se realiza prueba de resistencia de aislamiento a los tornillos

pasantes aplicando 500 Volts de C.D.

- Dicha prueba se realiza también entre tubos de ventilación de bobinas inferiores y

bobinas superiores.

- Se colocan rellenos semiconductores en el fondo de la ranura.

Figura 3.26 Colocación de rellenos semiconductores.

3.17 Inserción de bobinas al estator.

- Se coloca sobre el laminado del estator una cama de material liso de teflón, cartón o

hule para deslizar las bobinas.

Figura 3.27 Material para deslizar las bobinas.

CAPITULO III


Página 42

- Se levanta la bobina con la grúa y dos eslingas de seda desde sus apoyos o

soportes de madera hasta el estator lado excitador.

- Se apoya la bobina sobre un tablón y se coloca en el extremo lado generador un

cartón o material liso para que no dañe a la bobina al arrastrar sobre la madera.

- Se levanta la bobina con la grúa por el extremo contrario para iniciar la introducción.

Figura 3.28 Inserción de bobinas nuevas.

- Antes de la instrucción se aplica pintura semiconductora a las partes donde se

observa que está deteriorada debido al movimiento de la colocación.

- Por el extremo contrario a la grúa se guía la bobina para que no pegue sobre el

laminado.

- Cuando se ha introducido totalmente se quita la grúa y se detiene por ambos

extremos con diferenciales y entonces se procede a meterla con cuidado en la

ranura correspondiente.

Figura 3.29 Inserción de bobinas nuevas.

- Ya estando en la ranura, se procede a centrarla en ambos lados, se verifica que sea

equidistante en ambos lados.

CAPITULO III


Página 43

- Cuando ya se han metido más de dos bobinas se checa que exista la misma

separación por ambos cabezales.

Figura 3.30 Posición de cabezales.

- Y así sucesivamente hasta meter la penúltima bobina.

- El orden en que las nuevas bobinas fueron introducidas son:

- Inferiores. Se inicia a introducir la bobina de la ranura No. 9 y continúa con la No.

10, 11, 12, 13 y así hasta introducir la bobina número 8 en el sentido de las

manecillas del reloj visto desde lado excitador. Para introducir la bobina 8 se

levantan la No. 11, 10 y 9.

- Superior. Se meten las bobinas en sentido contrario a las manecillas del reloj visto

desde lado excitador comenzando con la de la ranura No. 18 y continuando con la

No. 17, 16, 15 y así sucesivamente hasta meter la No. 19. Para meter la No. 19 se

levantan las bobinas 15, 16, 17 y 18.

- Se realiza Inserción de rellenos semiconductores ondulados laterales en la cara de

la barra opuesta a la que recibe la incidencia del flujo de la ventilación de acuerdo al

sentido de giro del rotor.

- Dentro de cada devanado son introducidas baquelitas que son utilizadas como

semiconductores.

- De igual manera se introducen laminados aislantes dieléctricos, resinas en polvo y

liquidas epóxicas como aislamiento entre las bobinas y el núcleo del generador.

3.18 Inserción de la última bobina.

- Se introduce al interior del estator la última bobina que se va a instalar.

- Se eleva por ambos extremos con diferenciales y se descansa sobre unos polines de

2 x 4” colocados sobre el laminado del estator.

CAPITULO III


Página 44

- Se amarra la bobina por ambas curvas con lazo de polipropileno de 1/2” de diámetro

para que no se salga de su lugar.

- Se retiran ambos diferenciales para iniciar a sacar bobinas de las ranuras hasta que

peguen en las curvas de ambos extremos con la bobina inmediata superior.

- En esta ocasión se elevaron las bobinas en este orden: la No. 21 hasta pegar con la

No. 22, y luego la No. 20 hasta pegar con la No. 21 y así sucesivamente hasta levantar

la No. 13.

- Cuando se hace el levantamiento de las bobinas se van calzando por ambos

extremos para ir cambiando la maniobra de los diferenciales y estrobos de seda.

- Una vez levantada la bobina No. 13 se inicia la maniobra de bajar la bobina No. 12.

- Se colocan los diferenciales por ambos extremos de la bobina y ésta se inicia a

descender.

- Cuando desciende hacia la ranura correspondiente se inclina la bobina de tal manera

que primero bajen los cabezales y posteriormente se comienza a introducir la parte

recta de ésta.

- Cuando se ha introducido la bobina 12 se procede a centrarla tomando como

referencia la bobina No. 11 de tal manera que tenga el mismo claro entre cabezales.

- Después se procede a bajar las demás bobinas pero ahora en sentido contrario.

Primeramente se baja la bobina No. 13 y luego la No. 14 y así sucesivamente hasta

llegar a la primera que se levantó de la ranura para tal fin, en este caso fue la No.

21.Cuando las bobinas ya están centradas y ya se van a quedar fijas se les coloca

cordón o felpa dacrón impregnado con resina epóxica 815 con B002 (2 x 1) debajo de

la bobina y en los extremos del estator así como también se prensan con cuñas de

madera.

CAPITULO III


Página 45

Figura 3.31 Colocacion de semiconductores a las bobinas del estator.

