ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

PROCEDIMIENTOS DE MANTENIMIENTO DE LOS BOBINADOS Y NÚCLEODE LOS GENERADORES DE CENTRALES PISAYAMBO, AGOYAN Y

ESMERALDAS

RAFAEL GUSTAVO RODRÍGUEZ HIDALGO

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIEROELÉCTRICO ESPECIALIZA™ SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

QUITO, ABRIL DE 1997

CERTIFICODE TESISDIRECCIÓN

QUE EL PRESENTE TRABAJOFUE REALIZADO BAJO MIPOR EL SEÑOR RAFAEL

\E%A HIDALGO-.

INC. NHLTO,DIRECTOR

RIVADKNEIRA V

AGRADECIMIENTO

AL INGENEIRO MILTONRIVADENEIRA V. POR SUACERTADA DIRECCION Y APOYOCONSTANTE PARA EL DESARROLLOY CULMINACION DE PRESENTETRABAJO.

A LA MEMORIA DE MI PADREAL SACRIFICIO DE MI MADREAL APOYO DE MIS HERMANOSDE MI ESPOSA Y DE MIS HIJOS

Í N D I C E

Pág.

CAP ITULO 1 INTRODUCCION 01

1 . 1 Objet i vo 06

1.2 Alcance 06

CAPITULO 2 PROCESOS DE ENVEJECIMIENTO DE

LOS GENERADORES 09

2.1 Deterioro del Aislamiento del bobinado del

Estator 10

2.2 Deterioro del Núcleo del Estator 20

Deterioro el e 1 Rotor.... 23

CAPÍTULO 3 MATERIALES USADOS EN LA REPARACIÓN

DE GENERADORES 27

3.1 Barnices 28

3.2 Resinas Aislantes 29

3.3 Cintas Aislantes........ 32

3.4 Cintas y Cordones de Amarre 34

3.5 Láminas Ai s 1 antes 35

3.6 Placas Aislantes 37

3.7 Materiales y Pinturas Semiconductoras y

I

Graduadores 41

3 . S So Idaduras 44

CAPITULO 4 MANTENIMIENTO DE GENERADORES 45

4.1 Clasificación del Mantenimiento 46

4.2 Mantenimiento Predictivo 47

4.3 Mantenimiento Preventivo.... 48

4.3 Mantenimiento por Falla 51

4.4 Manten i miento Emergente 52

4.5 Mantenimiento Mayor 52

CAPITULO 5 PRUEBAS ESPECÍALES DE MANTENIMIENTO

DE GENERADORES 70

5.1 Factor de Potencia del Aislamiento ~0

5.1.1 Tip-üp del Factor de Potencia 73

5.1.2 Factor de Potencia y Tip-Up de bobinas

de Repuestos 76

5.1.3 Equipos de Prueba ,, 81

5.1.4 Va lores Referenciales 85

5.2 Descargas Parciales 88

5.2.1 Métodos de Medición de las Descargas

Parciales 89

5.2.2 Medición de la Energía Integrada de

1 as Descargas 92

5.2.3 Medición de las Descargas Parciales

en Línea 94

II

5.2.4 Voltaje de Radio Influencia 98

5.2.5 Medición de la Carga Aparente 100

5.2.6 Medición de las Descargas con el

Probador Electromagnético - Descargas

a la Ranura 106

5.3 Pruebas del AisIamiento ínter 1aminar

del Núcleo . * * . . 113

5.3.1 Prueba del Toro i de 116

5.3.2 Prueba de EL-CID 124

CAPITULO 6 REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DE LOS

G E N E R A D O R E S DE P I S A Y A M B O , AGOYAN ,

ESMERALDAS.

6.1 Reporte fie la Pruebas Eléctricas del Generador

N°1 de la Central Hidroeléctrica Pisayambo.. 134

6.1.1 Estado del Generador 136

6.1.2 Pruebas Eléctricas de Diagnóstico del

Generador 139

6.1.3 Pruebas al Aislamiento del Estator 140

6.1.4 Pruebas a 1 Rotor 157

6.1.5 Síntesis de los Resultados Obtenidos en la

Inspección y Pruebas del Generador 158

6.1.6 Recomendac iones 160

6.2 Reporte de las Pruebas Eléctricas del Generador

N°2 de la Central Agoyan 162

6.2.1 Estado del Generador 166

6.2.2 Pruebas Eléctricas de Diagnóstico del

III

Generador 169

6.2.3 Pruebas del Aislamiento del Estator 170

6.2.4 Pruebas al Rotor 191

6.2.5 Síntesis de los Resultados Obtenidos en la

Inspección y Pruebas del Generador 194

6.2.6 Recomendac iones.... 196

6.3 Reporte de las Pruebas Eléctricas del Generador

de la Central Esmeraldas 198

6.3.1 Estado del Generador 200

6.3.2 Reparaciones Efectuadas 203

6.3.3 Pruebas Eléctricas de Diagnóstico del

Generador 205

Pruebas del Aislamiento del Estator 206

Pruebas al Rotor 218

Inspección EX-POST 219

Síntesis de los Resultados Obtenidos en las

Reparaciones y Pruebas del Generador 224

6.3.8 Recomendac iones 227

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones 229

Recomendaciones., 231

Bibliog rafia 233

Apéndice A A-l

Apéndi c e B ....B-1

IV

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

I N T R O D U C C I Ó N

Las unidades de generación de propiedad del INSTITUTO

ECUATORIANO DE ELECTRIFICACIÓN - INECEL - que conforman

actualmente el Sistema Nacional Interconectado, han entrado

en servicio en forma p a u l a t i n a , a p a r t i r del año 1976, para

satisfacer la demanda c r e c i e n t e del País, y en base a un

programa p l a n i f i c a d o , previsto en los dos Planes Maestros de

E l e c t r i f i c a c i ó n , elaborados para el decenio 1966-1976 y para

el quinquenio 1978-1983. Este proceso se inició con la

entrada en operación de la Central a gas Estero Salado NQi

(Gonzalo Zevalíos) y ha cont inuado en forma sostenida hasta

la puesta en servicio de la fase C del complejo de generación

del Río Paute, en el año de 1992.

CENTRAL

GONZALO ZEVALLOS

GUANGOPOLO

PISAYAMBO

GONZALO ZEVALLOS tJ1 2

GONZALO ZEVALLOS N1 3

SANTA ROSA

PAUTE FASES A - B

ESMERALDAS

AGOYAN

PAUTE FASE C

TIPO

GAS

DIESEL

HIDRÁULICA

VAPOR

VAPOR

GAS

HIDRÁULICA

VAPOR

HIDRÁULICA

HIDRÁULICA

Nf INSTALADOS

30.94

31.20

76,00

73.00

73,0051.00

500.00

132.49

156.00575.00

AÑO DE OPERACIÓN

1976

1977

1977

1978

19801981

1982-1983

1982

198?

1992

Cuadro N° 1.1 Generación de 1 SNI

El INECEL posee 26 generadores eléctricos, operados por la

DOSNI, dispuestos en 4 centrales térmicas y en 3 centrales

hidroeléctricas, con t iempos de servicio que van desde los

21 años de las unidades más antiguas, hasta los 5 años de las

instaladas últimamente en la fase C del Paute.

Durante este período se han presentado en los generadores un

número relat ivamente bajo de problemas técnicos de

importancia, como son: la falla a tierra del bobinado de 1

generador NQ 1 de la Central Pisayambo en el año de 1980; la

apertura del bobinado de campo de los generadores 1 y 2 de 1

Agoyán, en los años 1993 y 1994, y el desprendimiento de

parte del laminado de un paquete del núcleo del estator, y

posterior falla a tierra de la fase B del generador de la

Central Térmica Esmeraldas, en el año 1995.

E1 mantenimiento realizado en los generadores eléctricos se

circunscribía en lo si guíente: 1 impieza e inspección visual

de sus partes internas; medición de la resistencia óhmica de

los bobinados estator ico y rotórico; moni toreo de 1

aislamiento en base a la medición de la resistencia, con

voltaje continuo; y la medición del factor de pérdidas o

factor de potencia, a un voltaje de 2 KVac.

Estas pruebas si bien es cierto, permiten tener una idea del

estado del aislamiento, especialmente del grado de su

contaminación con humedad y polvo, no son suficientes para

evaluar su estado interno, esto es, el contenido y

Pag. 2

proliferación de cavidades, principales signos de su

deter ioro.

El avance científico y tecnológico en este campo, ha

permitido el desarrollo de nuevas técnicas y equipos que

facilitan llevar un control minucioso y profundo del

deterioro de los generadores, especialmente del núcleo y del

aislamiento de los bobinados. Esta tecnología de punta se

aplica en otros países desde hace unos pocos años, con

resu1tados satisfactorios y, en nuestro Paí s, se tuvo la

oportunidad de aplicarla en los últimos overhaules de los

generadores de Pisayambo, Agoyán, Gonzalo Zevallos y

Esmera 1 das.

Las nuevas pruebas que se han incorporado en este proceso

de análisis son las siguientes:

i.- Factor de potencia del aisl amiento con 2 y 8 KVac,

determinación del tip up. (AFP entre 2 y 8 KVac)

2.- Descargas Parciales por fase.

3.- Descargas a la ranura.

4.- Determinación de puntos calientes en el núcleo, con EL-

CID (Detector Electromagnético de Imperfecciones en el

Núc1 eo) y con el Toro ide o Loop Test.

Estas pruebas se las debe ejecutar en todos los generadores

del Sistema Nacional, tomando en cuenta que la mayoría han

sobrepasado el tiempo máximo indicado por los fabricantes

Pag. 3

para estas inspecciones. Los resultados que se obtengan

permitirán determinar el estado real de los mismos y los

posibles problemas que pueden estar desarrollándose, para de

ser el caso, realizar los correctivos que sean necesarios.

El Japan lere Council, en su estudio para determinar algunos

criterios de evaluación del estado de los aislamientos de la

clase F, a base de mica y resinas epóxicas, encontró que el

voltaje residual de ruptura del aislamiento de las bobinas,

decrece en forma abrupta después de aproximadamente 15 años

de operación.

El fenómeno indicado se debe fundamentalmente al deterioro

de la aislac ion, debido a una acción conjunta de 1 as

descargas parciales y a los esfuerzos mecánicos y térmicos

que se presentan en los sucesivos arranques y paradas y en

las continuas variaciones de carga. Como causas adicionales

de importancia se señala al deterioro producido por la

vibración electromagnética y el rozamiento del bobinado con

el núcleo, así como la actividad de descargas a la ranura.

Dr. Shuichi Aki, Japan IERE Council, "An InsulationDeterioration Diagnostic Method for Generator Windings",February, 1991

Pag. 4

Sign

O*OH4

*AAV<§>O©o

©

Gen.

A

BCD

EF

G,

G3

H

1

J

Raled voltage

11.0 kV

13.2 kV8.6 kV

11.0 kV13.8 kVIB.BkV

15,4kV15.4 kV13,8kV

22.0 kV

12.0 kV

Raled oulput

3 8 M V A

45 MVA10MVA35M VA8 5 M V A

110 MVA

295 MVA

295 MVA

150 MVA

442 MVA

262 MVA

Int.

P

PP

EP

EEEE

EE

Machine Annual VR drop rale a

Hydro

HydroHydroHydroPumpedPumped

TurbineTufbineTufbine

Tufbine

Turbine

1.8-2.2%3.1 -3.2%

3.6-3.8%2 5 - 3 2 %2.0-2.1%1.5- 1.9%

1.4-2.2%

2.5-4 .0%0.8- 1.5%

0.6-1.4%

1.0-1.3%

(Note) • • •<* *: Windings, P: Polveiter. E: Epa*y

a: Average valué - wont valué I- |V0 - VKJ/V( J -iwhere V0: initial breakdown valué. V,: breakdown vatue a l ter lapie

£ 100ET

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| 80

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0

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- .- uV x ~* "**Xj** —.

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\* <Q ******* y-¿> ^

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x /*Y> ~^* -s. c^ <^ " **vCi f°^ r\»^ w ^>^\ ^^fci\\í S "^

Generator G3 x ^ ^ >y v v-*\ O & Q N ^

\ XN \Pxv A / \ 6^. C* Generator B \.

^ \c

^ ^ \ H[ Tjx |

"N, \lDielectric sUength required lor operation \j

\: Rated voltage *|l *

i t i i i i10 20 30

Fig N° 1.1 Variación del Voltaje Residualde Ruptura del Aislamiento con los años de servicio

Pag. 5

O B J E T I V O

Poner a disposición de los profesionales responsables de la

operación y mantenimiento de generadores eléctricos, los

principios básicos para la evaluación del estado del

aislamiento del núcleo y de los bobinados, así como las

diferentes actividades de overahul que deben ejecutarse en

todas las partes del generador.

A L C A N C E

En la primera parte de este trabajo, se presenta en forma

resumida los procesos de deterioro o envejecimiento que se

desarrollan en los aislamientos y en el núcleo, debido a los

diferentes esfuerzos a los que se encuentra sometido el

generador durante toda su vida ú t i l .

El mantenimiento mayor o de overhaul de un generador debe ser

una actividad con obj et ivos muy definidos y met i cu losamente

planificada, por lo que se expondrá a continuación el listado

de las actividades a desarrollarse en cada una de las partes

constitutivas, con una descripción sucinta de la forma cómo

deben ejecutarse, los puntos de mayor atención y los

objetivos que se persiguen.

Se ha puesto especial atenc ion en presentar, en una

referencia bastante explícita, los diferentes materiales

aislantes que se usan actualmente en las reparaciones

Pag. 6

parciales de ios generadores, cuyo conocimiento facilitará

su planificación y ejecución.

Se expondrán en síntesis, los fundamentos de las pruebas de

diagnóstico de generadores que se utilizan actualmente en el

País, con algunos criterios técnicos de soporte para la

evaluación de los resultados. Se analizarán, como casos de

aplicación, los resultados obtenidos en los mantenimientos

de overhaul realizados en las Centrales de Agoyán, Esmeraldas

y Pisayambo, así como las reparaciones realizadas.

Pag. 7

DATOS GENERALES DE LOS GENERADORES DE LAS CENTRALES

PISAYAMBO AGOYAN Y ESMERALDAS

CARACTERÍSTICA

UBICACIÓN

MARCA

FUERZA KOTRIZ

CAPACIDAD NOMINAL

VOLTAJE NOMINAL

CORRIENTE NOMINAL

FACTOR DE POTENCIA

POLOS

I/ÜLT'AJE DE EXCITACIÓN

CORRIENTE DE EXCITACIÓN

R.F.M,

FRECUENCIA

CONEXIÓN DEL ESTATOR

CLASE DE AISLAMIENTO

ENFRIAMIENTO

SERVICIO

PUESTA EN SERVICIO

PISAYAHBQ

TUNGÜRAHUA

ALSTÜOH

HIDRÁULICA

40.000 UVA

13.800 V

1,673 A

0,95

14

191) Vdc

800 A

514.3

60 Hz

ESTRELLA

V (MICA-ISOTENAX II)

AIRE-AGUA

CONTINUO

197?

AGOTAN

TÜNGÜRAHÜA

KITSUBISHI

HIDRÁULICA

85.000 UVA

13.800 V

3,566 A

0.9

32

310 Vdc

862 A

225

60 Hz

ESTRELLA

"F" (EPQXICA-KICAl

AIRE-AGUA

CONTINUO

198?

ESMERALDAS

ESMERALDAS

ERCOLE MARELLI

VAPOR (BUNKER)

155.882 KVA

13.800 V

6.522 A

0.85

2

230 Vdc

1320 A

3600

60 Ü2

ESTRELLA

T (THERMALASTIC)

HIDROGENO-AGUA

CONTINUO

1982

Cuadro N° 1.2

Pag. 8

CAPITULO 2

PROCESOS DE ENVEJECIMIENTO DE LOS

GENERADORES

Una vez que un generador inicia su operación comere ial,

generalmente trabaja sin problemas durante algunos años,

t iempo que depende de varios factores, siendo los más

importantes: diseño de los equipos, tipo de operación,

nive les de mantenimiento, impactos del medio ambiente y

contingencias del sistema eléctrico.

Todas las partes de los generadores hidráulicos se diseñan

para que soporten durante toda su vida ú t i l , los esfuerzos

mecánicos de al menos un arranque y parada diario, con un

nivel y frecuencia de mantenimiento adecuados.

En el Sistema Nacional Interconectado, las centrales

hidráulicas normalmente se utilizan como potencia base, pero

debido al estiaje o escasez de agua en ciertos meses del año,

están sujetos a continuos arranques y paradas. " El

deterioro del generador se acelera con cada arranque y

parada, y equivale a una reducción de 10 horas del tiempo de

vida útil de la máquina".

ABB Generation, Refurbishment and uprating of hidro powergenerators, pág. NQ 2, 1985.

Pag. 9

En países industrializados, se ha observado que de las fallas

que ocurren en una estación de generación, le corresponde al

estator aproximadamente el 70 %, del cual, casi la totalidad

tienen lugar en el bobinado.

El conocimiento de ios procesos de deterioro del núcleo y de

la aislación de los bobinados, permite de una manera muy

objetiva, programar, ejecutar y evaluar las act ividades de

los mantenimientos predictivos, preventivos y correctivos.

El proceso de envejecimiento del aislamiento se produce por

la contribución de varios factores, los cuales se clasifican

bás icamente, en los siguientes cuatro grupos:

1 . - Esfuerzos térmicos

2.- Esfuerzos eléctricos

3.- Esfuerzos mecánicos

4.- Impactos del medio ambiente

1.- ESFUERZOS TÉRMICOS.-

El envejecimiento térmico está muy relacionado con las

reacciones químicas y cambios de estado físico de los

componentes de 1 ais 1amiento, que se encuentran en contacto

con el cobre y la atmósfera. Por pequeño que sea el

incremento térmico, puede causar efectos considerables.

Pag. 10

Existe una regla práctica que dice: "El tiempo de vida de un

sistema de aislamiento se reduce en un 50 % si la temperatura2

se incrementa en 10 arados Kelvin".

Las reacciones químicas, aparte de la formación interna de

gases, causan que la aislación se torne reseca, endurecida,

quebrad iza, con pérdida apreciable de elasticidad.

Los ciclos térmicos producidos por las variaciones de carga,

acentúan los esfuerzos en la interfase conductor-ais1 ación,

y dentro de la aislación misma, debido a las diferentes

características de dilatación térmica que poseen el cobre y

los materiales aislantes, originándose una separación de las

diferentes capas del aislamiento, y del conductor con

respecto a la aislación (laminación del aislamiento).

Durante la operación, las bobinas presentan un movimiento

relativo con respecto al núcleo que se encuentra a una

temperatura inferior, y en ese proceso de expansión y

contracción, se producirán daños en la superficie de la

bob i na por rozamiento con la 1aminac ion.

2.- ESFUERZOS ELÉCTRICOS.-

La degradación eléctrica se produce por presencia de campos

eléctricos que actúan sobre el aislamiento, en largos

2ABB Generation, Refurbishment and uprating of hydro power

generators, pág. 5, 1985.

Pag. 11

períodos de tiempo. El proceso degenerativo se acentúa

cuando el generador opera en condiciones de sobre excitación,

en presencia de transitorios de sobre voltaje o en pérdidas

bruscas de carga.

Descargas parciales internas.-

Las descargas parciales es quizás el factor más importante

en la degradación eléctrica del aislamiento; consiste en

pequeñas descargas localizadas en cavidades o huecos del

aislamiento, que quedan en el proceso de impregnación de la

res ina.

Las cavidades I lenas de aire se encuentran sujetas a campos

eléctricos grandes en proporción a la constante dieléctrica

del aislamiento sólido circundante; esta situación, sumada

a que la rigidez dieléctrica del aire es menor que la del

sólido, resulta en descarga o rompimiento del espacio de aire

a voltajes muy inferiores a los requeridos para perforar el

sol ido.

Las descargas internas producen la ionización del aire,

formando ozono, gas contaminante muy corrosivo que ataca las

superficies de aislamiento c i reundante.

El flujo de corriente producida por la descarga es

relativamente débil, por la alta resistencia del dieléctrico

que se encuentra en serie con las cavidades, pero como el

Pag. 12

deterioro progresa, aparecen descargas en las cintas

aislantes que cambian químicamente las propiedades de la

resina, produciéndose una línea de falla, con reducción del

espesor efectivo del aislamiento y su consecuente

perforación.

RESIMA

ENCINTADO

/ / * r t f / f * / f f f / /

CONDUCTOR

CAVIDAD e:

_ ENTrtECL-> / /"7 V 7 f t /"/ />/""" CCNlXíCTCRYEL

Cü.NUJCTOX

fíg. NQ2.1 Deterioro del aislamiento

Descargas a la ranura.-

Son descargas que se producen entre la superficie del

aislamiento del bobinado y el núcleo cuando se presentan

campos eléctricos en las paredes del aislamiento, en donde

se ha deteriorado o removido la pintura semiconductora de ranura.

Pag. 13

La pintura semiconductora, por su contacto directo con el

núcleo, pone la superficie del aislamiento de las bobinas a

un potencial cercano a tierra, y a la vez, reduce el campo

eléctrico en cualquier espacio de aire a un valor inferior

al de descarga.

Al existir un número bajo de contactos de bobina con el

núcleo, se presentan concentraciones de esfuerzos en esos

puntos, que provocarán un deterioro térmico de la pintura

semiconductora (material grafitado). Las vibraciones

mecánicas y electromagnéticas, que normalmente son de doble

frecuencia (120 Hz) , ocasionarán la remoción de esta pintura

en los puntos de contacto.