3.19 Elaboración de amarres entre bobinas inferiores y aro de micarta.

- Primero se mete la felpa dacrón impregnada con resina epóxica 815 con B002 (2 x

1) entre bobinas y aro de micarta. En esta ocasión se utilizó un material especial

tipo manguera rellena con fibra de vidrio de 35 mm de diámetro.

- Con hilo de fibra de vidrio de 3 mm de espesor se hacen 7 vueltas de amarre bien

apretado utilizando guía de acero de cal. 18 de tal manera que sujete el cruce del

aro de micarta con la bobina en la sección más corta.

- Debe verificarse que no se crucen las vueltas y que estén bien pegadas para que

tenga mejor sujeción y además se vea estético el amarre.

- Para tensar el amarre de cada vuelta se utiliza un trozo de madera redondo de 1” de

diámetro por 15 cm de largo de tal manera que sirva de apoyo para jalarlo con

fuerza y no lastimarse la mano.

- Una vez realizados los amarres se aplica resina 815 con B002 (2 x 1) con brocha de

1” para que se peguen las vueltas de hilo entre sí y contra la bobina.

Figura 3.32 Encintado y elaboración de amarres.

CAPITULO III


Página 46

3.20 Elaboración de amarres de las bobinas inferiores contra los yugos o soportes.

- Primeramente se coloca relleno entre bobinas y yugo, ya sea felpa impregnada con

resina o relleno redondo de fibra de vidrio. En esta ocasión se colocaron 3

secciones de relleno tipo manguera o cilindros entre los yugos y bobinas

. Figura 3.33 Amarres de las bobinas inferiores con yugos y soportes.

- En algunos casos se metían dos piezas del relleno de mayor diámetro según se

requería.

- Después se hace el amarre utilizando hilo de fibra de vidrio de 3 mm de diámetro y

5 vueltas, verificando que no se crucen las vueltas y tampoco que se traslapen en el

orificio del yugo o soporte. Lleva tres amarres por soporte.

- Ya realizados los amarres se aplica resina epóxica 815 y B002 en proporción 2 a 1.

3.21 Elaboración de amarres entre bobinas en cabezales.

- Inicialmente se realiza un mapeo y se marcan en las bobinas los amarres que van a

realizarse, de tal manera que existen 9 amarres en promedio entre soportes o

yugos. Son tres hileras de tres amarres paralelos al yugo o soporte.

- Se hace una prueba para verificar y medir la cantidad de hilo que se va a utilizar en

el amarre y así no falte o sobre hilo.

- Se prepara el material a utilizarse: hilo, felpa, resina, guantes de hule látex, guía o

aguja, navaja, rellenos de fibra de vidrio de diferentes espesores.

- Se cortan tiras de 5 cm de ancho por lo que da la felpa de largo.

CAPITULO III


Página 47

- Utilizando una bandeja de plástico mediana con resina epóxica 815 y B002 en

proporción 2 a 1 se mete la felpa dacrón y se impregna perfectamente de resina.

- Se verifica el espacio entre bobinas y se selecciona el relleno de fibra de vidrio

adecuado.

- Se envuelve el relleno con la felpa impregnada y se mete en medio de las bobinas

donde ya se había señalado o marcado. El relleno debe entrar ajustado.

- Esta operación se realiza aproximadamente 8 a 10 veces de tal manera que dé

tiempo de realizar el amarre antes de que seque la resina (tiempo de secado

aproximado: 2 hrs.)

- Se procede a realizar el amarre, utilizando hilo de fibra de vidrio de 3 mm de

diámetro.

- Iniciando con las vueltas que unen ambas bobinas, pasando por arriba y abajo del

separador, cuidando que la felpa no salga de su lugar y quede sujetada por el hilo,

se hacen entre 8 y 10 vueltas.

- Después se realizan las vueltas entre bobinas, sujetando el relleno entre amarres.

El número de vueltas varía de 5 a 10 según el espacio entre bobinas.

Figura 3.34 Amarres entre bobinas y cabezales.

CAPITULO III


Página 48

3.22 Aplicación de resina al cordón de fibra de vidrio.

- Se prepara el equipo a utilizar, verificando que no existan fugas de aire. Para lo

anterior se hace una prueba de hermeticidad.

- Se coloca la aguja indicada de acuerdo al diámetro del cordón de fibra de vidrio.

- Se prepara resina 815 y B002 (2 x 1) y se vacía en la cubeta.

- Se inicia a aplicar la resina introduciendo totalmente la aguja de tal manera que se

le vaya aplicando de la punta hacia atrás.

- Debe verificarse que el cordón se cubra totalmente. Si es necesario, aplicar de

manera diagonal.

- Para aplicar al cordón que está entre las bobinas y el aro de micarta se utiliza la

aguja gruesa y se introduce de manera tangencial.

- Cuando se note que el equipo se calienta es el momento de dejar de inyectar la

resina y proceder a lavar inmediatamente el equipo para que no se tape.

Figura 3.35 Aplicación de resinas

- Se hace prueba de alto potencial a la 1ª capa de bobinas inferiores aplicando 75 kV C.D. durante un minuto con 90 µA de fuga.

- También se realiza prueba de resistencia de aislamiento antes y después de la

prueba con 5 kV C.D.