En resumen, el fenómeno de descargas a la ranura compaginado

con las vibraciones, desgastan las superficie del aislamiento

de las bobinas, con el consecuente aparecimiento de polvo

amarillo en las ranuras.

Para evitar una concentración excesiva de esfuerzos sobre el

aislamiento en las esquinas del núcleo, al final de la

ranura, se aplica una capa de pintura semiconductora de alta

resistencia, 11 amada también pintura graduadora, sobre la

pintura de sección de ranura, la cual pone a tierra la

superficie del aislamiento de los cabezales de bobina, en una

longitud determinada.

Normalmente, la pintura semiconductora de ranura sobresale

Pag. 14

en los dos lados del núcleo una distancia igual a la altura

de los dedos de presión. A partir de ese punto, se apiica

la pintura graduador a en una longitud de 12 a 15 cm,

dependiendo del diseño del bobinado y de 1 voltaje de

operación, debiendo existir un traslape de 1/2 a 1 pulgada

con la pintura semiconductora.

CROQUIS INDICATIVO PABA LA APLICACIÓN DE LAS PIífTURAS GRADIENTE Y SEMICONDUCTORA EN LOS CABEZALESDE BOBINAS.

A- Long qu* lobrciilt d«ll»inid« ti dtdo di —

prtiiín,

B. Lo«5 (••} d«d« por Ii

,2Vi10

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15. O KV 8. 70 ••.

17.0 KV B. «3 Kf l .

SlJKXCO*»

UII 1 I I I

Fig. NQ 2.2 Pinturas semiconductoras de bobinas

El tras lape y toda la pintura graduadora se encuentra

protegida con una envoltura de cinta de fibra de vidrio, en

Pag. 15

una o dos capas.

Luego de cualquier reparación se debe resanar cuidadosamente

la pintura semiconductora, asegurándose un buen contacto

entre la capa nueva y la existente,

Se ha observado que la resistencia de la pintura graduadora

de los cabezales, decrece a medida que se incrementa el

voltaje del sistema, o cuando se eleva el voltaje en las

pruebas de diagnóstico del ais 1 amiento, como la del factor

de potencia, fenómeno que incide en los resultados.

Se ha observado también que las propiedades graduadoras de

la pintura, se reducen cuando existe condensación de humedad

en la superficie del aislamiento. De igual forma, con el

paso de los años esta pintura se degenera, perdiendo sus

carácter!sti cas semi conductoras, or iginando una concentración

excesiva de esfuerzos en el extremo de la pintura conductora

de ranura, y el aparecimiento de efecto corona e esos

sectores (caso de la Central Pisayambo).

Los sistemas de aislamiento terraoplásticos (mica en hojuelas,

resina o barniz de goma laca, asfaltos) por ser más dúctiles,

para voltajes nominales bajo 7 KV no requieren medidas para

preven ir las descargas a la ranura.

Con los modernos sistemas de aislación a base de resinas

sintéticas duras, las descargas a la ranura se pueden formar

Pag. 16

en generadores con voltajes nominales inferiores, debido al

menor espesor del ai si amiento. Adicionalmente, su mayor

dureza no permi te tener un buen contacto con la superficie

del núcleo.

Descargas parciales entre el cobre y el aislamiento.-

Son descargas en la interfase conductor-ais1 amiento cuando

existe separación del aislamiento de la superficie del

conductor.

Igual que las otras descargas, producen gas ozono que degrada

químicamente el aislamiento, provocando fal las, especialmente

entre espiras o entre los hilos del conductor.

AISLAMIENTO- TERMQPLASTICO RESINA SINTÉTICA

DESCARGAS EN LA INTERFASE

COBRE - AISLAMIENTO

DESCARGAS A LA RANURA

Fig. NP. 2.3 Descargas parciales en bobinas del estatorAislamientos termoplásticos y epóxicos.

Pag. 17

Se ha observado que los sistemas de aislamiento del tipo

termoplástico son susceptibles de descargas parciales en la

interfase cobre-aislamiento, y los sistemas a base de resinas

epóxicas, a descargas parciales a la ranura y al deterioro

de la pintura semiconductora*

3.- ESFUERZOS MECÁNICOS.-

Son esfuerzos electromecánicos de compresión y vibración a

que están expuestos los bobinados durante la operación de 1

generador. Dependen del flujo magnético y de la potencia del

generador, y por su naturaleza, tienen el doble de la

frecuencia del generador.

Los movimientos y vibraciones provocan el desgaste del

aislamiento, pudiendo causar fracturas del mismo en los casos

extremos.

Estas fuerzas provocan altas vibraciones en los cabezales de

bobina, ocasionando un aflojamiento de los conductores, daños

en las conexiones y en la aislación, pero las más peligrosas

son las que actúan en la sección de ranura.

Si las bobinas no están adecuadamente acuñadas, éstas pueden

vibrar en la ranura, produciendo un debilitamiento de la

protección de corona y daño del aislamiento.

Ante esta situación, es urgente un reacuñado de la ranura,

Pag. 18

utilizando elementos semiconductores como rellenos laterales

y materiales como contracuñas y rellenos ondulados para

prevenir a la bobina de vibraciones de tipo radial.

Por su dureza, los actuales sistemas de aislamiento a base

de resinas sintéticas o epóxicas, son más propensos a daños

con estos tipos de vibraciones, en comparación con los

aislamientos termoplásticos, los cuales se engrosan

ligeramente con la temperatura, estableciéndose un buen

contacto con las paredes del núcleo; además, un aislamiento

más suave es menos sensible a las vibraciones.

4.- IMPACTOS DEL MEDIO AMBIENTE.-

Un medio ambiente agres ivo incluye la exposición del

aislamiento a gases corrosivos como el ozono, humedad,

agentes químicos y polvo.

Los agentes corrosivos afectan la aislación y algunas veces

también al cobre de los conductores.

La humedad puede ser absorbida por la aislación, causando una

reducción de las características dieléctricas y una posible

separación de las capas del aislamiento, a través de fuerzas

capilares.

Las partículas de polvo pueden ingresar con el aire de

enfriamiento para depositarse en el núcleo del estator, en

Pag. 19

las bobinas y en los ductos de ventilación, reduciendo la

capacidad de transferencia de calor y el consiguíente

incremento de la temperatura de todo el conjunto.

DETERIORO DEL NÚCLEO DEL ESTATOR

Todos los esfuerzos señalados anteriormente atacan también

al núcleo del estator, el cual presentará signos de

deterioro, con los años de operación.

Los incrementos de temperatura pueden dañar el aislamiento

de la laminación del núcleo, con la subsecuente generación

de cortocircuitos entre láminas y la presencia de puntos

calientes localizados.

Ai perderse el aislamiento ínter!amínar, la presión de

consolidación del núcleo disminuye, provocando que ciertas

láminas vibren, en especial las correspondientes a los

paquetes superiores, con el riesgo de que por fatiga del

material, puedan fracturarse y desprenderse, ocasionando

daños de consideración en todo el generador.

La vibración de la laminación y de los dedos de presión

causarán adicionalmente daños en el ai si amiento de los

bobinados del estator.

La compresión inicial del núcleo disminuye con los años de

operación, debido básicamente al proceso de reacomodo de las

Pag. 20

láminas en presencia del flujo magnético del generador.

Normalmente, el torque residual permanente se alcanza luego

de tres a cuatro años de puesta en servicio el generador, y

debe ser de valor suficiente para garantizar el apriete del

núcleo y la ausencia de vibraciones Ínter laminares. Un

ajuste inicial inadecuado de los pernos de presión puede

originar por lo tanto, un aflojamiento del núcleo y el

desgaste del ai si amiento ínter laminar.

F ig. 2.4 Compres ion del núcleocon los años de servicio.

Por su gran tamaño y facilidades de transporte, los estatores

de generadores hidráulicos, pueden ser construidos en partes

y ensamblados en el sitio.

Todo el núcleo está expuesto a procesos de dilatación térmica

del material, ejerciendo presiones muy altas a la carcasa

Pag. 21

exterior, la cual se encuentra auna menor temperatura. Esta

presión sobre los parantes de la carcasa, puede ser

suficiente para que se produzcan deformaciones del laminado

en forma de ondulaciones, fenómeno que a su vez, provoca la

disminución o la pérdida de presión que ejercen algunos dedos

de presión sobre el núcleo.

En Agoyán, el estator fue ensamblado en fábrica y

transportado en cuatro secciones, las mismas que fueron

acopladas en sitio, teniéndose las uniones en las ranuras NQs

31, 91, 151 y 221.

Un generador construido de esta manera puede generar

vibraciones de tipo magnético pues, a la onda fundamental de

flujo se sumaría una armónica causada por el fraccionamiento

del núcleo. Adicionalmente, en las uniones del núcleo se

presentan esfuerzos mecánicos debido a las dilataciones

térmicas de las partes, provocando deformaciones del laminado

en esos sectores.

El operar el generador continuamente con alta carga reactiva,

produce un sobrecalentamiento del núcleo y corrosión

electrolítica de las barras de la carcasa que lo soportan.

Esta corrosión se debe a la circulación de corriente por las

barras en presencia de flujo magnético disperso, al no

existir una un i formidad del núcleo en esos sectores.

Pag. 22

En igual forma, en condiciones de sub excitación del

generador, con factor de potencia en adelanto, se producen

sobrecalentamientos de los dientes del núcleo, especialmente

en la parte escalonada y en los paquetes correspondientes a

las cuñas de candado, debido a una circulación de corrientes

de Eddy o parásitas en los dedos de presión, por presencia

de flujo magnético disperso, en dirección axial. Situaciones

similares se producen durante las operaciones asincrónicas

de la máquina.

DETERIORO DEL ROTOR.-

Las fallas eléctricas en los rotores no son muy frecuentes,

debido a los bajos nive les de voltaje con los que trabajan.

Los esfuerzos térmicos y mecánicos son las principales causas

de su deterioro.

Los polos del rotor, las uniones interpolares y el bobinado

de amortiguamiento, están sujetos a esfuerzos mecánicos,

producidos por la fuerza centrí fuga de rotación, y a

esfuerzos térmicos debidos a la circulación de corriente y

al flujo magnét ico de 1 generador.

Estos esfuerzos pueden provocar fracturas de los sistemas de

aislamiento de los polos y de las uniones interpolares, si

éstas son de un diseño rígido y sin un adecuado anclaje a la

11 anta del rotor, (caso de la Central Agoyán), así como

también de las uniones y barras de cortocircuito de la jaula

Pag. 23

de ardilla del bobinado de amortiguamiento.

Para disminuir los efectos de los esfuerzos mecánicos, el

anclaje de los polos al núcleo del rotor se diseña con dos

y hasta con tres colas de milano (elemento del núcleo del

polo de forma trapezoidal), dependiendo de la velocidad de

giro y del tamaño de la máquina; además, en los generadores

de alta velocidad, se disponen cuñas interpolares para evitar

los esfuerzos tangenciales sobre los polos.

Los esfuerzos térmicos elevados provocarán el deterioro del

aislamiento de las bobinas polares, el aparecimiento de

cortos circuitos entre espiras y una deformación de la forma

de onda generada.

El aislamiento de las bobinas está construido a base de papel

de asbesto y resinas epóxicas o fenolicas, y los más

recientes, a base de papel nomex impregnado con epóxica.

Pag. 24

FIG

*

2.5

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crqI NCRCSO DE SUBSTANCIAS

EXTERNAS f ABRASIVAS

DURANTE EL MONTAJE —

RAYADO DEL NÚCLEO

AFLOJAMIENTO

DEL NÚCLEO

DISMINUCIÓN DE LA RI-

GIDEZ EN EL EXTREMO

DEL NÚCLEO

EN LAS CAPAS

DE AISLAMIENTO

DEL NÚCLEO

SOBRECALENTAMIENTO

DAÑO DEL. NÚCLEO

VIBRACIÓN

DEL NÚCLEO

VXBRACION ANORMAL

DE LAS BOBINAS

FRACTURA

DEL NÚCLEO

FALLA DEL AISLAMIENTO

DE BOBINAS

FUSIÓN DEL

DEL. NÚCLEO

FIG =* 2. Bb SECUENCIR TIPICP DE FRl_l_RS

EN RISLRMIENTOS MICR-EPOXICR

AFLOJAMIENTO DE CUÑAS

DE RANURA

NS

MOVIMIENTO DE BOBINAS

VIBRACIONES

CONTACTO ELÉCTRICO DÉBIL

ENTRE UA SUPERFICIE DEL

AISLAMIENTO v EU LAMINADO

DE LA RANURA

to O\S FLOJAS

DAROS EN LA PINTURA SEHICONDUCTORA

DE PROTECCIÓN DE CORONA

ELECTROEROS10N

DEL AISLAMIENTO

DESCARGAS PARCIALES

CENERACION DE OZONO

DAÑO DEL AISLAMIENTO

POR ABRASIÓN MECÁNICA

INTENSA ACTIVIDAD DE DESCARGAS A LA RANURA

DANOS EN EL AISLAMIENTO PRINCIPAL

DANOS EN LAS CUNAS r RELLENOS

PERFORACIÓN ELÉCTRICA DEL AISLAMIENTO

CAPITULO 3

MATERIALES UTILIZADOS EN LA REPARACIÓNDE GENERADORES

MATERIALES UTILIZADOS EN LA REPARACIÓN DE

GENERADORES

En vista de la necesidad de iniciar los mantenimientos

mayores o de overhaul en la mayoría de los generadores del

INECEL, el conocimiento de los diversos materiales que se

uti l i z a n en las reparaciones de generadores, permitirá una

planificación adecuada de las actividades y una ejecución

segura de las mismas.

Hasta los años sesentas se utilizaron como materiales

aislantes, el papel, la mica en hojuelas, las cintas de seda

o de algodón y láminas de asbesto, y como medios

aglutinantes, la resina fenólica, la goma laca y productos

asfa 11 icos.

Con el avance de la técnica, se dispone ahora de nuevos

materiales, como las resinas sintéticas tipo epóxica, la

fibra de vidrio; conservándose la mica, por sus excelentes

características dieléctricas y de protección contra el efecto

corona, ya sea en forma de cinta, en hojuelas o en polvo.

Los mater iales aislantes que se utilizan actualmente se los

puede clasificar en los siguientes grupos:

Pag. 27

i.- Barni ees

2.- Resinas epóxicas

3.- Cintas aislantes

4.- Cintas y cordones de amarre

5.- Láminas aislantes

6.- Placas aislantes

7 . - Pinturas conductoras y semiconductoras.

8.- Sodaduras

1.- BARNICES

Se los utiliza como recubrimiento final del núcleo y de los

bobinados del estator y polos del rotor, para proteger 1 os del

polvo y de la humedad. Tienen buena resistencia química al

agua, ácidos, a los aceite lubricantes, álcalis, solventes.

Se los usa también como impregnantes en bobinados de máquinas

de bajo vo i taje.

Los más comunes son el barniz Glyptal rojo de la General

Electric, y de la Dolph's, el ER-41 . Algunas de sus

propiedades son las siguientes:

Secado: Temperatura ambiente

Color: Transparente o rojo

Densidad: 0.88 a 0.90 a 20 °C

Temperatura: 160 "C

Rigidez dieléctrica: 1.500 a 2.000 V/mil. en seco

1 1 mil = 0.001 pulg.

Pag. 28

1.- Barnices

2 . - Resinas epóxicas

3.- Cintas ais 1antes

4 . - Cintas y cordones de amarre

5.- Láminas aislantes

6.- Placas ais 1 antes

7.- Pinturas conductoras y semiconductoras.

8.- Sodaduras

1.- BARNICES

Se los utiliza como recubrimiento final del núcleo y de los

bobinados del estator y polos del rotor, para protegerlos del

polvo y de la humedad. Tienen buena resistencia química al

agua, ácidos, a los aceite lubricantes, álcalis, solventes.

Se los usa también como impregnantes en bobinados de máquinas

de bajo vo1taje.

Los más comunes son el barniz Glyptal rojo de la General

Electric, y de la Dolph's, el ER-41. Algunas de sus

propiedades son las siguientes:

Secado: Temperatura ambiente

Color: Transparente o rojo

Densidad: 0.88 a 0.90 a 20 °C

Temperatura: 160 "C

Rigidez dieléctrica: 1.500 a 2.000 V/mi1 . en seco

1 1 mil = 0.001 puig.

Pag. 28

Para reparar el aislamiento del laminado del núcleo se

utilizan barnices clase H, que soportan altas temperaturas;

poseen excelentes propiedades de flexibilidad y adhesión.

Se curan al calor o a temperatura ambiente. Entre los más

utilizados tenemos el HI-THERM BC-346-A, de la DOLPH'S, sus

características principales son las siguientes:

Color: Transparente.

Solvente: Thinner Dolph's T-100.

Rigidez dieléctrica: 4000 V/míl.

Temperatura: 180 *C {clase H).

Resistencia al calor

215 °C: 20.000 horas

205 "C: 40.000 horas

Posee excelentes propiedades de penetración e impregnación.

2.-RESINAS AISLANTES

Para la confección o reparación de los aislamientos, se

utilizan las resinas como medio aglutinante de las capas de

cintas de mica y fibra de vidrio, lográndose con esto un

aislamiento homogéneo, libre de cavidades y con una buena

característica anticorona.

Existen algunas clases de resinas: poliester, fenólica, de

s i 1 icón, etc.; las de mayor uso, por sus características

técnicas, son las epóxicas, curadas al ambiente.

Pag. 29

Estas resinas son plásticos termofi jados, de fácil manejo y

aplicación. Vienen en dos partes, la resina propiamente

dicha y el agente de curado o catalizador, que luego de

mezclarse, aproximadamente por 3 minutos, producen una

reacción exotérmica, con un descenso de la viscosidad.

Permiten un tiempo de aplicación que oscila entre 15 minutos

y 24 horas. El tiempo de curado varía de acuerdo al tipo de

resina; las más comunes se encuentran alrededor de las 24

horas.

Las resinas de mayor uso son:

- Epikote 815 y Epon R 815 de la Sell

- Epoxylite G-230.

- Araldi te

- Pirel1 i

- BASA EN-263.

- HYSOL R9-2039 con endurecedor HD3404, de INDAEL - México

- Poliester ISOTENAX 2

En el montaje de los generadores de la Central Agoyán se usó

la resina epóxica Epikote NQ 815 de la Shell; en la Central

Paute las resinas epóxicas Araldite y Pirel1 i, y en la

Central Pisayambo, la resina poliester ISOTENAX 2.

A Continuación se presentan algunas características técnicas

de las resinas Epon 815, Epoxylite G-230 y Araldite,

utilizadas en el INECEL, en las ült imas reparaciones

Pag. 30

parciales:

Proporción resina/catalizador en peso:

Gravedad específica:

Conduct ívidad térmica:

Resistencia a la tensión:

Resistencia a la compresión:

Absorc ion de humedad:

Resistencia al calor:

Rigidez dieléctrica:

Resistividad Volumét r i ca:

Res ist ividad superficial:

Resistencia al arco:

Punto de inflamación:

Almacenamiento:

4/1

1. 142

1.4g-cal/hr/cm /cm/° c

9.000 PSI a 22 °C.

32.000 PSI.

0. 1% a 25 "C.

Clase F

500 V/mil.

2xl016 ohm-cm.

7xlOU ohms.

110 seg.

71 °C.

Máximo 1 año, en am-

bientes secos a 20°C.

La resina HYSOL R9-2039 de Indael (México) es una resina de

baja viscosidad y alta penetración, se la utiliza para

impregnar y aislar las laminaciones del núcleo de los

estatores que han sido afectados por fallas eléctricas o

mecánicas, luego de ser reparadas.

Características técnicas:

Proporción resina/catalizador en peso: 100/11.

Tiempo de curado al ambiente: 24 Hrs.

Gravedad específica a 25°C: 1.15-1.17 (ASTM D1475)

Pag. 31

Resistencia a la compresión: 16.000 PSI.

Resistencia volumétrica: 7.7 x 10 ohms

3.- CINTAS AISLANTES

Cinta de mica.-

La cinta de mica constituye el material de aislamiento básico

de las bobinas de generadores, por sus altas propiedades

dieléctricas, térmicas, resistencia al efecto corona, et c. .

Se aplica traslapada al 50% y sobre una primera capa de cinta

de fibra de vidrio; la cantidad de capas aglut inadas con

resina epóxica depende de los niveles de tensión del

generador, por ejemplo, un voltaje de 13.8 KV fase-fase

necesita alrededor de 13 capas de cinta de mica de espesor

de 0.007 pulg. Normalmente se pone una o dos capas de cinta

de fibra de vidrio al final, para darle una adecuada

resistencia mecánica y protección al conjunto.

La mica es un material muy delicado y viene en hojuelas o

escamas, o en forma de láminas; requiere de una fina cinta

de fibra de vidrio o de papel como refuerzo, para

proporcionarle una adecuada resistencia mecánica,

flexibilidad y espesor uniforme. Es de fácil aplicación, aún

en los sitios de las bobinas de diseño complicado.

Pag. 32

Algunas características técnicas:

Resistencia eléctrica

Clase:

espesores:

650 a 1100 V/mil.

165 a 180 °C.

0.0045 pulg. a 0,007 puig

Cinta de fibra de vidrio.-

Esta cinta tiene grandes propiedades mecánicas, adicionales

a las eléctricas y térmicas, por lo que su uso, básicamente,

es de protección mecánica del ai si amiento principal.