CAPITULO III


Página 49

3.23 Corrección de valores de resistencia entre ductos de ventilación de las bobinas

- Al realizar la medición de resistencia de aislamiento entre los tubos de los ductos

de ventilación debemos de obtener una lectura entre 200 y 20 000 Ohms.

- Si alguna lectura da baja resistencia se procede a verificar si es de algún extremo,

separando los tubos con una cuchilla muy fina.

- Cuando se ha detectado el lado de la falla se procede a colocar lámina de 0.5 mm

entre los ductos en corto y se corrige entrando a un valor aceptable.

- Si la lectura obtenida es alta se checan ambos extremos para especificar dónde

está la falla, una vez detectada se corrige metiendo entre los ductos cinta y pintura

semiconductora para bajar la resistencia.

- Cuando se han corregido las fallas se procede a encintar los extremos de los tubos

con cinta de fibra de vidrio y resina epóxica, si es necesario se coloca una prensa

para mantener los ductos en la posición correcta.

3.24 Instalación de sensores.

- Instalación de los detectores de temperatura, RTD´s, 100 Ohms de platino proporcionados por la C.T., así como fijación del cableado con felpa y resina epoxica.

- Instalación de los sensores de descargas parciales entre bobinas inferiores y superiores y de lado excitador, todos cortos.

Figura 3.36 Sensores instalados.

CAPITULO III


Página 50

3.25 Aplicación de soldadura en conectores.

- Preparación de conectores para soldar.

- Se inicia con los conectores dobles interiores.

- Se hace molde de papel nomex con las siguientes medidas para conectores dobles:

- Se coloca el papel nomex en el conector y se pega con cinta de fibra de vidrio con

adhesivo.

- Se cubre el conector con cinta de fibra de vidrio para amoldar el papel y sujetar bien

para que no salga la soldadura.

- Se le enreda cinta de trapo mojado en el paquete de soleras para que al llegar la

soldadura ésta se enfríe y no salga por en medio de las soleras.

- Se coloca el inductor y se inicia a calentar el conector.

- Se aplica la soldadura de barra 40 - 60 estaño y zinc respectivamente mediante el

orificio realizado en la parte superior del conector, aproximadamente 200 g de

soldadura.

- Con guantes de piel se toca el conector y se debe sentir muy suave sobre todo en

las áreas poco accesibles de tal manera que se verifique que la soldadura ya

penetró totalmente.

- Se golpea el conector o cerca del conector con un mazo de hule para que vibre y

penetre bien la soldadura.

- Se deja enfriar el conector y luego se desencinta verificando que la soldadura quedó

bien aplicada.

- Si no estuvo bien aplicada la soldadura o existen dudas, se repiten los pasos del 1

al 9 nuevamente.

- Debe aplicarse aproximadamente 300 – 350 °C y aproximadamente 200 g de

soldadura por conector.

- Se hace el mismo procedimiento que el anterior, la diferencia es solamente el tipo

de inductor el cual es más pequeño y el molde de papel nomex que se coloca antes

de aplicar la soldadura.

- Debe considerarse la inclinación del conector antes de prepararlo para soldar, o

sea, la preparación es alternada para permitir el acceso del inductor.

- Para la aplicación de soldadura del último conector o conector No. 8 bipartido o

doble se habilitó otro inductor debido a que el anterior no cabía lateralmente como

se soldaron los demás conectores, por lo que se efectuó acomodando el inductor de

frente.

- 6 conexiones cortas a realizar.

- 6 conexiones largas a realizar.

CAPITULO III


Página 51

Tabla 3.1 Muestra el orden en que se realizaron las conexiones.

TIPOS DE CONECTORES

No. Cabezal

LADO TURBINA

LADO EXCITADOR

1 Paralelo Paralelo con Z

2 Paralelo Cruzado


4 Cruzado Terminal Y

5 Paralelo Cruzado


7 Paralelo Cruzado

8 Paralelo Terminal W

9 Paralelo Cruzado


11 Paralelo Cruzado


13 Cruzado Terminal X

14 Cruzado Cruzado

15 Cruzado Paralelo con Z

16 Cruzado Cruzado

17 Cruzado Terminal V

18 Cruzado Cruzado


20 Cruzado Cruzado


22 Cruzado Terminal Z

23 Paralelo Cruzado


25 Paralelo Cruzado

26 Paralelo Terminal U

27 Paralelo Cruzado

3.26 Reacuñado del estator

- Para colocar las 33 cuñas por ranura hubo necesidad de recortar 3 cuñas normales

por ranura las cuales quedaron instaladas del lado turbina siendo éstas las No. 29,

30 y 31

- El ajuste de las cuñas de verificación quedó entre 0.0 y 0.30 mm ya que se utilizó

resorte ondulado original.

CAPITULO III


Página 52

Figura 3.37 Reacuñado del estator.

Figura 3.38 Manera en cómo se realizó el reacuñado.

3.27 Prensado de cabezales de bobinas.

- Se hace limpieza del cabezal quitando la soldadura que se impregna entre ductos y

los paquetes de soleras de cobre.

- Se prueba con el foco de 6 Watts, 127 V, que no haya corto circuito entre cobre y

ducto de ventilación, es decir, el foco no debe prender.

- Se verifica la resistencia entre ductos de ventilación checando que el valor esté

dentro del rango 200 a 20,000 Ohms. En caso de que esté fuera de rango, corregir

con pintura y lámina semiconductora.

- Preparativos para el prensado:

CAPITULO III


Página 53

- Cortar hojas de papel almida de 10 cm de ancho por 25 cm de largo

aproximadamente.

- Preparar el relleno entre conectores el cual debe ser de laina de fibra de vidrio de 3

mm de espesor x 25 mm de ancho y 15 a 20 cm de largo, según sea el espacio

entre conectores bipartidos y debe de ir envuelta con felpa y amarrada con hilo

cáñamo de tal manera que al oprimirla de un espesor entre 5 a 8 mm.

- Colocar prensa habilitada con dos placas de acero al carbón de 3/4” x 11.5 cm de

ancho por 45 cm de largo con tornillos de 3/4” por 6” de largo.

- Instalar papel almida impregnado de resina epóxica 15120 A (2 partes) y 15174 B (1

parte) entre el ducto y los paquetes de cobre, tanto en bobina superior como en

bobina inferior de ambos lados del ducto.

- Colocar relleno entre conectores impregnado con resina antes mencionada.

- Prensar el cabezal apretando los tornillos.

Figura 3.39 Prensado de cabezales del estator.

3.28 Colocación de resistencias en cabezales de bobinas.

- Colocar todas las 54 resistencias de lado turbina de 5 kΩ + 5%.

- Colocar 42 resistencias en el lado excitador y 12 en el lado turbina en bobinas de

cabezales correspondientes a las fases del lado excitador.

- Se retira el aislamiento del ducto y se limpia con ácido.

- Con un cautín de alta potencia (1000 Watts) se solda la resistencia en el conector

No. 6 y 7 según corresponda la serie de bobinas y el extremo de la resistencia de

soldar en el último ducto viendo del conector al ducto.

- Ya instalada la resistencia se forra con felpa y se amarra con hilo cáñamo. Debe ir

alojada en el espacio mayor entre el ducto y la solera.

CAPITULO III


Página 54

Figura 3.40 Colocación de resistencias.

3.29 Amarrado de conectores de los cabezales de bobinas.

- Ya prensado el cabezal y colocadas las resistencias en los cabezales que lo llevan,

se procede a lo siguiente.

- En una vasija de plástico de 3 Its. se mezclan los siguientes componentes:

Tabla 3.2 Mezcla para obtener resina epóxica.

Poliéster 100 % 1000 g

Catalizador 2 % 20 g

Acelerador 2 % 20 g

Polvo 140 % 1400 g

- Se utiliza una báscula para pesar los componentes y hacer la mezcla con las

proporciones correctas.

- Se colocan en las manos guantes de látex y se amasa la mezcla hasta que esté

totalmente homogénea.

- Teniendo la masa se aplica entre los conectores de tal manera que se llene

completamente el espacio entre ellos.

- Enseguida se coloca felpa de dacrón impregnada con resina al frente y atrás del

cabezal sobre los conectores bipartidos de modo que cubran la cara frontal y

posterior del conector.

CAPITULO III


Página 55

- Con cinta de mica se amarran los conectores, primero todos haciendo pasar la cinta

sobre la felpa y luego entre ellos para apretar fuertemente los conectores.

- Ya realizado el amarrado, se aplica con brocha resina epóxica 15120 A (dos partes)

y 15174 B (una parte).

- Se deja que seque la resina y al día siguiente se quitan prensas y se checa con foco

de 6 W a 127 V entre conectores y cobre.

Figura 3.41 Amarrado de conectores de los cabezales de las bobinas.

3.30 Preparación de cabezales para encintado

- Se prepara una pasta para rellenar los huecos y conformar el cabezal.

- Polvo - 1000 g

- Resina 15120 A 500 g

- Catalizador 1517 B 275 g

- Polvo - 140 %

- Poliéster 100 %

- Catalizador 2 %

- Acelerador 2%

- Se lleva aproximadamente 1.5 kg por cabezal.

- Al aplicar la pasta se utiliza talco para que no se pegue.

- Después de aplicado se hace pasar una cinta para verificar que ésta asiente

correctamente sobre el contorno del cabezal. En caso de que no sea así, se quitará

o añadirá más masilla para ajustar la superficie.

CAPITULO III


Página 56

Figura 3.42 Preparación para el encintado.

3.31 Encintado de cabezales.

- Se aplicaron 15 capas de aislamiento a base de mica de vidrio a las terminales de

fase, neutro y los cabezales de cada lado de estos en el lado excitador y de lado

turbina a los cabezales correspondientes, fase, neutro y cabezal es de cada lado de

los mismos y a los demás cabezales de serie tanto lado turbina como lado excitador

se aplican 12 capas.

- Al final de cada cabezal se coloca una capa de cinta termo contráctil T19/150 la

cual se calienta con pistola Mca. Raychem Thermogun Modelo 750 B 120 V, 60 Hz,

18 A, Max. Temperatura 1000 °C/538 °C.

Figuras 3.43 y 3.44. Encintado de cabezales

CAPITULO III


Página 57

- Ya amarrados los conectores de los cabezales y rellenado con masilla en las partes

donde no estorbe la colocación de las cajas de micarta, se colocan éstas cajas

cuidando que esté bien orientado el ducto de salida hacia el RTD.