La cinta de fibra de vidrio natural viene en espesores de

0.007 pulg. por i, 3/4 y 1 pulg. de ancho; o combinada, con

las siguientes características de temperatura:

Vidrio barnizado con poliester:

Vidrio barnizado con epóxica:

Vidrio barnizado con silicón:

Vidrio - Mylard - Epóxi:

Vidr io - Rubber - Silicón:

130 °C

155 "C

180 °C

155 °C

180 *C

La cinta de fibra de vidrio natural, no tratada, tiene una

resistencia a la rotura de 165, 234 y de 310 Lbs. , para 1/2,

3/4 y 1 pulgada de ancho.

Especificaciones de la G.E.:

Especificaciones de la Westinghouse:

Pag. 33

A2L12B y A2L7B

41514

Cinta de Mylard.-

Es una cinta de poliester, con una gran resistencia mecánica

y dieléctrica. Fabricada por la DuPont Company.

Temperatura de trabajo continuo:

Punto de fusión:

Resistencia a la tensión:

Voltaje de ruptura:

150 *C

250 °C

20.000 PSI.

10.000 a 20.000 V.

Según los espesores

Es resistente a la mayor parte de productos químicos; viene

en espesores de 0.003, 0.005, 0.0075, 0.009. 0,010 y 0.014

pulgadas.

4.- CINTAS Y CORDONES DE AMARRE

Se u t i l i z a estos materiales para amarrar las cabezas de

bobina entre sí, y para sujetar todo el conjunto a los

anillos de soporte.

Existen cintas y cordones de fibra de vidrio tratados con

resinas especiales, a base de poliester, que se curan con la

temperatura. Resisten temperaturas de hasta 155 °C, vienen

en cordones de 1 a 5 mm. de diámetro y en cintas de 1/2 a 1

pulgadas de ancho.

Para facilitar el trabajo de amarre de los cabezales de

Pag. 34

bobina, existen cintas de dacrón termocontrácti les, de buenas

características mecánicas; soportan hasta los 155 °C.

Previo al amarre, las cabezas de bobina se separan con

bloques de material aislante, envueltos con tiras de algodón

poliester, embebidas de resina. Las tiras de algodón vienen

en diferentes espesores, las más usadas tienen 4 a 8 mm, y

5 a 10 cm. de ancho.

5.- LAMINAS AISLANTES

Papel Nomex 410.-

Es un papel de fibra de aramida, producida a partir de un

polímero poliamídico resistente a la temperatura, con una

clasificación de 220 °C.

Se lo u t i l i z a para aislar las espiras, especialmente de las

bobinas polares del bobinado de campo.

El nomex 410 posee buenas propiedades dieléctricas, que no

varían con la humedad; es resistente a los productos químicos

como solventes, resinas, barnices y aceites; alta resistencia

a la tracción y rasgado; no propaga la combustión y no se

deforma a altas temperaturas, lo que evita cortocircuitos

entre espiras.

Pag. 35

Características técnicas:

Espesores :

Resistencia a la tensión:

Resistencia dieléctrica:

0.002 pulg. a 0.030 puíg.

21 a 580 Lbs/pulg2.

21 a 28 KV/mm.

Nomex 410 TM es una marca registrada de E.I. Dupont, de

Nemours and Co. Inc,

Mylar.-

Son láminas de poliester de la Fábrica Dupont, poseen

excelentes propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas.

Resistencia dieléctrica 25 °C:

150 °C:

Resistencia superficial ohm/cuadro:

Resistencia de aislamiento:

7 KV/mi1.

6 KV/mi1.

1016 Ohms

1012 Ohms

Láminas de asbesto.-

Estas láminas, combinadas con resinas epóxicas, se utilizaban

para aislar las espiras de los bobinados de campo de los

generadores, como es el caso de la Central Agoyán; si bien

es cierto, este sistema posee una buena resistencia a la

temperatura, presenta una gran dificultad para los trabajos

de reparaciones.

Pag. 36

6.- PLACAS AISLANTES

Podemos citar a la Baquelita, al Celorón, a la Fibra Roja de

Poliester y al Lamicoi, materiales de muy alta resistencia

mecánica, eléctrica y térmica.

Con estos materiales se construyen las cuñas de ajuste de

ranura; los rellenos de ajuste frontal bajo las cuñas; las

tiras y bloques espaciadores de bobinas de sección de ranuras

y de cabezales; los bloques aislantes para el soporte de

cabezales de bobinas en los anillos de retención; col lares

de aislamiento y rellenos de ajuste de bobinas de los polos

del rotor, entre otros usos.

Baquelita.~

Fácilmente maquinable, adecuado para resistir altos voltajes

en condiciones bajas de humedad. Construida a base de resina

fenólica, con refuerzo de papel.

Propiedades:

Resistencia de aislamiento:

resistencia a la flexión:

Temperatura máxima de operac ion:

Resistencia Dieléctrica:

Espesores:

IxlO5 Mohms.

15.000 Lb/pulg2.

138 °C (Clase B) .

40 - 60 KV (Min).

De 1/64 pulg. a 2 pul;

Pag. 37

Celorón.-

Material constituido por tela y resina fenólica. Uso

mecánico y eléctrico. Posee alta resistencia mecánica al

impacto, con calidades excelentes para el maquinado, y una

baja absorción de agua.

Propiedades:

Resistencia dieléctrica:

Resistencia a la flexión:

Temperatura máxima de operación:

Espesores:

15 - 40 KV (Min).

17.000 Lb/pulg2.

135 °C (Clase B).

1/32 pulg a 4 pulg

Fibra roja (Poliester).-

Resistente al arco y a elevadas temperaturas, con propiedades

de retardo y auto extinción de la llama. Material a base de

resina poliester, con tela de fibra de vidrio de refuerzo.

Viene en diferentes grados, de acuerdo a la clasificación

NEMA:

GPO-1 : Lámina económica de api i cae iones muí tiples.

GPO-2 : Lámina resistente a la 1 lama.

GPO-3 : Lámina resistente a la llama y a la tracción.

EHC : Lámina resistente a altas temperaturas.

Pag. 38

Propiedades:

Resistencia dieléctrica;

Resistencia de aislamiento:

Resistencia a la 1 lama, varí a

de acuerdo al grado:

Tiempo de retardo:

Tiempo de quemar:

Resistencia a la flexión:

Temperatura de operación:

Espesores:

350 a 425 V/mil.

1 x 105 Mohms.

De 57 a 100 seg.

De 328 a 20 seg.

21.000 a 27.000 Lb/pulg2

130 °C GPO1-2-3 (Clase B)

155 °C EHC (Clase F).

1/32 pulg. a 2 pulg.

Para cuñas de estatores, la lámina de poliester de vidrio,

con la calidad más alta, es la de Grado EHC.

Lamí coi (Epóxica).-

Son láminas compuestas de tela de fibra de vidrio y resina

epóxica. Posee altas propiedades de aislamiento y retardo

a la llama. Mantienen las propiedades eléctricas y mecánicas

a elevadas temperaturas. Alta resistencia al impacto.

De acuerdo a la clasificación NEMA, vienen en dos grados: G-

10 y G-ll.

Pag. 39

Propiedades:

Resistencia al calor

Corto tiempo: 175"C (G-10), 205°C (G-ll).

Continuo: 130°C (G-10), 155°C (G-ll).

Resistencia dieléctrica: 550 V/mi1.

Resistencia de aislamiento: 1 x 10 Mohms.

Resistencia a la flexión: 60.000 Lb/pulg2.

Resistencia al arco: 100 a 127 seg.

Espesores: l/16pulg. a l p u l g .

Existe un material conocido como G-9, compuesto de un

refuerzo de tela de fibra de vidrio y resina melamínica;

posee buenas carácter!sti cas mecánicas y eléctricas. La

ligadura entre las capas laminadas de vidrio es débil; se

utiliza para aplicaciones en donde se requiera separar las

láminas, como es el caso de las tiras de relleno, entre las

cuñas de ranura y el lomo de la bobina.

Propiedades del G-9

Resistencia dieléctrica: 550 V/Mil.

Resistencia a la compresión: 70.000 Lb/pulg2.

Resistencia a la flexión: 58.000 Lb/pulg2.

Resistencia al arco: 192 Seg.

En las reparaciones realizadas en las centrales

hidroeléctricas Agoyán y Pisayambo, se uti1 izaron cuñas y

Pag. 40

materiales de relleno de la clase G-1Q.

1.- MATERIALES Y PINTURAS SEMICONDUCTORAS Y GRADUADORAS

Pinturas .-

La aplicación de las pinturas semiconductoras y graduadoras

en las superficies exteriores de las bobinas, t iene por

objeto eliminar los esfuerzos debidos a campos eléctricos que

se presentan en la superficie del aislamiento de las bobinas,

causa principal de las descargas parciales a la ranura y del

efecto corona externo, en los cabezales.

La pintura semiconductora de baja resistencia, compuesta a

base de carbón o grafito, se aplica en la sección de la

bobina que se encuentra dentro de la ranura, y la pintura

graduadora o semiconductora de alta resistencia, a base de

carborundum ó de carburo de silicón, en los cabezales del

bobinado.

Las siguíente son las pinturas que se usaron en las

reparaciones parciales de los generadores del INECEL:

Pinturas Semiconductoras.~

Glyptal NQ 9921 Marca General Electric

- VON ROLL ISOLA NQ 8003

SIB 643 (The Swiss Insulating Works Ltda)

Pag. 41

- Mitsubishi NQ SIB.

Las carácter!sti cas principales de estas pinturas son

Color: Verde ó gris obscuro .

Tiempo de aplicación: 1 Hora.

Secado: 24 Horas.

Espesor: 1/1.000 Pulg.i

Resistencia superficial: 2.000 a 20.000 Ohms/cuadro .

Pinturas Graduadoras,-

- VON ROLL I SOLA NQ 8002

- Mitsubishi NQ SIC NQ 1200

Características técnicas:

Color:

Viscocidad:

Resistencia superficial:

Gris obscuro.

520 a 25°C cP±15%

l . l x l O 8 - 1 .3x l0 9 Q/cuadro a

5Kv/cm.

MaterJales Semiconductores.-

Estos materiales semiconductores se utilizan como rellenos

laterales de las bobinas, para conseguir un ajuste adecuado

iOhms/cuadro = Resistencia de un tramo de pintura

semiconductora, de longitud igual al perímetro de la sección deuna bobina.

Pag. 42

en la ranura y a la vez, garantizar el contacto de la pintura

semiconductora con el núcleo.

Los materiales más comunes son: papel impregnado con grafito

o carbón y láminas rígidas de fibra de vidrio con resina

graf i tada.

En ¡a Central Pisayambo se utiliza fieltro carbonizado en

forma de U ó de L, de acuerdo a la necesidad, y en el Agoyán,

láminas rígidas semiconductoras, en un solo lado de la

bobina.

De acuerdo a la clasificación NEMA se tiene dos tipos de

láminas grafitadas: la C-109, que es un material a base de

resina poliester con fibra de vidrio sin orden, y el NP-841,

un material de resina epóxica con tela de fibra de vidrio.

Carácter!sticas técnicas:

C-109 NP-841

Resistencia a la tensión (PSI): 13.000 34.000

Resistencia a la flexión (PSI): 25.000 40.000

Resistencia a la compresión (PSI): 30.000 60.000

Resistividad superficial

Ohms/cuadro: 500-10.000 10.000-20.000

Espesores: 0.2 mm - 0.5 mm.

El papel que se utiliza en la Central Pisayambo tiene las

siguiente características:

Pag. 43

Resistencia superficial

espesor:

300 - 2000 Q/cuadro.

0.001 - 0.0015 pulg.

8.- SOLDADURAS.-

Para realizar las conexiones de los terminales de bobina en

los cabezales superiores, se usa un tipo de soldadura fuerte,

conocida como "brazing", en donde los conductores de bobina

se sueldan pero sin fundirse, al circular por la unión

corrientes altas provenientes del equipo de brazing.

Los materiales de soldadura más útil izados son el estaño y

diversas aleaciones de plata.

La aleación de plata de mayor uso contiene 15% de plata, 80%

de cobre y el 5% de fósforo, siendo este último componente,

el que le otorga características de fluidez y penetración.

Viene en cintas de 1 a 2 pulgadas de ancho y en espesores de

10 a 40 milésimas de pulgada, o en forma de varilla, de

varios diámetros. La concentración de plata puede variar y

es común también encontrar soldaduras con el 40% de este

mater ial.

El estaño requiere conectores de unión perforados, que

permitan la penetración del estaño líquido, para garantizar

el contacto entre los conductores de bobina.

Pag. 44

MANTENIMIENTO DE GENERADORES

El mantenimiento de los generadores es una de las actividades

principales que desarrolla el ingeniero de mantenimiento en

las centrales de generación; tiene como final idad e 1

preservar o restituir las condiciones normales de operación

del equipo instalado,

El generador, por encontrarse convirtiendo la energía

mecánica a energía eléctrica en forma permanente, está sujeto

a un sinnúmero de condiciones que deterioran sus diversas

partes y componentes.

Dependiendo del tipo de operación y sobre todo del tiempo que

tenga el generador en servicio, se deberá elaborar un

adecuado programa de mantenimiento preventivo, que contemple

todos sus componentes, tomando en consideración lo señalado

por el fabricante en los diferentes manuales de los equipos,

y la experiencia acumulada en trabajos similares.

Todo programa de mantenimiento, el más simple o el más

detallado, comprende las siguientes actividades básicas:

a.- Inspecciones periódicas de los diversos componentes,

Pag. 45

para descubrir condiciones que puedan evolucionar hacía

fallas o deterioro acelerado de los mismos.

b.- Trabajos de mantenimiento destinados a eliminar o

controlar tales condiciones, mientras se encuentren aún

en estado incipiente.

Es necesario que las unidades operat ivas de generación de 1

Sistema Nacional ínterconectado tengan una misma filosofía

para la ejecución de los mantenimientos de generadores, es

decir, utilicen los mismos procedimientos o metodologías, en

base a normas estandarizadas, que permitan evaluar los

resultados con los mismos criterios técnicos, y a la vez,

posibiliten la transferencia de experiencias de una central

a otra, claro está, guardando las part i cu laridades de cada

instalación.

CLASIFICACIÓN DEL MANTENIMIENTO

El mantenimiento del generador, dependiendo de las

condiciones de ejecución, se clasifica de la siguiente

manera:

1.- Mantenimiento programado

1.1.- Predict ivo

1.2.- Prevent ivo

1.3.- Mayor

Pag. 46

2.-Mantenimiento no programado

2.1.- Por fal la

2.2.- Por emergencia

Mantenimiento Predictivo.-

Es el conjunto de actividades que permiten conocer con

antelación el estado en que se encuentran las diferentes

partes del generador. Proporciona elementos de análisis para

implementar los correctivos adecuados, de manera planificada

y precisa. Se realiza en forma periódica y no requieren la

unidad fuera de servicio. Es ejecutado en parte por el

personal de operación, por su vigilancia constante sobre los

equipos.

Las actividades que se realizan son las siguientes:

1.- Inspección de la operación del generador por ruidos,

olores, vibraciones y ot ras condiciones anormales,

utilizando como medios los sentidos y los instrumentos

ins talados.

2.- Control y registro de los parámetros de generación

(voltajes, corrientes, frecuencia, potencias) y de la

parte mecánica (temperaturas del bobinado y de 1

núcleo, niveles de aceite y temperaturas de cojinetes,

agua de enfriamiento, etc.) para, en base a un análisis

inmediato, detectar problemas que puedan estar

Pag. 47

desarro 11 endose.

3.- Análisis de los datos obtenidos con los equipos

especiales de moni toreo: Vibraciones en cojinetes y en

la carcasa del estator; Inspecciones termográficas del

núcleo y bobinados del estator y rotor; Medición de la

concentración de ozono en el aire circundante de las

cabezas de bobina, como referencia para el control del

efecto corona.

Mantenimiento Prevent ivo.-

Bajo esta denominación se agrupan todas las actividades

periódicas, establecidas en el programa general de

mantenimiento preventivo, que se ejecutan en una o varias

partes del generador. Se le conoce también como

Manten imiento Menor,

Tiene la finalidad de preservar las condiciones normales de

operación, o de prevenir y corregir, en base a reparaciones

menores, las fallas incipientes detectadas en el

mantenimiento predictivo. Requieren la unidad fuera de

servicio; para su ejecución utilizan no más de una jornada

de trabajo por actividad.

Pag. 48

Actividades del mantenimiento Preventivo.-

Bobinados del Estator.-

1.- Limpieza general e inspección de las cabezas de bobina

por decoloraciones, manchas blancas de efecto corona,

aflojamiento de amarres, desprendimientos de

espaciadores de bobinas y de relienos de ranuras;

reparación del barniz de terminación.

2.- Medición de la resistencia óhmica, resistencia y factor

de potencia del aislamiento. Analizar los valores

encontrados con estándares establecidos; observar la

tendencia con mediciones anteriores.

Núcleo.-

1.- Inspección del laminado por ondulaciones; cambios de

coloración debido a sobre calentamientos; presencia de

polvo rojo, indicativo de desgaste del aislamiento

Ínter laminar; oxidación debido a corrosión

electrolítica de los soportes del núcleo.

2.- Limpieza de los ductos de ventilación con aire seco a

presión. La presión del aire no debe exceder los 40 PSI

para no afectar el aislamiento de los bobinados.

Estas actividades se realizan únicamente si el generador

Pag. 49

dispone de tapas en la carcasa para su inspección (caso de

la Central Agoyán); de lo contrario, se deben desmontar los

enfriadores de aire para acceder al núcleo (caso de la

Central Pisayambo), actividades que se las puede ejecutar de

la mejor manera durante el mantenimiento mayor.

Rotor.-

l.~ Resistencia óhmica y de aislamiento del bobinado.

2 . - Inspección de las uniones interpolares y del bobinado

de amortiguamiento; limpieza general.

3.- Limpieza e inspección de la pista de frenado, por

fracturas o aflojamiento de los pernos de sujeción de

los segmentos; medición de la longitud de las zapatas

de frenado.

Sistema de Excitación.-

Se deben hacer inspecciones rutinarias para verificar la

longitud de las escobillas, la presión de los resortes y el

estado de la superficie de los anillos rozantes; en operación

se debe verificar la ausencia de chisporroteo y ruidos

anormal es.

La limpieza periódica del polvo de carbón, producto del

desgaste de las escobi1 las, es muy importante, para evitar

Pag. 50

que el bobinado de campo trabaje con valores bajos de

resistencia de aislamiento o contamine los bobinados del

generador.

Sistema de enfriamiento de aire,-

Como actividad importante está la limpieza de los enfriadores

de aire, los cuales se obturan con depósitos de lodo o

colonias de micro organismos, formando una capa de suciedad

que se adhiere a las paredes de los ductos, disminuyendo la

eficiencia de todo el sistema de enfriamiento del generador.

La limpieza se realiza con métodos manuales o por medio de

agentes químicos, como soluciones de baja concentración de

sosa cáustica o de ácido clorhídrico. La frecuencia de la

1imp ieza var iara de acuerdo a los condiciones de operae ion„

Sistemas auxi1 iares.-

Se considera a los sistemas contraincendios y de calefacción

del recinto del generador, cuyas actividades principales son

la verificación de la correcta operación y el mantenimiento

de sus tableros de control.

Mantenimiento Por Falla.-

Por salidas de servicio debido a falla de alguno de sus

componentes y que requiere una corrección inmediata. La

Pag. 51

duración depende del grado del daño ocurrido.

Mantenimiento Emergente.-

Cuando se detecta alguna anomalía y antes de que degenere en

falla, se planifica una salida para reparación en el menor

tiempo posible. Igualmente, la duración depende del tipo del

problema presentado.

Mantenimiento Mayor.-

Se le conoce también como de overhaul, involucra todas las

partes del generador; es de tipo preventivo y correctivo,

t i ene como finalidad restituir las características de

eficiencia y seguridad muy próximas a las originales.

Pretende evitar salidas por falla de las partes, o que éstas

se deterioren, sin posibilidad de recuperación.

La planificación de este mantenimiento depende de muchos

factores; los más importantes son los siguientes:

1.- Tiempo de servicio.

2.- Recomendaciones de los manuales del fabricante.

3.- Observaciones realizadas mediante inspecciones y pruebas

de diagnóstico.

4.- Para realizar reparaciones planificadas.

La duración depende del tipo de generador así como de los

Pag. 52

trabajos correctivos planificados. Generalmente se hace

coincidir con las revisiones y mantenimiento de origen

mecánico que, por su naturaleza, son de larga duración.

Act ividades del Mantenimiento Mayor.-

A continuación se presentan las actividades de este

mantenimiento, para cada uno de los componentes de 1

generador:

A.- ESTATOR

A.l. NÚCLEO

A. 1. 1.- LAMINACIÓN.

A.1,1.1.- Verificar el apriete de las laminaciones o

presencia de polvo rojo en las ranuras, producto

del desgaste del ais lamiente ínter laminar.

A.1.1.2.- Inspección de ondulaciones de los paquetes de

:..- 21aminación, en su parte posterior.

A.1.1.3.- Inspección de desaliñeamientes y deformaciones de

los paque tes en las uniones de las secciones del

estator.

A. 1.1.4.- Inspección de puntos calientes por pérdida de

coloración, indicativos de cortocircuitos

magnét icos.

Pag. 53

CITWUCTVIU (fSOuCLCTO)•M*«* M CICMCLAMINACIÓN OCL NUCUOCflTNUCTWU OCL CSTATOfl2AMTA OCL CITATOft

M AaKMTI*lM«ICHTO

i. i At»_AMievra DC »*AAAa penaos QC3 ^I_AC* oe4 OCD03 0€9 MIXXCO

oe

Fig. N" 4.1 Estructura d e l núcleoLaminación y Fijación

Pag. 54

A.1.1.5.- Inspección de pérdidas de laminación en los

extremos de los dientes.

A.1.1.6.- Inspección por oxidación de las barras de soporte,

debido a corrosión electrolítica por circulación

de corriente, al operar el generador sobre

exci tado.

A.1.1.7.- Pruebas especiales para detectar sobre

calentamientos puntuales: Toroide y EL-CID

(Electromagnet ic core imperfect ion detector), con

el 100% y el 4% del flujo nominal.

A.1.2.- PLACAS Y PERNOS DE PRESIÓN.

A.1.2.1.- Verificar la posición de las placas.

A.1.2.2.- Verificar la posición correcta de los seguros de

las tuercas de los pernos.

A.1.2.3.- Verificar el torque residual de los pernos de

presión de acuerdo al manual del fabricante. El

ajuste inicial1 del núcleo disminuye con el tiempo

de operación hasta alcanzar el apriete permanente,

normalmente entre los primeros tres o cuatro años.

A.1.2.4.- Verificar el aislamiento entre los pernos de

presión y el 1aminado.

Pag. 55

PLACAS__Y_ DEDOS DE"

Fig. N* 4.2 Corte longitudinal del generadorUbicación de las placas y dedos de presión

Pag. 56

DEDOS DE COMPRESIÓN

PERNO SUJETADOR

PLACA DE COMPRESIÓN

NÚCLEO DEL ESTATOR

PLACAS DE COMPRESIÓN

Df fGOS DE COMPRESIÓN '

Fig. Ne 4 , 3 Placas y dedos de compresióndel estator

Pag. 57

A.1.3.- DEDOS DE PRESIÓN.

Verificación del apriete con respecto al laminado

y su fijación a la placa de presión.

A.1.4.- DUCTOS DE VENTILACIÓN.

A.1.4.1.- Verificar la correcta posición de los separadores

de aleación de cobre entre paquetes de laminación.

A.1.4.2.- Limpieza de ductos. cuidando de no dañar la

pintura semiconductora de las bobinas.

A.2.- BOBINADOS

A.2.1.- AISLAMIENTO

A.2.1.1.- Efectuar pruebas especiales de resistencia de

aislamiento, factor de potencia, descargas

parciales y descargas a la ranura.

A.2.1.2.- Verificar la presencia de polvo blanco o amar i 1 lo

en los ductos de ventilación, indicativo de

desgaste del aislamiento de bobinas.

A.2.1.3.- Verificar la presencia de manchas blancas en

cabezales indicativas de efecto corona; limpieza

y correcc ion.

Pag. 58

A.2.1.4.- Verificar solidez del aislamiento en cabezales de

las bobinas; un abombamiento o ablandamiento de la

aislación indica efecto corona interno,

cortocircuitos entre espiras o falso contacto en

las uniones de las bobinas, dependiendo del lugar.

A.2.1.5.- Medición de la resistencia en ohmios por cuadro,

de la pintura semiconductora de la superficie de

las bobinas; valores aceptables hasta 20.000

ohmios.

A. 2. 1.6.- Medición de la resistencia de contacto entre la

pintura semiconductora de las bobinas y el núcleo,

en cada ranura. Los valores oscilan entre los

2.000 y 20.000 ohmios, dependiendo del tipo de

pintura.

A.2. 1.7.- Limpieza general y reparación de la pintura de

terminacion.

A.2,2,- SISTEMAS DE SUJECIÓN

A.2.2.1.- Inspección de separadores y amarres de cabezales,

A.2.2.2.- Inspección de los amarres de cabezales a los

anillos de retención y anclaje de estos a las

placas de presión.

Pag. 59

CABEZALES DEL ESTATOR.

Soporte.

Conexión dePuentes.

Placa de presión.

Soporte.

Bobina».

Separador,

Cuña enRanura.

Núcleo üclEstator.

u=Ji—i

Anillo soporte

Fig. N° 4.4 Sistema de sujeción de cabezalesal anillo de retención

Pag. 60

A.2.2.3.- Verificar la correcta ubicación de los rellenos

semiconductores laterales; de los rellenos de

ajuste bajo las cuñas y de los separadores de

bobinas, en la sección de ranura.

A.2.2.4.- Verificar el estado general del acuñado por el

método del martillo, en especial de las cuñas

candado o de seguros en los extremos de las

ranuras. Reacuñar.

A.2.3.- CONEXIONES.

A.2.3.1.- Verificar la presencia de grietas o cambio de

colorac ion en el ai s1 amiento.

A.2.3.2.- Inspección de los soportes y del aislamiento de

las barras de interconexión de polos y ramales.

A.2,3.3.- Inspección del ajuste de los pernos de conexión

del neutro y salidas de fase.

A.2,4.- CUBIERTAS GUIAS DE AIRE.

Inspección por grietas y deformación; chequeo o

cambio de los seguros de los pernos de sujeción.

Pag. 61

A.2.5.- MEDIDORES DE TEMPERATURA.

Chequeo y/o reparación de las conexiones de los

RTD'S ; medición de la resistencia óhmica.

A.3.- CARCASA Y ANCLAJE.

Dedos dePresión. \a

Aire.

-tfücleo del -stator.

Estructuradel !

estator.'

Fig. 4.5 Estructura de soporte del núcleo

A.3.0.1.- Chequeo del apriete de los pernos de unión de las

secciones.

A.3.0.2. - Inspección de los seguros de las tuercas,

A.3.0.3.- Inspección de las soldaduras de unión de las

partes, con líquidos penetrantes, radiografías o

ultrasonido.

A.3.0.4.- Inspección de las barras guías de soporte del

RTD'S: Medidores de temperatura a resistencia

Pag. 62

núcleo.

A.3.0.5.- Verificar presencia de movimientos en los apoyos

de 1 estator.

A. 3.0.6.- Verificar la presencia de grietas en el concreto

cercanas a las placas de cimentación.

B.- ROTOR

B.1- CUBO DEL ROTOR

B.1.0.1.- inspección de soldaduras con líquidos penetrantes.

B.I.O.2.- Verificar la correcta posición de los pesos de

balanceamiento

B.2.- ANILLO O LLANTA

B.2.O.I.- Limpieza del laminado

B.2.O.2.- Inspección por cambios de coloración en el

laminado y puntos de oxidación.

B.2.O.3.- Verificar apriete de los pernos pasantes de ajuste

de la llanta y los seguros de las tuercas.

Pag. 63

CUNA SUPERIOR

Fig. N°4.6 Polo del rotor

Cuñaa de í'oloa. .Unión flecha - Ll/uita P.otor.

ConexiAn de Poloa.

J /

Reflector deAire.

¡G¡s

Fig. N° 4.7 Cuñas de ajuste: polos al anillo; aillo al cubodel rotor y conexiones entre polos

Pag. 64

COLA DE

MARCO AISLAN.eSUPERIOR

MARCO AISLANTE

WFEHK.1R

PLACA AISLANTE

ÚUCLEO LAMINADO

BOBINA

hUCLEO LAMINADO DE ROLO

Fig. N*4.8 Detalles de un polo del rotor

Pag. 65

B.2.O.4.- Revisar el estado de las cuñas de transmisión del

par y acople de la 11 anta con el cubo del rotor.

B.3.- POLOS DE CAMPO.

B.3.O.I.- Revisar el estado de las cuñas de acople de los

polos con la llanta y las placas de candado de las

mismas. Si se extraen polos se debe efectuar una

limpieza de limallas y materiales producto de

soldaduras.

B.3.O.2.- Inspección de las cuñas interpolares por

aflojamiento; chequeo de los candados de las

tuercas de los pernos,

B.3.O.3.- Inspección de cambios de coloración del laminado,

indicativos de puntos calientes por cortocircuitos

magnét i eos.

B.3,0.4.- Inspección por cambios de coloración, fisuras,

aflojamiento de las placas de prensado superior e

inferior del laminado.

B.3.O.5.- Medición del entrehierro entre el centro de cada

polo y el estator

Pag. 66

B.4. BOBINADO DE CAMPO

B.4.1.- BOBINAS

B.4.1.1.- Pruebas de resistencia de aislamiento, resistencia

óhmica, cortocircuito entre espiras con la prueba

de caída de tensión por polo. Medición de la

impedancia.

B.4.I.2.- Inspección de las placas aislantes de la bobina

con respecto al núcleo del polo y a la llanta del

rotor.

B . 4. 1 .3.- Limpieza y reparación de la pintura de

terminac ion.

B.4.2.- CONEXIONES.

B.4.2.I.- Inspección por cambios de coloración del

aislamiento, que indiquen conexiones flojas o

sobre temperatura por fisuras en las uniones

interpolares, en el caso de uniones rígidas

aisladas y sin anclaje a la llanta del rotor.

B.4.2.2.- Verificar el estado del aislamiento y de los

pernos de sujeción, en el caso de que la unión se

encuentre anclada a la 11 anta del rotor.

Pag. 67

1 J T1

1

T^

) M

<

•>

J

?3 '

3

4 >

\l Lead

S

Rivet

Insulation

Fig. 4.9 Detalle de las uniones interpolares exteriorese interiores del bobinado de campo - Agoyán

Pag. 68

B.5.- BOBINADO DE AMORTIGUAMIENTO.

B.5.O.1.- Inspección por sobre calentamientos en la

laminación cercana a las barras de la jaula de

ardilla. Reparación con barniz de alta resistencia

a la temperatura.

B. 5.0.2.- Chequeo de las uniones de las barras al anillo de

cortocircuito*

B.5,0.3.-Chequeo de las barras por deformac ion,

calentamiento, fusión o rotura.

B.5.O.4.- Verificar las conexiones entre polos y los

candados de los pernos de conexión.

B.6.- PISTA DE FRENADO,

B.6.O.I.- Verificar el estado de la superficie con líquidos

penet rantes.

B.6.O.2.- Verificar la posición de las placas y el apríete

de los pernos de sujeción.

B.7.- SISTEMA DE VENTILACIÓN.

Verificación de las aspas de ventilación y las

soldaduras con líquidos penetrantes.

Pag. 69

CAPÍTULO 5

PRUEBAS ESPECIALES DE MANTENIMIENTO DE GENERADORES

PRUEBAS ESPECIALES DE MANTENIMIENTO

DE GENERADORES

5.1.- FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO

El factor de potencia permite conocer el estado interno del

aislamiento de los bobinados, en base a la medición de las

pérdidas en Watts que produce, al aplicar un alto voltaje

determinado de 60 Hz.

Las pérdidas activas, que se traducen en calentamientos

adicionales del bobinado, se originan en la parte resistiva

del aislamiento; consecuentemente, todas las causa que lo

deterioran, ocasionarán un incremento de las mismas.

El bobinado y su aislamiento se comporta como un capacitor,

donde el conductor de cobre y el núcleo son los terminales.

En presencia de voltaje alterno, fluye una corriente total

de carga, de dos componentes, una relativamente grande y

desfasada en 90° con el voltaje aplicado (componente

capacitiva), y otra en fase y de pequeña magni tud (componente

res ist iva).

Pag. 70

Representación Esquemática delAislamiento de un Espécimen mostrandoios Componentes de la Comente deiAislamient con el Voltaje de Prueba EAplicado.

Diagrama Vectorial Mostrandola Relación de los Componentesde ía Comente del Aislamientocon el Voltaje E aplicado.

Fig. 5.1.1 Corrientes por el Aislamiento

El factor de potencia del aislamiento se define como eos

Exlr

WattsVoltsxAmp

El factor de potencia, igual que el índice de polarización

en la prueba de resistencia de aislamiento, es una cantidad

Pag. 71

adimensiona1. que facilita la comparación de diferentes

volúmenes de ai si amiento. Se expresa usualmente en

porcentaj e.

El factor de pérdidas tan6, que relaciona la corriente

resistiva con la corriente capacitiva, numéricamente es

semejante al factor de potencia cos<|>, para ángulos pequeños

de 8. Para ángulos mayores de 6 (>5°), la diferenciaentre

estos factores se vuelve apreciable.

El Factor de Disipación (FD) se puede convertir a Factor de

Potencia (FP) y viceversa, utilizando las siguientes

fórmulas:

FP

FP=

Para todo propósito práctico, el Factor de Potencia (FP) y

el Factor de Disipación (FD) son iguales hasta valores del

10% (6 x 5°), y son casi iguales hasta un 30% (8 x 17.3°),

rango en el que se encuentran la mayoría de los resultados

de prueba de aislamientes de equipos de alto voltaje.

La prueba del factor de potencia se realiza con un voltaje

igual al 25 % del voltaje nominal fase tierra del generador,

"Factor de Potencia versus Factor de Dis ipac ion", DobleEngineering Company, PFDF-097, 1994.

Pag. 72

por ejemplo, 2.000 Vac para sistemas de 13.8 Kv fase fase.

El Factor de Potencia medido, depende de la resistencia del

volumen del aislamiento y de la resistencia de contacto de

la superficie de la aislación y la ranura del estator.

La resistencia volumétrica depende del material de la cinta

de refuerzo (papel, mylar o fibra de vidrio) de las hojuelas

de mica, y del material aglutinante (goma laca, asfalto,

resina poliester o resinas epóxicas).

La resistencia de contacto es función del tipo de material

de relleno que se u t i l i z a para el ajuste lateral de la bobina

en la ranura (papel o láminas rígidas semiconductoras), y de

la clase de pintura o cinta conductora de la superficie de

la bobina.

5.1.1.- Tip-Up del Factor de Potencia.-

El Tip-Up del factor de potencia de un aislamiento, se define

como la diferencia del factor de potencia, medido entre el

25% y el 100% del voltaje nominal fase-tierra.

Cuando se mide el FP a voltajes bajos, la mayor parte de las

pérdidas se convierten en calor por efecto " Joule ". Con

voltajes mayores, se presentan pérdidas adicionales, debido

a las descargas parciales en las cavidades internas del

ais 1 amiento.

Pag. 73

Wat & cent a mi nal tfdinsulaíion

Sound insulation

Appl ied voltagc Appl ied voltag*

Fig. 5.1.2 FP y Tip-Up para aislamientes en buenestado, deteriorado y contaminado

Un valor alto del Tip-Up es indicativo de un aislamiento con

un número alto de cavidades en su interior.

Incremento de la Capacitancia

En la prueba del factor de potencia y tip-up, al elevar el

voltaje se obtiene también un incremento de la capacitancia,

parámetro que también se lo considera para evaluar el estado

del ais lamí ento.

La variación de la capac i t a n c i a en porcentaje, se calcula de

la s i g u i e n t e manera:

C = Capacitancia a 8 KV.

Cft = Capacitancia a 2 KV.AC

XlOO

Pag. 74

Incremento del Factor de Potencia y del Tip-üp

Un incremento del factor de potencia, medido a 2 KVac, puede

deberse al envejecimiento de la cinta de papel de soporte de

la mica o del material aglutinante (por aumento de cavidades

o laminación del aislamiento).

Otra de las causas para un factor de potencia elevado, es el

incremento de la resistencia de contacto entre la bobina y

la ranura, por el deterioro de la pintura de grafito.

Factores que afectan los resultados del Tip-üp.-

En los generadores de bobinados grandes como los hidráulicos,

las pruebas de factor de potencia y tip-up se ejecutan en

circuitos o fases enteras.

Estas pruebas promedian los valores encontrados en todo el

ai s1 amiento, por lo que la sensibilidad de las mediciones se

reduce considerablemente, especialmente en áreas que

contengan un número significativo de cavidades. Es práctica

común aislar las bobinas que normalmente trabajan con

voltajes superiores a los 5 KV, fase neutro (el 25% del total

de 1 bobinado) para ejecutar las pruebas por separado y, si

es necesario, continuar subdividiendo hasta determinar las

bobinas con el tip-up elevado.

Cuando se prueba en bobinas separadas, se debe aplicar el

Pag. 75

voltaje en todos los hilos, para no distorsionar los

resu1tados.

En bobinas de pequeña longitud, las pérdidas en los cabezales

se tornan muy representativas, con respecto a las medidas en

la sección recta de la bobina, afectando los resultados de

las pruebas del factor de potencia y del tip-up. Estas

pérdidas son por efecto corona, debido principalmente al

descenso de la resistencia de la pintura graduadora con el

incremento del voltaje aplicado. De igual forma, se ha

observado que la acción de la pintura graduadora se inhibe,

al condensarse la humedad en la superficie del aislamiento,

ocasionando un incremento del efecto corona y, por

consiguíente, del valor del tip-up.

El aislamiento bajo la pintura graduadora, presenta una mayor

cantidad de pérdidas por unidad de longitud que en la sección

recta de la bobina debido a que, por el cambio de dirección

que tiene la bobina en ese sector, el aislamiento tiene una

menor densidad, no es homogéneo y presenta mayor cantidad de

cavidades. En bobinas de pequeña longitud, las pérdidas en

es tos sectores tienen un valor dos o tres veces superiores

a las medidas en la sección de ranura.

Factor de potencia y tip-up en bobinas de repuestos.-

El factor de potencia en bobinas desmontadas o de repuesto,

no depende solamente de las pérdidas en el aislamiento, sino

Pag. 76

2también de las pérdidas I R en la parte resistiva de las

pinturas semiconductoras y graduadoras, según el circuito de

prueba utilizado, por lo que estas pruebas se las debe

ejecutar con electrodos, simulando apropiadamente la ranura

de bobina.

En la sección de ranura se baja la resistencia de la pintura

semiconductora, por medio de láminas metálicas o por medio

de papel de aluminio que envuelve la bobina. En los

cabezales, se cortocircuita la pintura graduadora de los dos

extremos, por medio de láminas conductoras, conectando el

terminal de guarda del equipo detrás de estas láminas, a una

distancia igual a 1/10 de pulgada de las mismas, asegurándose2

que no exista contacto eléctrico con ellas.

GUARO ELECTRODES

CONDUCTING FOILWRAPS

DUMMY SLOT

INSTRUMENTJ4

Fig. N" 5.1.3 Circuito de Prueba de bastonescon el método de la IEEE

IEEE Std. 1043 1989.

Pag. 77

Este método, mide las pérdidas en el aisl amiento bajo la

pintura graduadora que son muy representativas, y elimina la

pérdidas por efecto Joule en la superficie de la bobina.

La Doble Engineering Company sugiere realizar las mediciones

del factor de potencia de los cabezales y de la sección de

ranura por separado, para conocer con mayor precisión el

estado del aislamiento principal, que va en contacto directo

con tierra a través del núcleo. Este método de medición

requiere separar las pinturas semiconductoras y graduadoras,

insertando un gap, por remoción de la pintura semiconductora,

en los dos extremos de la sección de ranura. Figs. 5-4 y 5-5

El Factor de potencia total se calcula de las pérdidas y de

las capacitancias medidas para cada sección, de la siguiente

forma:

F.P.

Donde: C,

FP.,

Capacitancia en la porción de ranura

Capacitancia en la porción de cabezales

FP en la sección de ranura

FP en la sección de cabezales

Pag. 78

GUARO ELECTRODES

GAPS INSEMICONDUCTINGí

PAINT 4 \

DUMMY SLOT

INSTftUMENT

JL:

Fig. N° 5.1.4 Circuito de medición del FP de la secciónde ranura de un bastón de repuesto

GUARO ELECTRODES -

CONDUCTING FOIL —WRAPSGAPS IN

(SEMICONDUCTINGlPAINT

T, ,?DUMMY SLOT

1INSTRUMENT

Fig. N" 5.1.5 Circuito de medición del FP bajo la secciónde la pintura graduadora de un bastón de repuesto

Una medición bastante precisa del FP de la sección de ranura

se consigue conectando directamente al terminal de guarda del

Pag. 79

equipo la parte inicial de la pintura graduadora, en los dos

extremos de la bobina, sin remover la pintura semiconductora,

como en el caso anterior.

Este método introduce en la medición un porcentaje pequeño

de error, debido a que siempre existirá algo de resistencia

superficial entre el terminal de guarda y el terminal que

simu la el núcleo, resistencia que corresponde a la pintura

graduadora que se mantiene en el gap entre estos dos

terminales.

GUARO ELECTROOES-i

_ *DUMMY SLOT1"

INSTRUMENT

X

Fig. N*5. 1 .6 Circuito de medición del FP de un bastónconectando a guarda la pintura graduadora

Cuando se adquieran bobinas nuevas, se debe especificar los

valores máximos permisibles de las pruebas de factor de

potencia y tip-up, así como el tipo de conexión a utilizarse

en las mismas, para evitar confusiones en el análisis de los

resultados de recepción, al compararlos con los obtenidos por

el fabricante.

Pag. 80

En el montaje de los generadores, algunos fabricantes

localizan las bobinas con menor factor de potencia y tip-up,

en los sectores cercanos al neutro y al final del bobinado,

y las que tienen valores más altos en la parte media, con el

objeto de facilitar la inversión futura del bobinado, si las

correspondientes al terminal de línea alcanzan un deterioro

apreciable de su aislamiento.

En la Central Pisayambo se uti I izó el método de la Fig.