- Se amarran las cajas con hilo de 3 mm de diámetro contra los conectores,

aproximadamente 8 vueltas.

- Se aplica masilla para rellenar los huecos y conformar el cabezal para su encintado.

- Se coloca el tubo “J” y se sujeta con cinta de fibra de vidrio. Debe ir orientando

hacia el centro del soporte del RTD.

- Se encinta el cabezal con cinta de mica y resina epóxica junto con tubo “J”. Se

hacen 12 capas.

- Para colocar el RTD previamente se hacen pruebas.

- Se mide la resistencia óhmica entre R - A y R - B. Debe dar 10 Ω a 25 °C.

- Se hace prueba de resistencia de aislamiento aplicado 1000 VCD con Megger valor

2000 MΩ o más.

- Se pinta el RTD con barniz rojo aislante dejando 10 mm de lado de la conexión sin

aplicar barniz.

- Se instala el RTD dejando un claro entre el soporte y el tubo “J” de 40 mm.

- RTD (sensores dentro de los cabezales del generador).

Figuras 3.45 y 3.46 Instalación de los RTD

CAPITULO III


Página 58

3.32 Aplicación de barniz aislante Después de haber concluido la reparación de los cabezales, se aplica con pistola barniz aislante para proteger el generador y dar una apariencia mejor. Enseguida se vuelve aplicar calor con lámparas de cuarzo de 1000 watts y 220 volts para secar el barniz.

Figuras 3.47 Aplicación de barniz aislante

Figura 3.48 Estator despues de haberle realizado una repotenciacion.

CAPITULO III


Página 59

3.33 Mantenimiento preventivo al excitador.

Se recomienda realizar dicho mantenimiento al sistema de excitación del generador

eléctrico para obtener un mayor rendimiento en el generador eléctrico.

Placa de Datos del Generador de imanes permanentes.

Generador de Imanes permanentes

20 kVA 420 Hz TYPE SFP

125 V 14 POLOS RATING CONT

92 A 0.95 FP TEMP RISE 60°C

3600 RPM 3 FASES

Figura 3.49 Excitador

CAPITULO III


Página 60

3.34 Revisión General del rotor de la excitatriz.

-Medir la resistencia de aislamiento con 500 VCD. El valor aceptable será mínimo a 1

Mega Ohm.

-Inspeccionar posibles daños o desgastes usando líquidos penetrantes o ultrasonidos,

para verificar algún posible daño en el material.

-En el acoplamiento inspeccionar la existencia de daños en el material o desgastes;

utilizar líquidos penetrantes para la verificar la inexistencia de grietas en el material.

-Inspeccionar el estado de los pesos de equilibrio y sujeción, en caso de detectarse

aflojamiento realizar reapriete y el tornillo deberá de asegurarse con arandela

antivibrante.

-Inspeccionar en los conductores flexibles la existencia de desperfectos, verificar por

percusión el grado de apriete de los tornillos, en caso de aflojamiento realizar un

reapriete y aplicar seguros.

-Inspeccionar correctamente el conductor flexible, de preferencia desarmar y aplicar

una capa de cinta de mica de vidrio con resina epoxy.

Figura 3.50 Excitador

CAPITULO III


Página 61

3.35 Revisión General de la excitatriz principal de C.A

-Inspeccionar un posible daño o fisura en los conductores de fase tanto en el tubo como en el

conductor vertical, especialmente en las zonas de anclaje.

-En el devanado medir la resistencia de aislamiento con 500VCD.Tomando en cuenta que el

mínimo valor admisible es de 1 Mega Ohm.

-Inspeccionar los tornillos mediante percusión al grado de aflojamiento, reapretar y asegurase

con arandelas antivibrantes.

Figura 3.51 Generador de corriente Alterna.

3.36 Revisión de la excitatriz tipo piloto (Imanes permanentes).

-Medir la resistencia de aislamiento en el estator con una fuente de 500 VCD. Tomando en

cuenta que el valor mínimo admisible es de 1 Mega Ohm.

-En el entre hierro se inspeccionar el huelgo entre los imanes y las bobinas del estator. El valor

admisible es + 10% de diferencias de huelgo entre caras opuestas. Dicha medición deberá

efectuarse a lo largo de la dirección axial.

CAPITULO III


Página 62

Figura 3.52 Generador de imanes permanentes.

3.37 Revisión General del rectificador rotativo.

Figura 3.53 Fusible.

-Se desensamblan los componentes del rectificador: fusibles, diodos rectificadores y

conectores.

-Retirar cuidadosamente los fusibles mostrados en la figura.

-Inspeccionar visualmente el testigo en los fusibles, si el testigo se encuentra levantado se

deberá sustituir el fusible.

-Inspeccionar el tubo de aislamiento para verificar posibles daños.

-Realizar una limpieza a los fusibles.

CAPITULO III


Página 63

-Aplicar una medición con ayuda de un puente de Kelvin, el resultado admisible no será mayor

de 300 micro Ohms.

Figura 3.54 Fusible.

Se retiran cuidadosamente los diodos rectificadores.

Se limpian cuidadosamente.

Se procede a realizar la prueba de corriente de fuga a los diodos, con una fuente de 900 VCD. El valor aceptable deberá de ser menor a 14 mili Amperes.