5.1.6, para probar los 106 bobinas de repuesto existentes en

la bodega, conectando al terminal de guarda la pintura

graduadora, previamente cortocircuitada con papel de

aluminio.

Equipos de prueba.-

Los equipos de mayor uso son los medidores de factor de

potencia fabricados por la "Doble Engineering", tipo MEU de

2.500 Vac y los tipos MH y M2H de 10.000 Vac. De la marca

BIDDLE existe en el País el medidor del factor de pérdidas

o de disipación modelo 670065-j de 10 Kv.

El tipo MEU, por su capacidad y voltaje, se lo utiliza para

generadores pequeños y equipos de bajo voltaje en S/E.

Los equipos de 10.000 Vac tienen mayor capacidad, se los usa

para probar cables de potencia, bushings, interruptores,

barras, seccionadores y demás elementos de una S/E, y en

Pag. 81

La inductancia produce una reducción considerable de la

corriente de carga del circuito, de tal manera que el

transformador de elevación suministra únicamente los Watts

consumidos por el circuito de prueba, posibil itando la

medición de aislamientos con capacitancias de hasta 1.000 nF

(1 |iF), a un voltaje de prueba de 10 KV.

En los generadores, la medición del factor de potencia y tip-

up se realiza energizando una fase a la vez, con las dos

restantes conectadas a tierra; Para mediciones en el

ais 1 amiento entre fases, se energiza una fase a la vez,

conectando la segunda al terminal UST (unground specimen

test) del equipo y la tercera aterrizada.

En la prueba del aislamiento entre fases, los terminales de

guarda y tierra son comunes en el modo UST, por lo que la

corriente de pérdidas a tierra no interviene en la medición.

Esta prueba no es muy general izada, se ha observado

resultados de tip-up negativos en algunos generadores, como

es el caso de la Central Agoyán, e inclusive factores de

potencia negativos. Este hecho, se cree, se debe a ciertas

combinaciones críticas de las capacitancias y resistencias

que existen entre el terminal de guardia y las partes

energizadas bajo prueba. La corriente de retorno al terminal

UST, adelanta al voltaje aplicado de referencia, en más dei

90 grados.

3 Doble Engineering, "TEST EQUIPEMENT AND METHODS", publ27AC60, Secc. 3-218.

Pag. 83

HV

UST

usr

AG

(Al

Fig. N° 5.1.8 Diagramas de corrientes en la medición delFactor de Potencia del ais lamiente entre fases.

En la prueba de factor de potencia se obtienen los datos de

voltaje apiicado en KV, corriente total en mA, pérdidas en

Watts y capacitancia del aislamiento en pF.

El factor de potencia en porcentaje se calcula, con los datos

obtenidos, de la siguiente manera:

VattsxlOImA

Los equipos utilizados en las pruebas de factor de potencia

de los generadores del INECEL son los siguientes:

1.- Medidor de factor de potencia y capacitancia, marca.

Doble NQ377, D51890, tipo M2H.

Pag. 84

convencionales no destructivas, con las pruebas de alto

voltaje ca, del tipo destructivas. De los resultados

obtenidos en las pruebas de factor de potencia, se dedujeron

los siguientes valores referenciales ampliamente usados en

la actualidad, como criterio de evaluación de estos

ais lamientes:

CRITERIO

AtanS <

Atan8 >

Atan8 >

2%

2%

6. 5%

DIAGNOSTICO

Bueno

De cuidado

Crí tico

La Doble Engineering Company señala que es común encontrar

valores de Factor de Potencia (F.P) y Tip-up (AF.P. entre el

100% y el 25% del V^n) inferiores al 1% en generadores con

aislamientos mica-resinas epóxicas, en condiciones normales

de operación.

Para valores de factor de potencia, la Doble Engineering

Company, como producto de sus estadísticas en 82 generadores

en buenas condiciones de operación, presenta los siguientes

resultados:

McGrath R. J. and Grysxkiewicz F. J., "Power Factors andRadio Influence Voltages for Generator Insulation", DobleEngineering Company,

Pag. 86

KV de operación

13.8 a 14.4

15.0 a 18.0

19.0 a 24.0

F.P.

< 2%

< 2.5%

< 3%

Tip-Up

< 2%

Para pruebas en bobinas individuales, las grandes Empresas

Eléctricas como la C.F,E. (Comis ion Federal de Electricidad

de México), Utilizan el si guíente criterio:

Bobinas nuevas

F . P .

Tip-Up

< 1 . 5 %

< 0 .6%

Bobinas usadas

F . P .

T ip -Up

< 2%

< 2%

Los valores del factor de potencia y del tip-up difieren de

un sistema de aislamiento a otro, por ejemplo, un aislamiento

en buen estado, a base de micafolium y asfalto, puede

presentar valores iniciales de factor de potencia entre 2.0%

y 3.5 %, cons iderados altos para un sistema a base de mica

y resinas sintéticas.

Pag. 87

5.2.- DESCARGAS PARCIALES

Las descargas parciales son aquellas descargas eléctricas que

se producen en las cavidades del aislamiento, en presencia

de voltajes de magnitud suficiente para perforar el elemento

dieléctrico, aire o gas, que contienen estas cavidades. Se

producen en tiempos muy cortos, del orden de 2 a 5

nanosegundos.

Cortocircuitan temporalmente la capacitancia que representa

la cavidad, descargándose ésta a valores muy bajos de

voltaje, lo cual p o s i b i l i t a la extinción de la ruptura del

dieléctrico. En estas condiciones, la capacitancia de la

cavidad recibe una nueva inyección de carga del sistema de

alto vo1 taje.

A pesar de poseer una pequeña cantidad de energía, las

descargas causan un deterioro progres ivo de las propiedades

dieléctricas de los mater iales ais 1 antes.

La mayor parte de las fallas que ocurren en los aislamientos

se relacionan con la presencia y severidad de las descargas

parciales, ya sea en las cavidades internas y/o en la

superficie de la aislación; por lo que, la condición de un

bobinado de alto voltaje, usualmente se valora de acuerdo al

grado de actividad de descargas parciales que presenta.

La medición y análisis de las descargas parciales, es uno de

Pag. 88

los métodos de diagnóstico para detectar sectores o puntos

débiles del aislamiento, antes de la ocurrencia de una falla.

La medición de las descargas parciales se realiza,

básicamente, con dos objetivos:

I.- Para confirmar que los valores de tip-up elevado en la

prueba de factor de potencia, se deben a descargas internas

o externas del aislamiento, y no por otras causas, como

esfuerzos producidos en la pintura graduadora, debido a su

comportamiento no constante con respecto al voltaje y a la

presencia de humedad,

II.- Para detectar bobinas con un alto valor de descargas,

sin tener que individualizarlas como en la prueba del tip-up.

En este caso, se necesitan equipos adicionales para la

medición de descargas a la ranura, o de ultrasonido, para la

detección de corona en la sección de cabezales.

MÉTODOS DE MEDICIÓN DE LA DESCARGAS PARCIALES

La actividad de las descargas parciales se reflejan en un

incremento del factor de potencia del aislamiento y en el

aumento de su capacitancia con respecto al voltaje aplicado.

Se las puede cuantificar por medio de la medición de ciertos

componentes de alta frecuencia de los pulsos que producen.

La mayoría de las descargas ocurren en forma de pulsos

Pag. 89

individuales, capaces de ser detectados como pulsos

eléctricos, por medio de un circuito exterior de medida

conectado al aislamiento.

Las descargas parciales se relacionan con ciertas cantidades

mesurables como carga, frecuencia de repetición, etc., por

lo que, una medición cuantitativa de las descargas se puede

expresar en términos de una o más de estas cantidades.

La carga aparente q, es aquella carga que se transfiere al

aislamiento en la actividad de las descargas parciales, y la

frecuencia de repetición /i, es el número de pulsos de

magnitud mayor a un valor especificado, que ocurren en la

unidad de tiempo.

Existen varios métodos para la detección y medición de las

descargas parciales. Dependiendo de la disponibilidad de los

equipos de prueba, se los puede dividir en métodos prácticos

y en métodos con instrumentos de medición.

Métodos Práct icos.-

En el campo, para las inspecciones rutinarias de los

generadores, los métodos prácticos no instrumentados

adecuadamente, son de gran útil idad para la detección y

localización de las descargas, principalmente de origen

externo. Incluye los métodos acústicos y ópticos y, en

donde es posible, la observac ion de los efectos sobre el

Pag. 90

aislamiento, con el generador en reposo y, preferentemente,

con el rotor desmontado.

Detección acústica.-

Con el bobinado energizado, se pueden realizar observaciones

auditivas en recintos con bajo nivel de ruido, con ayuda de

micrófonos direccionales de alta sensibilidad sobre el rango

de frecuencias audibles, o de cualquier otro dispositivo o

transductor que amplifique la señal sonora de las descargas*

Este método permite local i zar principalmente descargas al

aire por efecto corona y descargas a la ranura.

Detección ópt ica.-

Con el recinto del generador completamente sin luz, es

posible observar las descargas que se producen en los

cabezales de bobina, y en las ranuras, a través de los ductos

de ventilación, si se encuentra desmontado el rotor. Las

descargas se presentan como fuente de luz ultravioleta, de

mayor o menor intensidad, conjuntamente con la generación de

ozono, fácilmente perceptible con el olfato.

Si la pintura graduadora se encuentra debili tada, es pos ib le

observar las descargas al final de la pintura semiconductora

de ranura, en forma de una línea transversal a la bobina, de

tonalidad ultravioleta, por concentración grande de esfuerzos

eléctricos en ese sector.

Pag. 91

Estos efectos ópticos pueden ser fotografiados y filmados en

video, ú t i l izando equipos y procesamiento especiales.

Métodos con Instrumentos de Medición Especiales.-

Los métodos adecuadamente instrumentados para la medición de

las descargas parciales, son los siguientes:

1. - Medición de la energía integrada de las descargas.

2 . - Medición de las descargas parciales en línea.

3.- Voltaje de radio interferencia (RIV).

4.- Medición de la carga aparente q.

5 . - Medición de las descargas con el Probador

Electromagnét ico. Descargas a la ranura.

1.- Medición de la Energía Integrada de las Descargas

La AEI engineering desarrolló un equipo para medir la carga

total transferida al aislamiento en cada ciclo, durante la

actividad de las descargas parciales, basado en el incremento

de la capacitancia del aislamiento en función del voltaje.

Este equipo se lo conoce como "Dielectric Loss Analyser"

(DLA); básicamente, es un puente de capacitancias, combinado

con un C,R.O. (Osciloscopio de Rayos Catódicos) para el

desp1iegue de la curva resultante.

"The dielectric Loss Analiser - a new tool for assessingthe quality and condition of high voltage machine insulation",AEI Engineering, May/June 1966.

Pag. 92

El puente de capacitancias se equilibra hasta obtener una

señal horizontal en el ose iloscopio, de longitud proporcional

al voltaje aplicado, s iendo este de un valor inferior al

voltaje de inicio de las descargas.

Con el incremento del voltaje se presentan las descargas en

el ais 1 amiento, abriéndose la señal horizontal del

ose i loscopio en un parale logramo, de base igual al voltaje

aplicado (V) y de altura proporcional a la carga total

transferida (AQ) por cada ciclo.

El área circunscrita por el paralelogramo representa la

cantidad de energía total consumida debido a la actividad de

las descargas parciales, energía que se mide en micro-

jou1es/picofaradio/cic lo. Una mejor condición del

aislamiento tendrá por lo tanto, un paralelogramo de menor

área.

AQ = Carga t o t a l transferida por c i c l o

debido a las descargas parciales

DISCHARGINGPERIODS

dQ _r r- - \* j — \*^

dV d o

C d = C a p a c i t a n c i a d e l e s p é c i m e n a u n a l t o

v o l t a j e s u f i c i e n t e p a r a q u e todas l a s

c a v i d a d e s s e d e s c a r g u e n ,

CO = C a p a c i t a n c i a del e s p é c i m e n a un b a j o

v o l t a j e s u f i c i e n t e para q u e n i n g u n a

c a v i d a d se d e s c a r g u e .

F i g . N D 5 . 2 . 1 M e d i c i ó n de la Energ ía i n t eg rada de lasDescargas - DLA

Pag. 93

TO HVTESTSUPPLY

JL

Trmtnr000000

OSCILLOSCOPE

Cs - Standard Capacitor

Cu - Specimen

Fig. N° 5.2.2 Circuito del Dielectric Loss Analyser-DLA

La no 1inearidad con respecto al voltaje de la pintura

graduadora influye sobre este método de medición, al igual

que en la prueba del factor de potencia y tip-up, por lo que

su uso se ha restringido únicamente a pruebas de laboratorio.

2. ~ Medición de las Descargas Parciales en Línea

La Empresa Canadiense de Generación Ontario Hydro desarrolló

un equipo de diagnóstico de aislamientos de generadores en

operación, conocido como PDA (Partial Discharge Anaiysis),

el cual posibilita medir las descargas parciales, y a la vez

determinar con cierta precisión, el lugar en donde ellas se

originan.

Este método requiere 6 capacitores de acoplamiento instalados

en forma permanente en el bobinado, cerca a las salidas del

Pag. 94

generador; las señales de dos capacitores simultáneos son

moni toreadas por el PDA. En generadores con más de un ramal

por fase, se puede colocar un capacitor por cada uno de

e 1 los ,

En un generador en operación, las descargas parciales ocurren

en las bobinas que tienen un voltaje de trabajo mayor al de

inicio de las descargas. Los resultados de este método de

diagnóstico reflejarán por lo tanto, la condición del

aislamiento de las bobinas cercanas al terminal de línea, sin

cons iderar las bobinas en ma í estado, ubicadas junto al

neut ro.

El PDA elimina los ruidos exteriores; registra los valores

de frecuencia, amplitud y polaridad de los pulsos de las

descargas, desplegando los resultados en un monitor. Para

cada capacitor, los pulsos positivos o negativos se grafizan

en un diagrama X-Y, correspondiendo el eje de las Y al número

de pulsos, y el eje de las X a la magnitud de los mismos,

medidos en m i l i v o l t i o s , generalmente en el rango entre 100

y 1.600.

La interpretación de los resultados del PDA posibil ita

distiguir los procesos de deterioro que tienen lugar en el

aislamiento de un generador en línea, dependiendo del tipo

de materiales utilizados, debido a su característica de medir

por separado las descargas de polaridad positiva y negativa,

bajo diferentes condiciones de carga. De la experiencia

Pag. 95

2obtenida, se definen los siguientes criterios de análisis:

Descargas a la ranura/capa de pintura semiconductora

Este tipo de descargas se producen en la superficie de la

aislación, por falla de la pintura semiconductora en la

sección de ranura. Son muy dependientes de la carga del

generador, por las vibraciones electromagnéticas que esta

produce; la temperatura tiene poca influencia en esta

actividad. Para este caso, las curvas del PDA muestran un

predominio de los pulsos positivos.

Descargas a la ranura

10,000

1,000

Positive PulsesNegative Pulses

¥£i;í B^S¿'*fe¿4%^SS'.l\!

Af lo jamiento de cuñasw,—.._...,.H9f

10,000-

1,000-

100-

10-

'• No Load

í>\¿^^%/!"Ful1 Load

100 200 300 400 500 600 700 BOO

This >;raph íllustr.iU-s une circuit oí a statwinding wht. .\s showíng igns oí pcmi-condui-tívecoating/slol disc'hargp, indicalcd byprsitive pulw predoniinance {tttp curve on thc

~r~—r"'—! 1 r*—i 1 1100 200 300 400 500 600 700 800

'lilis ^niph i Ilustra tpsonrcin uil ní ,\i Mitulinj;wlir» h is shnwinf; si(;ns of wt-ilgi.' liMisrnpvs, inriif.itfjby divrrging curves represenhm; poí-ihvf pulst".i»btüi!H>d undtT iio-lnad and fult-lo^d st;ibilíí'*'dcnuditions.

Fig NQ 5.2.3 Resultados del PDADescargas Parciales a la Ranura

J. F. Lyles, "Experience with Partial Discharge Analyzertesting as applied to hidraulíc generatolr stator winding",Ontario Hydro, Doble Engineering Company, 1986.

Pag. 96

Para efectos de análisis, las mediciones periódicas se deben

ejecutar en condiciones similares de temperatura, tanto en

vacío como a plena carga.

Una condición de cuñas flojas se puede detectar realizando

las mediciones con el PDA, con el generador en vacío y a

plena carga; en este caso» se observará un incremento de las

descargas de polaridad positiva. Un bobinado con un adecuado

ajuste presentará curvas superpuestas de polaridad positiva,

para las diferentes condiciones de carga.

Descargas Parciales Internas

Estas descargas se producen en el aislamiento principal por

laminación de las diferentes capas, o en cavidades carentes

de material de ag1utinamiento o de curado inadecuado. En el

PDA, las curvas de las descargas de polaridad positiva y

negativa tienen valores similares, sin predominio ostensible

de ninguna de ellas.

Los datos de estas pruebas indican que estas descargas son

más sensibles a los incrementos de temperatura del bobinado,

que a los cambios de carga.

Pag. 97

En el Aislamiento Interfase Cobre-Aislamiento

Interna! Discharge Interna! Dischdrge

10,000-

1,000-

Positive PulsesNegative Pulses

100-

10C 300 400 500 600 700 800

"f hi< Rraph illustríitos one circuií nf a stator v.indinj;\vhich is sliowing signs oí inlrrn.il ^roundwalldelamin¿tínn, indicated by coincKÜnp curvesrt-pn^t-ntinjí posilive anH nc^alív pulsi-s.

10,000

1.000

• Positiva PulsesNegative Pulses

100 200 300 400 600 600 700 000

Thisgraph ¡Ilústrales oní-rirruitof a statorwindingwhirh ií showing sígitf of Kmundwall/aipfTrfitraj d iniorface debminíítíon, indicated by negativepulse predominance (top curve on ttv* graph).

Fig NQ 5.2.4 Resultados del PDADescargas Parciales Internas.

Descargas en la interfase cobre- aislamiento

Este tipo de descargas, originan curvas con un predominio de

los pulsos de polaridad negativa.

3.- Voltaje de Radio Influencia (RIV)

Los medidores de radio influencia son voltí metros de banda

corta, de frecuencia seleccionable, construidos inicialmente

para medir interferencias en la recepción de señales de

radio. Trabajan en el rango de frecuencias de 150 KHz a 400

Pag. 98

MHz , s i n ton izados generalmente a 1 MHz. Cuando se los

utiliza en generadores, miden el ruido producido por las

descargas en el aislamiento, en términos de voltaje, del

orden de los microvoltíos.

Por sus características, este equipo no cuantifica

directamente las descargas parciales, pero permite tener una

indicación de la magnitud de las mismas. La lectura de

voltaje depende de la magnitud q de las descargas y de la

frecuencia de repetición n de las mismas.

La Doble Engineering, en base a su experiencia, presenta un

valor referencial de 1.000 microvoltios a una frecuencia de

1 MHz, para generadores con aisl amiento a base de mica y

asfalto en condiciones aceptables de operación. Para

generadores con aislamiento del tipo epóxico, señala valores

entre 100 y 200 microvoltios para los bobinados probados con

un voltaje nominal Fase-tierra.

En el generador NQ1 de la Central Pisayambo, se obtuvieron

en la prueba del RIV los valores de 140, 160 y 130 u,V, para

las fases A,B?C respectivamente; en la Central Esmeraldas los

valores de 110, 140 y entre 90 y 100 &V para las fases A,B

y C. El primer generador tiene un aislamiento a base de mica

y resina ISOTENAX II tipo poliester (clase F), el segundo

generador, un aislamiento tipo THERMALASTIC a base de resina

epóxica y mica (clase F). Los dos aislamientos son modernos,

del tipo duro, por lo que estos valores se los puede

Pag. 99

considerar como referenciales para los generadores de 13.8

KVf que dispone el INECEL.

El uso de este equipo no es muy generalizado debido a que se

dispone actualmente de equipos técnicamente más avanzados,

como aquellos que miden la carga aparente de las descargas

pare iales.

4.- Medición de la Carga Aparente

Los pul sos de corriente debido a las descargas parciales,

producen pulsos de voltaje en los terminales de una cavidad,

de magnitud muy pequeña imposible de ser medida, al igual que

su capacitancia y la carga que absorbe. Estos pulsos de

voltaje se reflejan de la misma forma en los terminales del

ai s1 amiento.

Para caracterizar las descargas parciales se utiliza una

magnitud conocida como carga aparente, definida de la

siguiente manera:

La carga aparente q de las descargas parciales, medida en

picocoulombios (pC), es aquelia carga que si se inyecta

instantáneamente a los terminales del aislamiento bajo

prueba, producirá un cambio momentáneo de voltaje entre sus

terminales, de valor igual al producido por las descargas

parciales.

3 IEC Standar, Publicación 270 1981, Pag. 11.

Pag. 100

Circuí tos de medición.-

Todos los circuitos de medición de las descargas parciales

iconsisten principalmente de los siguientes elementos:

La capacitancia del aislamiento bajo prueba C. .&

Un capacitor de acoplamiento C^.

Un circuito de medición, representado por una

impedancia Z , el cable de conexión y el instrumento de

med ida.

Una impedancia o filtro Z para controlar los pulsos de

descarga provenientes de la fuente.

Por la impedancia de medición ZB , conformada por una

resistencia en paralelo con una inductancia, o por un

circuito serie de una resistencia y un condensador, circulan

los pulsos de corriente producidos por las descargas

parciales, ocasionando que en sus terminales se presenten

pulsos de voltaje, cuyos valores pico son proporcionales a

la carga aparente, transferida al aislamiento.

Pag. 101

U

1

c.

'

-¿m-6L

Autro placomont possiblo pourAlternativo positipn fpr Zm

r-1--.

T'J

O

—• ímpéd.T.cc de mesure en serie fivrc le condcnsntcur de li-iison.connccie*! in scnrs wi th ihc coupling capacitor.

c.

U'-

r-1--.i ,, i

L;JO

— Tmpédance de mesure en serie avcc I'objet en essai.iNíeasuring impedancc connccled in series u-ilh thc test object.

u-

c,

Q:1 7 *I Z" |

1 7 I| ¿mi , [>'

— Schcma d'im cirojil equilibré.Halanccxl circuit

Fig. NQ5.2.5 Circuitos básicos de medición delas descargas parciales

Pag. 102

El ruido del medio ambiente y las características de los

elementos del circuito de prueba (Impedancia de medición Zm,

Capacitancia de acoplamiento Ck, Capacitancia del aislamiento

Cs), determinan la forma y duración de los pulsos de voltaje

que se miden. Estos pulsos son modulados para que el

instrumento mida valores proporcionales a las descargas

pare iales *

Los pulsos individuales de voltaje se despliegan en un

osciloscopio, calibrado con una señal patrón, para

posibilitar la medición de la carga aparente.

La calibración del equipo de medición y de todo el circuito

de prueba, incluido el ais 1 amiento, se realiza antes de cada

prueba, y se consigue inyectando pulsos cortos de corriente

de carga q, conocida, usando un generador interno de señales

de voltaje de onda cuadrada, de magnitud Vn en serie con unu i

pequeño capacitor de bajo voltaje C de valor conoc ido . En

estas condiciones, el pulso de calibración tendrá un valor

similar a una descarga de magnitud q0 . El capacitor de

calibración debe ser retirado del circuito antes de la

aplicación del voltaje de prueba.

Pag. 103

L

1

'-*

r

I"

Ai

fl-T U

L— ii-il

1,

-..NI...I

c.

1

^

w ra

L/-

j -HI-4H-

C.

i ii'L..4»-— — - c.

**

Fig. N° 5.2.6 Conexiones para la calibracióndel circuito de prueba completo.

El oscilograma de las descargas parciales puede presentarse

en el osciloscopio sobre una línea horizontal, con una

separación muy definida entre las descargas de los semiciclos

positivo y negativo de la onda de voltaje, o por medio de una

e l í p t i c a , correspondiendo los pulsos positivos a la parte

superior y los negativos, al lado inferior.

Este procedimiento también permite medir las descargas de

mayor magnitud q , las cuales por lo general, tienen una

frecuencia de repetición bajo y corresponden a las descargas

esporádicas que se presentan en el aislamiento.

Fig 5.2.7 Oscilograma de descargas parcialesen el aislamiento de generadores

Pag. 104

Equipos (Je Prueba. -

Los equipos más comunes usados en la actualidad, son de banda

ancha, que trabajan en frecuencias de 40 a 400 KHz acoplados

a osci loscopios de rayos catódicos. También existen equipos

de frecuencia seleccionable en el rango indicado.

En las pruebas realizadas últimamente en los generadores del

Inece ] , se usaron los siguientes equipos de banda ancha:

Medidor de descargas parciales, marca HIPOTRONICS ,

modelo 77A

Medidor de descargas parciales, marca Tettex

Instruinent , serie N° 138637, tipo 9126.

Capacitor de acopl amiento de 1.0 nF, marca Robinson

Electric Inst., 20 KV . serie N" 106, tipo 724Cv20.

Impedancia de medición, marca Tettex Instrument, tipo

q~f

Medidor de descargas parciales, marca Biddle .

Valores Referencia les . -

En base a la medición de la descarga q§ de máxima magnitud,

y a los estudios de correlación existente entre las pruebas

no destruct ivas y destruct ivas de ais lamientos dei

generadores, el Japan El RE Council propuso, para

Shuichi Akí, "An Insulation Deterioration Diagnost icMethod for Generator Windings", Japan IERE Council, pág. 5,february, 1991 .

Pág. 105

aisl amientes a base de mica y de resinas epóxicas, los

siguientes valores referenciales:

Cri

qm < 1

qm > i

q > 3

% 2 *

terio

x 104

x 104

x 1 04

x 105

pC

pC

PC

pe

Juicio

Bueno

De cuidado

Crí t ico

Pos ible rupturaais lamiente

del

Los generadores cuyos ais lamíentos presenten descargas

parciales superiores a los 10.000 pC, deben ser sometidos a

inspecciones periódicas, para monitorear su comportamiento

con el tiempo de servicio, especialmente de aquellas bobinas

con descargas altas., que han sido determinadas con equipos

adicionales de inspección.

5.- Medición de las Descargas con el Probador

Electromagnético - Descargas a la Ranura

Con el bobinado del generador energizado, es posible medir

las descargas parciales en bobinas individuales con ayuda de

un probador electromagnético, que se integra temporalmente

al circuito magnético de la ranura para medir la corriente

producida por las descargas.

Pag. 106

POWOEREDIHON CORE

TUNEO AMPLIFER& QUASI PEAK METER

V\\\N\

Fig 5.2.8 Probador Electromagnét ico

Este equipo desarrollado iniciaImente por la The Tennessee

Valley Authority (TVA) y por la Westinghouse, consiste de un

pequeño núcleo magnético y una bobina de un conductor de

cobre delgado, cuyos terminales se conectan por medio de un

cable coaxial a un instrumento medidor de ruido, sintonizado

en 5 MHz, correspondiente a la frecuencia de las descargas

pare iales.

El circuito establecido por la bobina y por el cable coaxial,

conforman un circuito resonante LC, a 5 MHz. El inst rumento

desarrollado por la West inghouse es un peak pulse meter, con

la escala en picocoulombios.

El uso de la frecuencia de medición de 5 MHz permite

conseguir una atenuación considerable de las señales

Pag. 107

originadas fuera de la bobina bajo prueba, de tal forma que

el probador electromagnético medirá únicamente las descargas

de la bobina, cuya ranura se cierra con el instrumento. De

igual forma, la atenuación de las señales a lo largo de la

ranura es apreciable, debiéndose tomar lecturas en toda la

longitud de la bobina.

La Electric Testing Instruments LTDA. produce un modelo

mejorado conocido como Peak Pulse Meter t ipo PPM-74,

compuesto de: una bobina de 11 espiras de un conductor de

cobre enamelado NQ 19 AWG en una barra de ferrita; un cable

coaxial de 3 pies de longitud y un instrumento de medición

con 5 escalas de lectura de corriente, en el rango de 10 a

1.000 mA y una respuesta de frecuencia entre los 50 KHz y los

100 MHz.

El equipo PPM-74 está diseñado para medir los pulsos

negativos de las descargas parciales, con anchos de banda

superiores a los 20 ns ínanosegundos) y rangos de repetición

entre 20 y 5000 pps (pulsos por segundo). Las lecturas tienen

una precisión del 10% cuando se miden pulsos de un ancho de

banda superiores a los 50 ns, cayendo al 25% para pulsos

entre los 20 y 25 ns.

En los sistemas de aislamiento duro, las altas descargas

parciales registradas por el probador electromagnético

frecuentemente se deben a las descargas en la superficie del

Pag. 108

aislamiento o hacia la ranura, debido a su mayor sensibilidad

a las descargas producidas en los lados de bobina, aledaños

al gap de aire. Este equipo se convierte de esta manera, en

una herramienta de gran utilidad para el diagnós t i co de 1

estado de la pintura semiconductora de ranura y del grado de

contacto de la superficie de la bobina, con el laminado del

núc1eo.

Procedimiento de prueba

El detector electromagnético se lo ubica en la ranura,

ejerciendo en forma perpendicular una adecuada presión de

contacto sobre las cuñas de ajuste; se lo desplaza

manualmente desde un extremo y a lo largo de la ranura para

medir las descargas parciales que se producen en la bobina.

Este procedimiento se repite para todas las ranuras que

contengan bobinas de la fase bajo prueba.

Es conveniente energizar una fase a la vez, con las otras dos

conectadas a tierra, para evitar que las lecturas de las

bobinas de una fase se vean afectadas por las descargas de

las otras fases; además, si las tres fases se energizan al

mismo tiempo por la misma fuente de voltaje, se tendrían

lecturas erróneas, por encontrarse en fase cada una con

respecto a la otra, situación que no refleja una condición

normal de operación.

Pag. 109

El voltaje de prueba debe ser superior al voltaje de inicio

de las descargas; normalmente se utiliza el voltaje nominal

fase-tierra, siempre que este sea superior al valor de 5 KV,

de acuerdo a las observaciones real i zadas por la TVA y por

1 a West inghouse.

Se ha observado que la actividad de las descargas parciales

se atenúan a partir de las primeras dos horas de aplicación

del voltaje de prueba, debido principalmente, a los cambios

de presión del gas o del aire dentro de las cavidades del

aisl amiento. En tal virtud, las lecturas del peak pulse

meter se pueden tomar luego de dos horas de energizado el

bobinado, para obtener resultados más representativos, o

inmediatamente después de la energización, si se considera

que la atenuación no es muy importante. Para mediciones

periódicas en una misma máquina, es importante usar el mismo

método para cada prueba.

El terminal de guardia del instrumento se debe conectar a

tierra durante la prueba, para protección de I personal, en

caso de que ocurra una falla del aislamiento justo en el

momento de la medición. La probabilidad de que esto ocurra

es muy remota.

Los generadores eléctricos grandes, tienen por lo general un

bobinado de doble capa, con dos bobinas por ranura de la

mi sma fase o de fases diferentes.

Pag. 110

Si existe la certeza de una excesiva actividad de descargas

parciales en una ranura en particular, la determinación de

la bobina fallosa será evidente si se trata de una ranura con

fases diferentes, pero si las bobinas corresponden a la misma

fase energizada, se debe complementar el análisis con los

datos de factor de potencia y de tip-up del aislamiento de

las bobinas individuales, si es que se disponen en el

historial de la máquina, caso contrario se deben tomar

lecturas de la resistencia ohmios por cuadro de la pintura

semiconductora de las bobinas, y los valores de la

resistencia de contacto de esta pintura con respecto al

laminado del núcleo, como criterios adicionales de

evaluación, aparte de las inspecciones visuales o de

ultrasonido que se puedan ejecutar.

Valores Referenciales.-

La Doble Engineering, en base a su experiencia con el

probador electromagnético en los últimos años, propone los

siguientes valores referencia1 es, para la evaluación de la

actividad de descargas parciales en bobinas

individual izadas:

de descargas parciales

5

Unidad

DI A

Norial

5 - 15

Cuestionable

40 - 60

Reeipíazar Bobina

> IDO

5 Doble Engineering Company, GENERAL REFERENCE BOOK GBR-291, págs. 9-2.3

Pag. 111

5.3.- PRUEBAS DEL AISLAMIENTO INTERLAMINAR DEL NÚCLEO

El núcleo magnético de un generador se construye a base de

I aminas finas de acero al s i l i c i o de grano orientado, con

espesores que oscilan entre 0.5 y 1.0 mm, aisladas unas con

otras pero cortocircuitadas en los extremos por los parantes

de la carcasa que lo soportan. Esta construcción permite

reducir las pérdidas y calentamientos debido a las corrientes

de Eddy que se presentan en la operación normal de 1

generador.

Los materiales que se utilizan para aislar las láminas son

muy resistentes a la abrasión, temperatura y oxidación, como

el s i l i c a t o de sodio (vidrio líquido), varios óxidos, mica,

barnices y el fosfato de aluminio en capas finas, usado

últimamente en forma amplia. Este aislamiento se lo

construye muy delgado con el objeto de conseguir un menor

espesor del núcleo y una a l t a densidad de flujo magnét i co.

Las causas más comunes que se han observado en las fallas del

aislamiento ínter laminar, son las siguientes:

Fallas a tierra de los bobinados, con circulación de

altas corrientes a través del núcleo.

Pérdida del aislami ento por excesiva fricción entre las

láminas, al perder presión de ajuste los pernos, placas

y dedos de pres ion.

Desprendimiento de los separadores de los ductos de

Pag. 113

ventilación y rotura posterior de los dientes del

laminado por vibración. Los separadores y los pedazos

de los dientes causarán daños severos en gran parte del

1aminado.

Errores en el montaje; un depósito metálico o l i m a l l a

puede provocar la perforación de la capa aislante.

Puntos débiles del aislamiento, debido a una

impregnación inadecuada del material aislante durante

1 a fabr i cae ion.

Ingreso de elementos extraños al entrehierro o por

desprendimiento de partes del rotor.

Una falla que involucre únicamente dos láminas no

representará un serio problema para el generador, pero si se

trata de varias de ellas, la corriente de falla inducida

ocasionará una generación alta de calor que, si el sistema

de enfriamiento no es capaz de disiparlo, será la causa para

que aparezcan nuevas fallas Ínter laminares, llegándose en

casos extremos, a fundir parte del hierro si no se detectan

y reparan oportunamente.

Las fallas más comunes en el núcleo se presentan en el fondo

y en las paredes de la ranura, así como también en la parte

exterior de los dientes del laminado. El cortocircuito entre

las láminas cierra el lazo entre ellas y los parantes de

soporte del núcleo, estableciéndose una corriente circulante

de falla y una generación alta de calor en ese sector.

Pag. 114

INDICATION OF FAULT CURRENTS

CONDUCTORBARS

INSULATION

DAMAGE

BUILDING BARSCURRENTSINDUCEDTHROUGH DAMAGE

Fig.5.3.1 Circulación de corriente defalla en el laminado

DETECCIÓN DE PUNTOS CALIENTES EN EL LAMINADO.-

Las fallas en los núcleos de generadores no son muy

frecuentes y si se producen, son muy difíciles de detectar

con la máquina en operación, requiriendo la extracción de un

polo de campo o del rotor completo para realizar una

inspección detenida.

En condiciones normales, la inspección visual se cent rara a

observar los paquetes del laminado, separadores de paquetes,

placas de presión, dedos de presión, pernos de prensado, etc.

por posible aflojamiento de estos elementos y presencia de

polvo rojo de vibración, así como a cambios localizados de

coloración sobre la superficie del barniz, para detectar

puntos con sobrecalentamiento.

Pag. 115

En la actualidad se aplican dos tipos de prueba que permiten

ubicar las fallas en el laminado con una buena precisión,

excitando magnéticamente el núcleo desde un circuito exterior

de corriente alterna; los métodos indicados son el conocido

Toroide o Loop Test y el moderno EL-CID (E 1ectromagnetic Core

Imperfection Detector).

i

1.- PRUEBA DEL TOROIDE

Con el rotor desmontado, este método consiste en calcular los

Amperios-vuelta que debe producir una bobina de magnetización

temporal, enrollada alrededor del núcleo y de la carcasa,

para inducir en el hierro un flujo magnético al menos del 80%

de 3 nomi nn1.

Fig. N° 5.3.2 Bobina de Excitación en laPrueba del Toroide

Pag. 116

El flujo producido generará calentamientos localizados en los

puntos de cortocircuito magnético entre láminas, los cuales

pueden ser detectados por medio de equipos portátiles

especiales de med ic ion de temperatura, como cámaras de rayos

infrarrojos o instrumentos tipo pistola de rayos lasser,

además de las sondas de temperatura que normalmente se

encuentran ubicadas en el estator.

Para la medición del voltaje por vuelta generado, se ub ica

una bobina exploradora de una sola espira alrededor del

núcleo y en la parte opuesta a la bobina de magnetización.

Con un voltímetro conectado a los terminales de esta bobina,

se mide el voltaje por vuelta obtenido en los cálculos

pre1iminares.

Fórmulas de cálculo.-1

Los cálculos siguientes se deben desarrollar en los

preparativos de la prueba del toroide:

Número de Espiras de la Bobina de Magneti zación.-

De acuerdo a la Ley de Faraday, el voltaje eficaz generado

en una bob ina, en presencia de un campo magnét ico alterno,

se expresa de la siguiente manera:

1 Apéndice "Test of Laminar Insulation in Stator Core", IEEEStd 56-1977. "Pruebas de Toroide", Manual de Mantenimiento deGeneradores, C.F.E.- México*

Pag. 117

Eef

"ef

N

4.44 <|) Ar f

Voltaje disponible en la instalación (Vac

: Frecuencia del sistema (Hz)

Flujo magnét ico (Webers)

Número de espiras

Despejando JV, tenemos:

E4.44xfx$

Corriente de Excitación y Calibre del Conductor.-

La densidad de flujo magnético B, intensidad de campo

magnético H y pérdidas en el hierro Wp, son datos

suministrados por el fabricante de cada generador.

Si no se disponen de los mismos, en la siguiente tabla se

especifican diferentes valores de B (en Webers/m*), con los

correspondientes valores de H (en Ampers-Vue1tas/m) y de W

(en Watts/Kgr) que pueden ser usados para el cálculo de la

corriente de excitación;

Densidadde flujo B

Intensidad decampo H

Pérdidas ip

Sebers/ü2

Amp-vuei/m

latts/Kgr

0.5

45

C.7

0.6

57

1.0

0.7

75

1,3

0.8

95

1.6

0.9

129

1.9

1.0

160

2.2

1.1

220

2.7

1.2

350

3.2

1.3

625

3.8

1.34

1000

4.1

Tabla N° 5.3.1 B, H, Wp para aceros al silic i ode grano orientado

Pag. 118

Estos valores son generalmente aceptados en el diseño de

núcleos de generadores, para láminas de acero al silicio de

grano orientado y espesores entre 0.6 y 1.0 mm,

Para el cálculo de la corriente de excitación, compuesta por

las corrientes de magnetización y de pérdidas en el hierro,

se debe conocer los datos de la geometría del núcleo del

generador.

Geometría del Núcleo.-

Le

Wd

Le

Fig. 5.3.3 Geometría del Núcleo

Pag. 119

Para el cálculo de la corriente de excitación, es necesario

obtener los datos siguientes:

He = Espesor efectivo del núcleo (m)

s = Profundidad de la ranura (m)

ID = Diámetro interior del núcleo (m)

Dm = Diámetro medio del núcleo (m)

OD = Diámetro exterior del núcleo (m)

Le = Altura efectiva del núcleo (m)

Le = Altura total del núcleo (m)

Lm = Longitud media del núcleo (m)

Wd = Altura del ducto de ventilación (m)

d = Número de ductos de ventilación

Fa = Factor de apilamiento (0.93)i

A = Área transversal del núcleo (m )

Procedimiento de cálculo.-

Con los datos físicos del núcleo, se calcula la corriente de

excitación en función del voltaje aplicado y la frecuencia

del sistema, para un toroide de N espiras, siguiendo los

siguientes pasos:

Área transversal del núcleo.-

A = He x Le

Pag. 120

OD-[ID+2S]=

Flujo magnéti co.-

La densidad de flujo B es un dato suministrado por el

fabricante; conocida el área transversal, calculamos 4>:

<(> = B x A

Número de espiras del toroíde.-

Con el valor del flujo <|> calculamos el número de espiras N

de 1 toro ide:

N= E4 .

Corr i ente de magne t ización.-

En primer lugar calculamos la longitud media del núcleo:

Dm = ID + 2S + He

Lm = Dm x TT

De la tabla N° 5.3.1 obtenemos el valor de H correspondiente

a una densidad de flujo B conocida. Con este valor

cal cu lamos los Amper-Vue 1 1 a ( AV) necesarios para magne t i zar

Pag. 121

el núcleo al valor de B especificado:

AV = H x Lm

La corriente de magnetización ( I... ) se obtendrá de la

siguiente manera:

J =

Corriente de pérdidas en el hierro, -

Para calcular esta corriente necesitamos conocer el peso

total del núcleo, de la siguiente manera:

[OD2- [ ID+2xS] 2]

De la tabla B-Wp, para el valor especificado de B obtenemos

Wp en Watts/Kgr. Las pérdidas totales (Wptotaus) se calcula

a continuación:

WPtoUíes = WP x Pesonúdeo (Watts)

La corriente de pérdidas en el hierro ( I ™

T - P

Pag. 122

Con las corrientes de rnagne t ización Im,c y de pérdidas en elIfidg

hierro I , obtenemos la corriente de excitación:

-2 A T2*-W

El calibre estimado del conductor en MCM, numéricamente es

igual a la corriente de excitación dividida por 2.

Para facilitar la medición de la temperatura, la bobina de

magnetización no se la debe ubicar sobre las partes del

núcleo consideradas como puntos calientes en las inspecciones

preI iminares.

La prueba del toroide usualmente se lo realiza en un tiempo

mínimo de 30 minutos, suficiente para producir calentamientos

puntúa les entre 5 y 15 °C en los puntos de f a l l a , sobre la

temperatura del resto del laminado.

Al efectuarse la prueba con el sistema de enfriamiento del

generador fuera de servicio, es importante mantener durante

todo el tiempo un monitoreo continuo de la temperatura del

núcleo, para evitar que se produzcan daños adicionales por

deterioro del aíslamiento ínter laminar.

Pag. 123

2.- PRUEBA DE EL-CID

El "Electromagnetic Core Imperfection Detector" o EL-CID, es

un equipo diseñado por la tf Adwe 1 and C. E .G.B. " (Cent ral

Electrical ResearchLaboratoryof the U.K.), con el propósito

de detectar fallas en el aislamiento entre láminas de núcleos

de estatores.