Figura 3.55 Diodo rectificador

Al terminar con el sistema general rotativo se procede al ensamble del excitador el cual después de haber sido verificado y haber cumplido con los lineamientos establecidos está en condiciones apropiadas para entrar en servicio.

CAPITULO III


Página 64

Figura 3.56 Excitador instalado después del mantenimiento

Capítulo IV

Análisis de las pruebas de

costo beneficio de la

repotenciación a un

generador de 360 MVA.

Dentro de éste capítulo se evalúan las condiciones físicas de los aislamientos

eléctricos de los devanados del generador, después de haberse repotenciado,

mediante un programa de pruebas eléctricas no destructivas. También se muestra

el análisis de costo y beneficio que se obtuvo al realizar dicha repotenciación.

CAPITULO IV

ANÁLISIS DE LAS PRUEBAS DE COSTO BENEFICIO DE LA REPOTENCIACIÓN

A UN GENERADOR DE 360 MVA

Página 67

4.1 Resultados de pruebas realizadas al generador.

Tabla 4.1.1 Datos de placa del generador.

DATOS DE PLACA DEL GENERADOR

TURBO GENERADOR

MITSUBISHI

N° DE POLOS 2

TIPO MB - J

N°. SERIE 22000392

POTENCIA 360 MVA

VOLTAJE DE ARMADURA 20 kV

CORRIENTE DE ARMADURA 10.392 A

RPM 3600

CONEXIÓN ESTRELLA

FASES 3

FRECUENCIA 60 Hz

FACTOR DE POTENCIA 0.9

VOLTAJE DE CAMPO 400 V

CORRIENTE DE CAMPO 3033 A

PRESION DE GAS 3 Kg/cm2

AISLAMIENTO DEL ESTATOR F

CAPITULO IV



Página 68

Figura 4.1 Conexiones de bobinas del generador.

Figura 4.2 Realización de pruebas.

Antes de realizar el protocolo de pruebas se realizó la prueba de alta tensión de

aguante en corriente alterna a 20 kV durante 1 minuto, el aislamiento del

devanado de cada una de las fases aguantó satisfactoriamente la tensión de

prueba acordada.

Tabla 4.1.2 Resultado de la prueba de alta tensión de aguante.

FASE % V Prueba kV I AT Frec.(Hz)

1

2 U 1 20 60

3

SATISFACTORIO Devanados 42.5°C Ambiente

33°C/27%HR

CAPITULO IV



Página 69


1

2 V 1 20 60

3


33°C/27%HR


1

2 W 1 20 60

3


33°C/27%HR

Como se observa en la tabla 4.1.2 los resultados de la prueba de alta tensión de

aguante son satisfactorios, por lo que es posible continuar con el protocolo de

pruebas al generador eléctrico.

Se le realizó el siguiente protocolo de pruebas al generador para detectar la

falla:

Resistencia de aislamiento y polarización.

Factor de disipación y capacitancia.

Descarga Parcial.

Descarga a la Ranura.

CAPITULO IV



Página 70

4.2 Resumen de resultados obtenidos.

Tabla 4.2.1 Resumen de los resultados obtenidos antes de la repotenciación.

PRUEBA

PROCEDIMIENTOS Y NORMAS

APLICABLES UNIDAD

VALORES OBTENIDOS

CRITERIO DE EVALUACION

RESULTADOS OBTENIDOS

ø U ø V ø W

Potencial aplicado CA

IEC 60034-2004 kV 20 20 20 20 kV c.a OBSERVACIÓN

Resistencia de

aislamiento IEEE Std 43-2000 M Ω 2155 2155 2155 >100MΩ SATISFACTORIO

Índice de polarización

10/1 IEEE Std 43-2000 Unidad 5.94 5.66 5.51 > 2 SATISFACTORIO

Descarga parcial a 11.54 kV

IEC 60270-2000 nC 66-102

42-45

33-52

< 30 nC OBSERVACIÓN

Descarga a la ranura a 11.54 kV

IEC 60270-2000 mA 98

R13 40 R4

60 R22

< 20 mA OBSERVACIÓN

Primero se aplica la prueba de tensión de aguante a 1.2 veces la tensión

nominal durante un minuto.

En la tabla 4.2.1 se realizó la prueba de resistencia de aislamiento a cada una

de las fases, llevándolas a 5000 VCD.

Se procede a realizar la prueba de descargas parciales y descargas a la

ranura energizando a la tensión nominal que es igual a

√ , en

cada una de las fases u, v, w.

Observaciones:

La barra 9 de la fase “u” no soporto la tensión de saturación equivalente a 11.5

kV, al ir aumentado la tensión físicamente se observa humo en la barra por lo

que se detuvo la prueba y se procedió a recomendar la rehabilitación de la

CAPITULO IV



Página 71

barra 9, dado que era necesario la extracción de la barra era recomendable

repotenciar todo el estator.

Figura 4.3 Termogramas antes de la repotenciación.

De esa manera se procedió a la repotenciación del estator del generador,

obteniendo los resultados siguientes una vez realizada la repotenciación.

Tabla 4.2.2 Resumen de los resultados obtenidos después de la repotenciación.

PRUEBA PROCEDIMIENTOS

Y NORMAS APLICABLES

UNIDAD

VALORES OBTENIDOS

CRITERIO DE EVALUACION

RESULTADOS OBTENIDOS

ø U ø V ø W

Potencial aplicado CA

IEC 60034-2004 kV 20 20 20 20 kV c.a SATISFACTORIO

Resistencia de

aislamiento IEEE Std 43-2000 M Ω 5047 4252 4479 >100MΩ SATISFACTORIO

Índice de polarización

10/1 IEEE Std 43-2000 Unidad 5.66 3.05 3.55 > 2 SATISFACTORIO

Como se observa, los niveles en el aislamiento aumentaron considerable

mente en cada una de las fases del generador, soportó la tensión de operación

que es de 5.77 kV, esta tensión se mantuvo en un promedio de 2 horas por

14. 8°C

38. 0°C

15

20

25

30

35

S P 01

14. 8°C

38. 0°C

15

20

25

30

35

S P 01

CAPITULO IV



Página 72

fase, no se encontró ninguna anomalía ni elevación de temperatura por lo que

el generador se encuentra en buenas condiciones para entrar en servicio.

Figura 4.4 Termografía del estator repotenciado.

4.3 Costo total de la repotenciación.

Tabla 4.3.1 Tabla comparativa de los costos de la repotenciación.

Empresa

Materiales necesarios

para la repotenciación

Mano de obra

Pruebas Costo total Tiempo (Días)

ALSTOM

Si Si Si 2’000,000.00

USD 70 - - -

SIEMENS

No Si Si 4’480,000.00

MXN 90 - 3’445,000.00 1’035,000.00

Si Si Si

FE 2’300,000.00 1’800,000.00 100,750.00

4’200,750.00 MXN

60

CAPITULO IV



Página 73

La tabla 4.3.1 realiza una comparativa de costos y tiempo sobre la repotenciación

realizada, se observa que FE (Fuerza Eléctrica) fue quien realizó el proyecto

debido a que se presentó un menor costo y tiempo.

Además del costo de la repotenciación, el cliente tendrá que considerar las

pérdidas económicas por ausencia de generación de energía eléctrica, a

continuación se describe un cálculo simple para estimar dichas pérdidas.

Considerando 60 días que durará el proceso y 300,000 kWh de producción

promedio (83.3% de la capacidad del generador).

Costo por kWh a precios corrientes: 152.41 centavos=1.52 pesos MXN*

Tiempo sin producción: 60 días=1140 horas

Capacidad de producción: 300,000 kWh

A continuación se calculan las pérdidas por cada hora sin generación:

P= (300,000)*(1.52)= 456,000.00 pesos MXN.

Esto nos indica que las pérdidas totales en los 60 días del proceso son las

siguientes:

Pt= (456,000.00)*(1140)= 519’840,000.00 pesos MXN.

*Dato proporcionado por SENER.

Costo total de la repotenciación= 524’040,750.00 MXN

4.4 Condiciones de entrega, pago y realización.

CAPITULO IV



Página 74

El tiempo del rembobinado es de máximo 60 días naturales a partir de la firma del

contrato, en condiciones de costo, seguro y flete en el sitio de la central

termoeléctrica.

4.4.1 Garantías.

Se entregará fianza para la garantía de los bienes o prestación de los servicios,

por la calidad y/o vicios ocultos de los mismos durante 12 meses después de su

entrega, en condiciones normales de operación.

4.4.2 Costo

Costo de los materiales necesarios para la repotenciación $ 2’300,000.00 MXP

Costo de la mano de obra $ 1’800,000.00 MXP.

Costo Total $ 4’200,750 MXP El precio esta expresado en pesos mexicanos.

Al costo se le agregara el 16% por concepto del IVA.

Condiciones de pago.

Pago anticipo del 40% del costo total, el resto o finiquito a los 15 días naturales

posteriores a la presentación de la factura respectiva y evidencia de entrega de los

bienes y servicios.

Alcance del Servicio y Materiales.

Reemplazo de rellenos semiconductores laterales de ranuras del estator del

Desensamble del generador y extracción del rotor.

Movilización de herramientas, equipo y materiales de rebobinado.

Inspección visual y levantamiento de la ubicación de los rellenos

semiconductores expuestos.

Extracción de cuñas de ranura del estator.

Apertura de uniones de bobinas de ambos cabezales y en conexiones

circulares.

Desarmar todos los anclajes y extraer los seguros en los cabezales de las

bobinas.

CAPITULO IV



Página 75

Extracción de las barras del devanado de armadura.

Limpieza e inspección visual a:

o Superficie del núcleo del estator.

o Estructura de ambos cabezales

o Carcasa del estator

Preparación para la validación de la reutilización de las barras del estator

Lijado de la superficie externa

Realizar reparaciones menores en aislamiento

Aplicación de pintura anti-corona

Prueba El-CID al núcleo laminado del estator

Aplicación de pintura al nucleó laminado del estator

Instalación de los rellenos de fondo de ranura

Instalación de las barras de fondo de ranura y sus rellenos semiconductores

laterales

Instalación de bloques laterales y amarres en cabezales

Pruebas eléctricas a las barras inferiores después de su instalación

Resistencia de aislamiento

Alto Potencial con corriente directa

Resistencia tubo-tubo

Resistencia tubo-cobre

Instalación de rellenos intermedios de ranura

Instalación de rellenos intermedios en ambos cabezales

Instalación de barras superiores y sus rellenos semiconductores laterales

Pruebas eléctricas a las barras superiores después de su instalación

Acuñado axial

Realizar la prueba EL CID

Alineación y Soldadura de conexiones en serie entre las barras superiores e

inferiores

Instalación de componentes de presión y tensión en cabezales

Soldadura de conexiones de fase

Polimerizado del devanado del estator

Prueba de respuesta a la frecuencia

Pintado de bobinas y núcleo.