EL-CID es un instrumento muy sensible, capaz de detectar

fallas muy pequeñas que normalmente no se las detectaría en

su estado i n i c i a l , incluyendo a aquellas localizadas

internamente, bajo el fondo de ranura. Estas fallas por lo

general no afectan la operación del generador, pero pueden

degenerarse en fallas graves, con fundición del laminado y

daño del aislamiento de las bobinas aledañas.

A diferencia de la prueba del toroide, requiere excitar el

núcleo únicamente con el 4% del flujo magnético nominal,

suficiente para generar corrientes circulantes por las

láminas en cortocircuito. Además, evita riesgos o daños

innecesarios por calentamientos excesivos que se presentan

en la prueba del toroide.

Como práctica recomendada, se debe realizar una prueba de EL-

CID antes de someter el núcleo a exci tación nomina 1, con e 1

objeto de determinar los sitios con cortocircuitos

electromagnéticos y tomar las precauciones del caso, como la

Pag. 124

instalación de medidores apropiados de temperatura cercanos

a esos puntos, para su monitoreo constante.

Las corrientes de falla inducidas en las áreas dañadas se

sensan electromagnéticamente por una bobina especial conocida

como "Chattock", que mide la diferencia de potencial

magnético entre las esquinas más alejadas de los dos dientes

de una misma ranura.

La señal recolectada se ampIifica y procesa en la U.P.S.

(unidad procesadora de señales), midiendo su ángulo de fase

con la excitación. De este proceso se obtiene un voltaje

d.c. proporcional a la corriente de fall a , en cuadratura con

la excitación. La referencia para la detección de fase se

obtiene de una bobina adicional ubicada dentro del núcleo,

o por medi o de un amperímetro de gancho en los cables de la

excitación.

Con la ü.P.S. seleccionada en la posición QUAD, se produce

una discriminación de las señales en fase con la excitación,

obteniéndose de esta manera mediciones relacionadas

únicamente con las corrientes de falla.

El equipo se maneja a través de un software que permite el

registro y proceso de las señales recolectadas por la bobina

cha11ock.

Pag. 125

En el monitor se despliegan los datos en una curva para cada

ranura, con el valor de la corriente medida en mA en el eje

de las Y, y la longitud de la ranura en centímetros, en el

eje de las X. Se ingresa el dato de longitud de ranura para

que el programa corte la recolección de señales, una vez que

se ha recorrido toda la ranura. Para esto es necesario mover

la bobina chattock durante la medición, conjuntamente con el

sensor de distancia.

C. T. ESMERALDAS. ECUADOR C. T. ESMERALDAS, ECUADOR

C. T. ESMERALDAS, ECUADOR C. T. ESMERALDAS. ECUADOR »

C. T. ESMERALDAS, ECUADOR C. T. ESMERALDAS, ECUADORrnmutmrw

Fig. N° 5.3.4 Curva típica de EL-CID

Pag. 126

Excitación del núcleo para la prueba de EL-CID.-

La bobina de magnetización que se u t i l i z a para generar el

flujo magnético de prueba posee pocas espiras, siendo

suficiente una potencia de 3 KVA, de 120 ó 240 Vac, para

probar núcleos de máquinas de varios cientos de MVA. La

excitación produce a lo largo de todo el núcleo, un campo

eléctrico y un flujo magnético alterno circular.

Igual que en la prueba del toroide, se requiere una bobina

exploradora o testigo de una sola espira, ubicada en el lado

opuesto a la bobina de excitación, para la medición del

voltaje inducido de valor, el cual tiene un valor igual al

4% del voltaje nominal.

Previo a la ejecución de la prueba, es necesario diseñar la

bobina de excitación de acuerdo a los parámetros físicos del

generador y a la fuente disponible.

Pag. 127

Ln u» Ln

era

o o*

to

aco

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XC

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VA

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RA

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FO

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Cn

A.C

. P

üW

ER

SO

UR

CE

Voltaje Inducido.-

Para generadores mayores a los 100 MVA.

En un generador en operación, el voltaje que se induce en un

lado activo de bobina, a lo largo del núcleo del estator, es

igual al voltaje nominal fase tierra dividido para el número

de conductores activos en serie que conforman una f ase.

Para la prueba del EL-CID, el voltaje generado por conductor,

medido en la bobina exp1 oradora, se obt iene de la s iguiente

expresión:^

Donde:

VJTJ- = Voltaje fase-fase del generador

K = Factor de distribución y de paso del

bobinado.

N = iNúmero de conductores activos en serie por

fase .

Este voltaje generado será del orden de los 5 voltios por

metro de núcleo magnét ico, correspondiente a una excitación

del 4% del flujo nominal.

2 Catálogo de EL-CID, Adwe1 Industries Ltd., 1992.

Pag. 129

Para generadores y motores de baja capacidad.-

El voltaje inducido se calcula de la siguiente fórmula:

V = O . O S x i r x f x l x d

f = Frecuencia

1 = Longitud del núcleo (m)

d = Espesor del núcleo (Parte activa del núcleo, en

m)

Amper ios-vuelta. -

La intensidad de campo magnético H sobre el camino circular

del núcleo para la prueba de EL-CID, se encuentra entre 2 y

14 A-V/m (Amperios-vuelta/metro). Para un valor típico de

8 A-V/m, los A-V totales se determinan de la siguiente

manera;

A-V = V x 8 x TI x Dm

Dm = Diámetro medio del núcleo!G

V = Voltaje calculado y medido en la bobina

exp1 oradora.

La determinación del número de vueItas de la bobina de

excitación y la corriente que absorbe el circuito de prueba,

se lo realiza de una manera práctica, manejando estos dos

Pag. 130

parámetros conjuntamente con las características de la fuente

disponible, hasta conseguir en la bobina exploradora el

voltaje inducido calculado.

Un cálculo aproximado del número de vueltas se consigue

dividiendo el voltaje disponible de la fuente para el valor

de voltaje inducido en el bobina exploradora. Este cálculo

no es preciso, pues no considera las pérdidas por histéresis,

corrientes de Eddy y por la resistencia óhmica de 1 conductor

ut i 1 i zado.

Valores Límites.-

El fabricante del equipo establece un umbral práctico de 100

mA f mi i i amper ios). sobre los cuales cualquier falla es

significativa, que debe ser investigada y reparada. Basado

en su experiencia, señala que los 100 mA medidos

representarán un incremento de temperatura de 5 °C sobre la

media del núcleo, cuando el generador opere con un flujo

magnético del 80% del nominal.

Interpretación de las Curvas Resultantes.-

Del análisis de las curvas obtenidas con EL-CID para cada

ranura, es posible ubicar el sitio de la falla, cons iderando

el tipo de respuesta de la bobina CHATTOCK. Para fallas del

núcleo dentro de los terminales de la bobina, la señal de

respuesta tendrá pulsos positivos, y si la falla se localiza

fuera de los extremos, la respuesta tendrá pulsos negativos.

Pag. 131

NORMALIZED SCALING OF THREE TYPICAL FAULTS

i i I 1 i i i

TEETH15-16

t I i I- TEETH

hTEETH14-15

U TEETH14-15

TEETH13-14

TEETH12-13

j r _L i

» » i

15-15 lOmm/div

100mA

TEETH13-14

I- TEETH12-13

I t I I I I L

I I T T T

TEETH15-16

1 T

TEETH14-15

TEETH13-14

TEETH12-13

I 1 I t I t í

A CENTRE OFTOOTH TIP j i B 10mm BELOW f I

TOOTH CÓRNER I IC 20mm ABOVE

SLOT BOTTOM

Fig. N° 5 . 3 . 6 Curvas de EL-CID para tresf a l l a s t í p i c a s en e l n ú c l e o

Pag. 132

En la figura N° 5.3.6 se representan tres casos de falla en

diferentes sectores del diente N° 14 de un núcleo magnético,

así como las señales de la bobina chattock obtenidas en los

dientes adyacentes.

Para una falla en el punto A, en la superficie de la cara

exterior del diente, se obtendrá la misma diferencia de

potencial magnético medido entre los dientes 14 y 15, y entre

los dientes 13 y 14. La falla como se puede observar, se

encuentra dentro del campo de acción de la bobina chattock,

para las dos mediciones.

Una falla en el punto B, justamente unos milímetros bajo la

esquina de la ranura, originará un pulso positivo en la

medición entre los dientes 14 y 15, pero ocasionará un pulso

negativo en la señal de los dientes 13 y 14, debido a una

rápida reducción del voltaje en el sitio de la falla.

Para una falla en el punto C, localizada en el fondo de la

ranura N° 14, se presentará un pulso positivo en la medición

de potencial magnético, únicamente entre los dientes 14 y 15;

la señal obtenida entre los dientes 13 y 14 no variará

significat ivamente.

Pag. 133

CAPITULO 6

REPORTES DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DE LOS GENERADORES

CENTRAL PÍSAYAMBOCENTRAL AGOYANCENTRAL ESMERALDAS

6.1.- REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DEL GENERADOR

NQ 1 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA PISAYAMBO

ANTECEDENTES.-

la Central Hidroeléctrica Pisayambo inició su operación

comercial el 25 de noviembre de 1977, fecha en la cual tomó

carga del sis tema por primera vez.

Aproximadamente durante 5 años trabajó controlando la

frecuencia de los Sistemas Eléctricos Centro Norte, Pichincha

e Imbabura y Carchi, hasta la entrada en servicio de la

Central Paute Fases A-B, y la interconexión de las ciudades

Quito y Guayaquil, en el año de 1982.

Durante este período, estuvo sujeta a continuos arranques y

paradas, a variaciones constantes y a veces bruscas de carga

y de voltaje, propias de la función que desempeñaba en el

sistema. La característica de respuesta rápida de su

regulador de ve loe idad le permite tomar carga nominal en un

tiempo muy corto, alrededor de los 6 a 8 segundos; de igual

forma, si el sistema lo solicita, está en capacidad de bajar

su potencia a O MW desde la nominal, en un tiempo similar.

El 25 de julio de 1980 se produce una falla a tierra de la

Pag. 134

fase C del generador de la unidad N° 1 , localizada en la

bobina interior de la ranura N° 5 , en el último grupo de

bobinas cercana a la salida de 13.8 Kv. La reparación estuvo

a cargo del fabricante Marine Industries Ltda. del Canadá,

y para su ejecución fue necesario extraer 14 bobinas

exteriores o de entrehierro.

Desde el inicio de la operación, se presentaron fugas de

vapores de aceite en los cojinetes, especialmente del guía

inferior, que contaminaron los bobinados del generador.

Como actividades de mantenimiento preventivo en dicho

período, se han ejecutado además de la limpieza e

inspecciones de las partes accesibles, las pruebas de

resistencia de a i sI amiento y resistencia óhmica de los

bobinados del estator, y la verificación del ajuste de las

cuñas superiores de las ranuras, a través del espacio

interpolar del bobinado de campo.

En las inspecciones de rutina se han detectado manchas

blancas de efecto corona en los cabezales del bobinado, las

cuales se las ha reparado únicamente con limpieza y barniz

de protección marca Dolph's ER-41. (ver Cap. 3 pág. 27)

En el análisis de vibraciones realizado en el mes de mayo de

1996, se encontró picos elevados a una frecuencia 360 veces

la frecuencia industrial de 60 Hz (21.600 Hz), local izados

a media altura de la carcasa del generador N°l. Estas

Pág. 135

vibraciones partían de valores pequeños con el generador a

baja carga, alcanzando valores altos con potencia nominal.

Considerando estos antecedentes y los aproximadamente 19 años

de operación de las unidades de esta Central, se decidió

realizar una inspección detenida de todas las partes

constitutivas del generador, especialmente del estado del

aislamiento del bobinado estatórico, en base a las pruebas

de rutina de mantenimiento que se utilizan actualmente.

Por lo expuesto, la unidad NQ1 entró en mantenimiento mayor

o de overhaul el 17 de Julio de 1996, extrayéndose el rotor

el 24 del mismo mes y año,

ESTADO DEL GENERADOR.-

Con el rotor desmontado, se realizó una inspección del

estator encontrándose las siguientes novedades:

1.- Contaminac ion con vapores de aceite hidráulico.

Se observó una contaminación muy acentuada de todo el

estator con vapores de aceite hidráulico proveniente de

los cojinetes, especialmente en las cabezas inferiores

del bobinado y en los sectores con un mayor voltaje de

operac ion.

El aceite, en combinación con el polvo del medio

Pag. 136

ambiente y con el carbón de las zapatas de frenado,

forma una masa que se adhiere a la super f i cíe de 1

aislamiento del bobinado. También se encuentra en

forma de depósito en los ductos de ventilación del

núc leo.

El papel semiconductor de relleno lateral y los

rellenos bajo las cuñas de ajuste del bobinado en las

ranuras, se encuentran impregnados de aceite

hidráulico, situación que puede afectar a la pintura

semiconductora de los bastones.

Se observó una cantidad significativa de cuñas que han

absorbido aceite por capilaridad, presentando una

apariencia esponjosa, situación que desmejora el ajuste

de los bastones en las ranuras.

2.- Efecto corona en los bobinados

En el sector del bobinado de mayor voltaje comprendido

entre las ranuras NQ 140 y NQ 6, se observan manchas

blancas de efecto corona, en la parte lateral de los

bastones, ubicadas justamente donde finaliza la pintura

semiconductora, sitio en el cual debería existir el

traslape con la pintura graduadora, para eliminar la

concentración de esfuerzos eléctricos en esos puntos.

En la aplicación de alto voltaje a.c. para las pruebas

Pag. 137

de aislamiento, las altas concentraciones de descargas

parciales al final de la pintura semi conductora de

ranura, se apreciaron a simple vista como una línea de

luz ultravioleta en forma transversal a la bobina,

acompañado todo el fenómeno de un fuerte olor a ozono.

Con todo el bobinado energizado al mismo voltaje de

prueba (8 KVac), las descargas por efecto corona fueron

genera 1 i zadas .

También se observaron cuatro manchas de efecto corona

de gran magnitud en los cabezales superiores e

inferiores, que afectaban las caras laterales de las

bobinas adyacentes. No se observan manchas blancas en

los cruces de interconexiones de grupos de bobinas.

3.- Bob inados

El aislamiento, especialmente en los sectores de

uniones de bastones y de interconexiones de grupos, se

encuentra en buen es tado, sin señales de ablandamiento

ni abombamiento.

Los separadores y amarres de cabezales se encuentran en

correcta pos i c ion, de igua1 forma los amarres y el

anillo de sujeción del bobinado.

No se observaron desplazamientos de los rellenos bajo

las cuñas ni de los separadores de bobinas en la

Pag. 138

sección de ranuras.

4.- Núcleo magnético

Todo el laminado se encuentra en perfecto estado, no

existe deformación ni ondulación de las láminas de

ningún paquete, así como presencia local izada de

decoloraciones indicativas de puntos calientes.

No se encontraron depósitos de polvo rojo de oxidación

o desgaste del aislamiento interlaminar, ni presencia

de polvo amarillo, producto del desgaste del

aisl amiento de los bastones o de las cuñas de ajuste

por fricción con el laminado. Los parantes de soporte

del núcleo no presentan cor ros ion electrolítica.

Los seguros de las tuercas de los pernos de presión se

encuentran en su posición correcta, sin señales

indicativas de laminado flojo. De igual forma, los

dedos y placas de presión no han sufrido

desplazamientos, por lo que los dientes del laminado se

encuentran intactos, sin fracturas o desprendimientos.

PRUEBAS ELÉCTRICAS DE DIAGNOSTICO DEL GENERADOR

Para realizar las pruebas de diagnóstico del aislamiento, se

contrataron los servicios de la Empresa Mexicana LAPEM

(Laboratorio de Pruebas de Equipos y Mater iales), qui enes en

Pag. 139

coordinación con el personal técnico del Inecel,

desarrollaron las siguientes pruebas en el generador:

ESTATOR.-

Resistencia de ais lamiente

% Factor de potencia a O.2Vf fi L

Variación del factor de potencia (Tip~up) y

Capacitancia (2,4,6,8 Kv)

Descargas parciales

Descargas a la ranura

Detección de imperfecc iones elect romagne ticas del

núcleo (El-CID)

Resistencia de aislamiento

Medición de la impedancia a 60 Hz

Factor de potencia

Voltaje aplicado 60 Hz

PRUEBAS AL AISLAMIENTO DEL ESTATOR

1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

La resistencia de aislamiento se mide aplicando un voltaje

de prueba de 1000 Vdc al conductor de cobre de la fase, por

un tiempo de hasta 10 minutos. El objetivo de esta prueba es

Pag. 140

determinar el grado de humedad o suciedad que presenta el

a i s1ami ento.

La resistencia de aislamiento se considera igual al valor en

MQ medido luego de 1 minuto de aplicar el voltaje de prueba,

tiempo en el cual las corrientes de absorción y polarización

no inciden significativamente en la medición.

PRUEBA H'

VOLTAJE DEPRUEBA

A LINEA

A GUARDA

A TIERRA

T I E H F ú l M Í N )

1/4

1/2

3/4

1

L

3

4

5

61

89

1G

RELACIÓN Í0;i

I

1000 Vdc

FASE A

PASES B y C

LECT

7GÚ

1100

1300

1600

2500

320C

3800

4200

4800

50005500

6000

6500

K

¿

2

2

2

¿

1

2

20

2

22

2

MC

1400

220C

2600

3200

5000

5400

7600

8400

96CO

1000011000

12COO13000

4,06

2

1000 Vdc

FASE B

FASES A y C

LECT

60010001300

1400

2200

270032003600

4100

4500

5000

5500

6100

K

21L

2

2

2i

2

2i¿

222

2

MQ

1200

200C2000

2800

4400

5400

6400

7200

8200

9000

100CO

11200

32200

4,35

3

1000 Vdc

FASE C

FASES A y B

LECT

600

950

1300

1500

2400

2800

3400

400Ü

4500

4800

52005800

6200

K

22

2¿

1

222

L

222

2

W

12001900

2600

3000

48005600

6800

8000

9000

960010400

11600

12400

4,16

CONDICIONES DE PRUEBA: TEHP. AMB. 23°C, TEHP. BOBINADOS 23'C

LECT. = Lectura del instrumentoK = Factor de mu 11 i p l i cae ion

Cuadro N°6,l.l Resistencia de Aislamientodel generador N°1 - Pi sayambo

Pag. 141

El valor mínimo de resistencia de aislamiento recomendado,

se determina por la siguiente fórmula:'

Rm = Kv + 1 en MÍ2

R = Resistencia mínima de aislamiento recomendada para31

el bobinado completo en Megaohmios, a 40°C

Kv = Vo1 taje nomina 1 entre fases en Kv.

La Resistencia de aislamiento de una fase de un bobinado

trifásico, con las otras dos fases puestas a tierra, es

aproximadamente el doble que la del bobinado completo. Por

lo tanto, cuando se prueban todas las fases por separado, la

resistencia medida en cada fase se debe dividir entre dos

para poder comparar, luego de la corrección por temperatura,

con el valor de la resistencia mínima recomendada.

En las mediciones por separado, si las fases que no se

prueban se conecten al terminal de guarda del equipo, la

resistencia de aislamiento debe dividirse entre tres para

comparar con el valor de la resistencia mínima.

Para a i s l a m i e n t o s en buenas condiciones, es común encontrar

le c t u r a s de r e s i s t e n c i a de ais lamiente de 10 a 100 veces o

más e 1 valor mí nimo recomendado.

ANSÍ/IEEE STD 43/91

Pag. 142

FASES

A

B

C

R E S I S T E N C I A DE AISLAKIEHTO MC

3 ,200

2. 800

3.000

Í N D I C E DE POLA1IZACIOM

4 , 0 6

4 . 3 5

4. 16

Cuadro N" 6.1.2 Resistencia de AisIamientoe índice de Polarización - Pisayambo

El índice de polarización, es decir la relación entre los

valores de resistencia de aislamiento medidos a los 10 y 1

minuto, representa una buena indicación del grado de

contaminación del bobinado con la humedad. La norma

ANSÍ/IEEE STD 43-1991, establece los siguientes valores para

el índice de polarización:

CONDICIÓN DEL BOBINADO

Norma 1

Húmedo

ÍNDICE DE POLARIZACIÓN

> 2

< 2

Los resultados de la resistencia de aislamiento y del índice

de polarización indican que e l bobinado del generador N° 1

no se encuentra contaminado con humedad.

2.- FACTOR DE POTENCIA TIP-UP Y CAPACITANCIA

El factor de potencia es un parame tro ind i cativo de las

pérdidas dieléctricas que produce un si stema de ai s1ami ento

cuando se lo somete a esfuerzos de alto voltaje. Se

encuentra relacionado con el grado de homogeneidad del

aislamiento y, dependiendo del proceso natural de su

Pag. 143

envejecimiento, puede incrementarse en mayor o menor grado.

Con la elevación del voltaje de prueba, el valor del factor

de potencia t urnb ién aumenta.

Con el voltaje de generación fase-fase de 13.8 Kv de los

generadores de esta Central, el factor de potencia del

aislamiento se obtuvo a un voltaje de prueba de 2 Kv, que

corresponde al 25% del Voltaje nominal fase-tierra. Para la

determinación del tip-up se tomaron valores adicionales en

intervalos de 0.25V^_t hasta el voltaje nominal de 8Kv,

FASE TiPUP

ENERG GRD. nF kV

1C *6,3 50

363,2 40

304,í

20 10 i,3? 140

68,5 20 *5(4

M,5 34

20 361,

1330 1 , 1 5 3,42 362.Í 160

20 1360 10 ti.