CAPITULO IV



Página 76

Realizar pruebas eléctricas finales.

Resistencia de aislamiento

Alto Potencial con Corriente Alterna

Índice de polarización.

Material incluido en el alcance.

Rellenos semiconductores laterales 1 set

Cuñas axiales y rellenos de ranuras 1 set

Pinturas y resinas 1 set

Uniones de extremos de barras y soldadura 1 set

Consumibles de uso normal 1 set.

Cinta termocontráctil.

Cinta de fibra de vidrio.

4.5 Beneficios de la repotenciación.

Se implementó un mejor aislamiento, menos robusto y más resistente a la

temperatura. Gracias al nuevo barniz y pintura aislante aplicada al estator se

consiguió eliminar los puntos calientes que existían.

Debido a las mejorías que se le hicieron al estator se logró incrementar la tensión

de generación a 13.8 kV, con esto se cumple con la tensión normalizada en

México.

Este generador tiene una potencia nominal de 360 MVA y para el efecto de la

generación se está utilizando más del 80% de su capacidad (300 MVA).

Se tiene la garantía de que en 15 años no será necesario un mantenimiento

correctivo, reduciendo los costos de mantenimiento, ya que, durante este lapso

sólo se realizará mantenimiento predictivo y preventivo. Cabe mencionar que esta

repotenciación es más barata que adquirir un nuevo generador por ello que se

tomó esta decisión.

CAPITULO IV



Página 77

Lo que respecta al excitador se le hizo un mantenimiento preventivo para mejorar

sus condiciones de operación y asegurar una correcta excitación para el

generador.

CONCLUSIONES


Página 76

Conclusiones.

Existen diversas formas de repotenciar un generador eléctrico, esta tesis se basó en una de ellas, la decisión de repotenciar fue tomada ya que el estator se tenía descargas parciales y aflojamiento en el aislamiento interlaminar de las bobinas que con el tiempo fueron deteriorando el aislamiento del estator. Al realizar un mantenimiento preventivo se detectó un sobre calentamiento en el núcleo y en la barra 9 de la fase u, observando salida de humo y calentamiento en el estator por lo que con ello se tomó la decisión de repotenciar el estator del generador la cual se le implemento un mejor aislamiento, de esta forma se redujo la probabilidad de fallas en el estator, en el aislamiento, en la ranuras, evitar descargas parciales, puntos calientes, fricción entre rotor y estator ocasionado por desprendimiento de aislamiento entre laminaciones. En consecuencia se utilizaron nuevos diseños en bobinas, se consiguió reducir soportes de cabezales y se acoplaron materiales modernos. Se alargó la vida útil del generador y la disponibilidad de operación.

El beneficio primordial de esta repotenciación es evitar la adquisición de un nuevo generador fomentando el ahorro económico.

REFERENCIAS


Página 77

Referencias.

[1] TIPPENS E., PAUL. Física, Conceptos y aplicaciones, Séptima Edición, Mc Graw Hill., 782.

[2] Teoría electromagnética Murphy… pendiente

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica 5:20 pm 04-11-12

[4] FINK G.DONALD / BEATY WAYANE.H. Manual de Ingeniería Eléctrica, primera edición en

español, Mc Graw Hill,,,

[5] http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resistencia/ke_resistencia_1.htm 5:50pm 04-11-12

[6] http://enciclopedia.us.es/index.php/Inductancia 6:20pm 04-11-12

[7] http://www.duiops.net/hifi/enciclopedia/impedancia.htm 6:50pm 04-11-12

[8] ENRIQUEZ HARPER., GILBERTO. Maquinas eléctrica, Primera Edición, Limusa Noriega editores, 514.

[9] Spissu G. 2001, Conferencias Sobre ciclos combinados en el mercado energético mexicano, Plantas de repotenciación con GT11N2, ALSTOM, México.

[10] Alexis Fries, 2000, Conferencias Sobre ciclos combinados en el mercado energético mexicano, GT11N2 Una Tecnología Poderosa. ALSTOM, México.

[11] Instituto de Investigaciones Eléctricas, Curso de diagnóstico para generadores eléctricos,

Cuernavaca, Morelos, México, 2008.

[12] IEEE Std 43-2000(R2006), IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of

Rotating Machinery. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 3 Park Avenue, New

York, NY 10016-5997, USA.

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resistencia/ke_resistencia_1.htm

http://enciclopedia.us.es/index.php/Inductancia

http://www.duiops.net/hifi/enciclopedia/impedancia.htm

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/13260/1/Tesis_1.pdf · 2017....

Documents

Transcript of INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/13260/1/Tesis_1.pdf · 2017....