LECT = Lectura del instrumentoK = Factor de multiplicación

Cuadro N° 6.1.3 Factor de Potencia del AislamientoGenerador N°1- Pisayambo

Pag. 144

evaluación del "Japan El RE Council1" , debe tener un Tip-Up

menor o igual al 2%.

3La Doble Engineering Company señala que es común encontrar

valores de factor de potencia inferiores al 1% para un

voltaje de prueba del 25% del V^_ , e indica que el Tip-Up

máximo permisible es 1% .

En este caso, el valor más e levado de factor de potencia

corresponde a la fase A con 0.80%, y un tip-up máximo de

0.44% en la fase C, valores inferiores a los máximos

recomendados. Los resultados de esta prueba indican que el

ai si amiento se encuentra en buenas condiciones.

3.- DESCARGAS PARCIALES

Son aquellas descargas que cor toe i rcu i tan en forma parcial

un aislamiento, debido a la presencia de cavidades en su

interior .

Cuando la diferencia de voltaje en los extremos de la cavidad

supera la rigidez diel é c t r i c a del material que contiene la

misma, se produce una descarga entre esos puntos,

presentándose pulsos de voltaje en los ext remos de 1

Shuichi Akí , "An Insulation Deter iorat ion Diagnost i cMethod for Generator Windings", Japan IERE Council, pág. 5,February 1991.

:R.J. McGrath, F.J. Gryszkiewicz, "Power Factors and Radio-

Influence Voltages for Generator-Stator Insulation", DobleEngineering Company, pág.9-1.2, 1990.

Pág. 146

ais[amiento.

FASE A

Kv

2 , 4

4 , 1

Q t p C

120

Bff

FASE B

Kv

, t>

Q ( p c )

FRECUENCIA 0,3 SHz 220

2 KHz 9

!5

FASE C

Kv

1.72,0

5,0

Q(pC)

1QC-28C

20Ü-500

FRECUENCIA 0,3 KüZ 220

Iz 9

SENSIBILIDAD 55 pC

Cuadro N°6.5 Descargas ParcialesGenerador N°1 - Pisa yambo

La prueba se realizó siguiendo el procedimiento descrito en

la norma IEC 2"0, aplicando el voltaje de prueba a través de

un capa c i Lor de acop1amiento de 1 nF .

Luego de Ja calibración del equipo inyectando un pulso de

1000 pC, se fue incrementando el voltaje hasta la aparición

de las primeras descargas, con el objeto de registrar el

valor de voltaje de inicio de las mi smas. Posteriormente se

energizó el bobinado por un t iempo aprox imado de 25 minutos

para permitir la estabilización de las descargas; luego se

procedió a tomar datos de la carga apárente en pC, en pasos

Pag. 14'

de 1Kv, partiendo del valor de inicio de descargas hasta 9

Kv .

El espectro de descargas parciales observado a 8 Kv en las

tres fases, de acuerdo al manual del equipo de prueba

(TETTEX), es un patrón típico de descargas externas/internas

que se producen en el aislamiento en la sección de ranura o

en los cabezales. Este espectro se caracteriza por tener una

mayor magnitud en las descargas parciales desarrolladas en

el semiciclo negativo, con respecto a las observadas en el

semiciclo positivo.

Por lo señalado, el espectro de descargas parciales de este

generador presenta a las descargas internas como las de menor

magni tud, y las esporádicas de mayor magnitud, a las

descargas externas superficiales, debido al efecto corona

observado en los cabezales y a las descargas que se presentan

en la ranura, por defectos en la pintura semiconductora.

De acuerdo al criterio propuesto por el JAPAN EIRE COUNCIL,

los aislamientos a base de mica resina epóxica o mica resina

poliester, se consideran en buen es tado de operación si sus

valores máximos de descargas parciales no exceden los 10.000T

pC, al voltaje de prueba fase neutro.

Los valores de descargas parciales para el generador N° 1 de

Pisayambo son superiores a los 10.000 pC especificados, pero

inferiores a los 30.0000 pC del techo catalogado como

Pag. 148

aislamiento cuestionable.

Los nive les de descargas parciales de este generador

mejoraron luego de colocar una capa fina de protección de

corona sobre la superficie del aislamiento, a base de resina

epóxica y polvo de mica. De igual forma, se desplazó el aire

del espacio e x i s t e n t e entre las bobinas de una misma ranura,

a la salida del núcleo por medio de silicona, material de

buenas características dieléctricas y de gran flexibilidad,

con el objeto de evitar la forma ción de ozono, por la

ionización del aire, en presencia de campos eléctricos en la

superficie del aislamiento.

FASE A

Kv

2 , 0

3 , 0

4 , 0

5 , 0

6 , 0

7 , 0

3 , Ü

9 . 0

Q ( p c )90

200-450

550-900

800-2600

1600-4000

2500-6500

3500-11000

8000-17000

t ' R ü C U E N C U ¡ j . 6 K H z 183

BI 2 KBz 9

S E N S I B I L I D A D 50 p CV . I . D 9} A 2 , 0 K v

V . E . D . M A 2 , 0 Kv

FASE B

Kv

2 , 5

3 , 0

4 , 0

5 , 0

6 , 0

7 , 0

8 , 0

9 , 0

Q í p c )100

150-250

300-650

800-1800

1500-5000

4500-^000

5500-9500

6000-14000

mOiEfJCíA Ú , 7 5 K H z 2 0 0

8» 2 K H z 9

S E N S I B I L I D A D 1 2 0 p CV . I . D . ':00 A 1,5 K v

V . E . D . 3 0 Á 2 , 3 K v

FASE C

Kv

2 , 3

3 ,0

4 , 0

5 , 0

6 , 0

7 , 0

8 , 0

9 , 0

Q ( p C )

120-150

200-1 100

400-1600

500-1800

1200-4000

2500-6000

4 5 0 0 - 7 5 0 0

6000-10000

F R E C U E N C I A 3 , 7 5 K H z 2 0 0

fll 2 K E z 9

S E N S I B I L I D A D ¡ 2 0 p C

V . l . D . 1 1 0 - t 5 G h 2 ,3 Kv

V . E . D . Í 2 0 A 2 t [ K v

Cuadro N° 6.1.6 Descargas ParcialesGenerador N°1 Pisayambo, luego de las reparaciones

Otra actividad que incidió en la disminución de las descargas

Pag. 149

parciales fue la reparación de la pintura semiconductora del

lado expuesto de la bobina superior, en las ranuras que se

reacuñaron. Los defectos de la pintura semiconductora de la

bobina de fondo no se corrigieron por falta de acceso,

manteniéndose las descargas a la ranura, observadas en la

primera inspección.

4.- DESCARGAS A LA RANURA

Esta prueba permite evaluar la actividad de descargas a la

ranura, debido a imperfecciones de la pintura semiconductora

de la superficie del aislamiento de las bobinas, ó a un pobre

contacto eléctrico entre esta pintura y el laminado de la

ranura. Las descargas a la ranura dañan por erosión el

aislamiento p r i n c i p a l , desde la superficie del aislamiento

hacia adentro.

La prueba se realiza encrgizando cada fase con el voltaje

nominal fase-tierra. El indicador analógico del equipo de

medición muestra en mA, las descargas a la ranura.

Para esta prueba, la DOBLE ENGINEERING recomienda los

¿s igui ent es va lores:

1 Un i dad

mA

Normal

5-15

Cuest ionable

40-60

Reemplazar bobina

> 100

Doble Engineering Company, "General Reference Book" , GBR291, pág. 9-2.3.

Pag. 150

Los valores obtenidos en mA, en cada fase del generador se

presentan en los siguientes cuadros:

DESCARGAS A LA RANURA FASE A

R A N U R Aíí1

1T

"iJ

12

1314

15

16

17

26

27

28

29

30

31

3240

41

42

43

44

45

46

54

D E S C A R G A S.lA

1 , 1

1 ,S0 , 4

o , "o , y1 ,0i . i0 , 6

0 , 7

o . s1 . i9 . 0

0 , 7

0 , 70 , 7

0, 6

1 , 4~> ~>

— 7 •"

0 , 4

0 , 8

0 , 8

0 , 6

0 , 5

0 , 5

R A S U R AN 1

55

56

57

58

59

60

68

69

70

T 1

72

73

74

82

83

84

85

86

87

88

9697

98

99

D E S C A R G A SIDA

0 , 9

3 , 0

2 , 0

1 «0

1 , 4

0 , 8

0 , 8

1 ,0

1 ,6

2 , 4

0 , 8

2 ,0

1 , 0

0 , 8

1 ,4

1 ,8

3 , 4

1,8

0 , 6

1,8

1 ,01 , 7

1 ,3

3 , 4

R A N U R AH 1

100

101

102

1 1 1

112

113

114

115

116

125

126

1 27

128

129

130

131

139

140

141

142

143

144

145

153

D E S C A R G A SDI A

1 , 20 , 80 , 8

0 , 5

0 , 6

5 , 6

0 , 80 , 6

0 , 7

0 , 4

0 , 6

1 ,0

1 ,4

4 , 8

1,8

1 , 4

1 ,2

1 .6

8 , 0

2 , 4

1 ,0

0 , 81,01,0

R A N U R Aíí1

154

155

156157

158

159

167

168

169

170

171

172

173

181

182

183

184

185

186

187

195

196197

198

D E S C A R G A SmA

1 ,0

0 , 3

1 ,0

1 ,0

0 , 8

0 , 6

0 , 8

1,8

3 , 8

1 , 4

1 , 4

1 , 2

1,8

1,80 ,8

1 , 22 , 0

1,0

1 ,01 , 2

0 , 6

0 , 6

0 , 6

0 , 6

Cuadro N°6.1.7 Descargas a la Ranura Fase AGenerador N° 1 - Pisayambo

Pag. 151

DESCARGAS A LA RANURA FASE B

R A N ü i i A>,;*

~7/'

s9

10

11

12

13

21

22

23

24

25

26

27

35

36

37

38

39

40

41

49

50

51

D E S C A R G A ; ) r a A

1.4

1 .2

0 . 6

0 , 7

1.01 .0

1 . 10.51. 11 .41 . 5

2 . 4

1.02 . 2

1.4

1 .22 . S

3 . 3

2 . 0

1 .8i -ii. . 4*

i .2

1 .0

1.82 . 3

R A N U R A»'

52

53

54

55

63

64

65

66

67

68

69

7S

79

80

81

82

83

92

93

94

95

96

97

98

D E S C A R G A S m A

1.0

0 . 6

0 .8

1 .6

0 . 7

0 . 4

0 . 6

1 . 1

2 . 4

0 .6

0 . 7

0 . 91 .8

3 . 0

1 . 2

0 . 80. 62 . 03 . 2

1 .01 .4

1 .6

2 .8

0 . 8

R A N U R AH*

106107

108

109

110

1 11

112

120

121

122

123

124

125

126

134

135136137

138

139

140

148

149

150

D E S C A R G A S IBA

0 . 6

1 .0

0.8

1 .8

2 . 6

0 . 7

0 . 8

0 .6

0 . 9

2 . 1

0 . 8

1 . 2

2 . 0

1.8

0 . 6

1 . 20 . 8

3 . 2

11.0

0 . 8

3.8

0 . 2

3 .2

1.8

R A N U R AN '

151152

153

154

162

163

164

165

166

167

168

177

178

179

180

181182

191

192

193

194

195

196

197

D E S C A R G A SmA

2 . 6

1 .0

2 . 2

1 .8

1.8

1.4

1 .0

1.2

1 .4

1 .0

1 .0

0.8

1 .0

2 . 2

0 .8

2 . 060 .0

0 . 8

0 . 6

0 . 4

0 . 8

1 .00 . 4

0 . 4

Cuadro 6.1.8 Descargas a la Ranura Fase BGenerador N° 1 - Pisavambo

Pag. 152

DESCARGAS A LA RANURA FASE C

R A N U R AN'

2

3

4

5

67

8

16

17

13

19

20

2 1

30

31

32

33

34

35

36

45

46

47

48

D E S C A R G A S aiA

2 . 4

1 , 4

1 .61.8

1 .61 .61.5

0 . 6

1.0

1.4

2 . 4

2 . 8

5 . 2

2 . 9

3 . 6

4 . 4

1 .6

2 . 0

2 . 8

2 . 4

2 . 0

i .08 .4

0 . 4

R A N U R AN *

49

50

5960

61

62

63

64

65

73

74

75

76

7 7

78

79

S7

ss89

90

91

92

93

101

D E S C A R G A S m A

0 . 6

0 . 7

0 . 4

0.8

0.8

1.8

1 .4

1.4

0 . 5

1 . 6

2 . 80 . 4

2 . 4

0 . 6

1 .00 . 6

0 . 4

0 . 8

0 .8

0 . 6

1 .00 . 5

0 .6

1 .2

R A N U R Ar

102

103

104

105

106107

115116

117

1 18119

120

121

129

130

131

132

133

134

135

144

145

146

147

D E S C A R G A S !üA

1 .80 . 6

1.0

1.5

2 4 . 00 . 8

1 .01 .8i .8

2 4 . 05 . 61 .01 .0

0 . 5

0 . 4

0 . 6

5 .0

1 .00 . 8

0 . 6

0 . 6

1.0

1 .6o.s

R A N U R AN'

148

149

158

159

160

161

162

163

164

172

173

174

175

176

177

178

186

187

188

189

190191

192

D E S C A R G A SmA

0 .8

0 . 5

1 .2

1 .2

1 .6

1.8

1 .0.

0 . 7

0. 81 . 12. 02 . 61 .4

1 .02 . 0

1 .40 . 5

1 .41 .9

3 . 0

1 .2

0 .8

0 .8

Cuadro 6.1.9 Descargas a la Ranura Fase CGenerador N°l - Pisayambo

Pag. 153

Los valores máximos obtenidos se resumen en el siguiente

cuadro:

FASE

A

B

C

RANURA N°

28, 113, 141

138, ÍS2

21, 47, 106, 118

VALOR (mA)

9.0, 5.6, 8.0

11.0*, 60.0*

5.2, 8.4, 24.0*, 24 .0*

Cuadro N* 6.1.10 Valores máximos en mA obtenidos en la pruebade descargas a la ranura - Pi sayambo

Los va lores máx irnos de 11.0, 60.0 y 24.0 mA, se presentaron

en los sitios de los bastones en donde se retiraron la cuñas

de ajuste y la pintura semiconductora fue desprendida.

Luego de la reparación de la pintura semi conduc tora con la

p i n t u r a marca VON ROL I SOLA N°S003. y de final izar los

trabajos de reacuñado de todo el estator, se obtuvieron los

siguientes valores de descargas a la ranura, en aquellas que

presentaron valores altos en la primera inspección:

FASE

A

B

C

RANURA N*

28, 113, 141

138, 182

21, 47, 106, 118

VALOR (mA)

1.4, 0.8, 1 . 31.1, 0.9

2.5, 0.8, 2.6, 2.6

Cuadro N° 6.i.11 Descargas a la ranura en mA luego delas reparaciones- Generador N°1 Pisayambo

Durante estas pruebas, se observaron a s imple vista algunas

descargas superficiales en el aislamiento de las bobinas de

fondo de algunas ranuras, pero, los resultados en mA de 1 as

descargas en esas ranuras, se encuentran por debajo de los

Pag. 154

parámetros sugeridos y aceptados por el fabricante del equipo

de prueba, y por la Doble Engineering Company.

5.- DIAGNOSTICO DE IMPERFECCIONES ELECTROMAGNÉTICAS DEL

NÚCLEO DEL ESTATOR (EL-CID)

Esta prueba permite detectar fallas incipientes en el núcleo

del estator, debido a cortocircuitos electromagnéticos entre

laminas, y que pueden estar generando calor adicional por la

circulación de corrientes de falla, entre las láminas en

cortocircuito y los parantes cíe soporte del núcleo.

Por medio de una fuente a u x i l i a r de bajo voltaje, se excita

el núcleo al 4% del flujo nominal, suficiente para lograr

calen lam lentos 1 oca I i zados eri los s i t i o s de cortocircuitos

niagné t i eos .

Los parámetros de la unidad son los siguientes;

3.37 Vac

Los valores alcanzados durante la prueba son:

Toroioe

Corriente de excitación

A m p e r i o s - v u e l t a

9 espiras cable N* 12 AIG24.1 A

217.3 A-v

Una vez excitado el núcleo magnético, se miden las corrientes

Pag. 155

de fuga por medio de la bobina "CHATTOCK" del equipo, que se

desplaza apoyada en los dientes de cada ranura y a lo largo

de la misma, conjuntamente con el dispositivo de medición de

distancia, el cual corta la señal cuando ésta alcanza la

longitud total de la ranura.

La siguiente tabla muestra los valores máximos obtenidos en

esta prueba:

LOCAL I Z ACIÓN RANURA N°

10

100101

VALOR (mA)

44. 5

44.5

44.5

Cuadro N° 6.1.12 V al o res máx irnos de corriente de fugaen el núcleo medidos con EL-CTD - Pisayambo.

En base al manua 1 del fabricante del equipo EL-CID y a la

experiencia de campo obtenida por las diversas empresas

especializadas en el diseño, construcción y operación de

generadores, se ha establecido un umbral práctico de 100 mA

de corriente de fuga con el 4% del flujo nominal. Valores

más altos requieren una investigación adicional.

Los 100 mA provocarán un incremento de 5°C sobre la

temperatura promedio, cuando el generador trabaje con el 80%

del flujo nominal.

Los valores obtenidos en el generador N"l de Pisayambo se

encuentran bajo el máximo recomendado, lo cual indica que el

Pag. 156

laminado se encuentra en buenas condiciones de operación.

Esta conclusión se complementa con lo observado en la

inspección visual de laminado.

PRUEBAS AL ROTOR

1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

V o l t a j e a p ü c a d o ( V c d )

500

R e s i s t e n c i a M e d i d a ( M Q )

2500

T i e m p o d e p r u e b a ( n i n )

1

Teoip, P r u e b a ( * C )

24

El bobinado de campo se encuentra en buenas condiciones de

operación, sin contaminación con humedad.

.- PRUEBA DE IMPEDANCIA

VOLTAJE ( V a c )

10

20

30

40

50

60

70

SO

90

100

I ( n A )

131

254

382

509

630

753

878

10031126

1245

z W7 S . 6 278. 74

7 9 . 0 579. 13

7 9 . 8 47 9 . 9 47 9 . 8 480 .0680 .108 0 . 3 2

La impedancia del bobinado de campo cumple con

especificaciones del fabricante.

1 as

Pag. 157

3.- FACTOR DE POTENCIA

Kv prueba ( ac )

1.5

mA

192

Watts

16

% F.P.

0.83

Cap(nF)

50.26

El aislamiento del bobinado de campo se encuentra en buenas

condiciones de operación.

4.- TENSIÓN APLICADA:

Se aplicaron 500 Vac por 1 minuto, sin producirse

alteraciones en el aislamiento.

SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LA INSPECCIÓN Y

PRUEBAS DEL GENERADOR

Las pruebas desarrolladas en el aislamiento del generador N°l

de la Central Pisayambo conforman actualmente las

herramientas de mayor uso para evaluar el estado de un

generador.

De los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia de

aislamiento, factor de potencia, descargas parciales,

descargas a la ranura e imperfecciones del núcleo en este

generador, en base a valores característicos para

aislamientos de la clase "F", se puede concluir que el mismo

se encuentra en condiciones aceptables de operación, con las

s igui entes observac iones:

Pag. 15¡

i.- Las descargas parciales sobrepasan los 10000 pe,

aceptados como límite máximo para aislamientos en

buenas condiciones, debido a la presencia de efecto

corona o efluvios, tanto en cabezales como en ciertas

ranuras. Por el tiempo de servicio del generador al

momento de la pruebas (19 años), posiblemente la

pintura graduadora se deterioró, presentándose una

concentración de esfuerzos en los extremos de la

pintura semiconductora, la cual se la observa a simp1 e

v i s t a como una línea de luz ultravioleta, transversal

a la bobina,

2.- Los valores de factor de potencia y del incremento de

este factor (Tip-up) de los bobinados del estator, se

encuentran dentro de los valores normales para este

tipo de aislami e n t o.

3.- Los resultados de la prueba de descargas a la ranura se

encuentran dentro de los límites recomendados para

aislamientos en buenas condiciones de operación, a

pesar que existe cierta actividad de descargas,

especialmente en la superficie de las bobinas de fondo

de ranura, v i s i b l e s a través de los doctos de

ventilación.

4.- La prueba electromagnética del aislamiento Ínter laminar

del núcleo del estator (EL-CID), no presentó niveles

altos de corrientes de falla que requieran una

Pag. 159

investigación adicional con la prueba del toioide, al

100% del flujo nominal. Esta situación viene a

corroborar lo observado en la inspección visual, en

donde se constataron todos los elementos del núcleo en

perfecto estado de operación.

5.- El rotor se encuentra en buenas condiciones de

operación, sin cortocircuitos entre espiras del

bobinado de campo.

RECOMENDACIONES

1.- La concentración de esfuerzos al final de la pintura

semiconductora de la sección de ranura, se presenta si

no existe una continuidad de la característica

semiconductora en la superficie del aislamiento, por

medio de la pintura graduadora, ó si ésta última se ha

deteriorado con los años de servicio, perdiendo su

carácterísL ica semiconductora.

Para corregir la pintura graduadora se debe remover 1 a

capa de fibra de vidrio con resina que la protege,

siendo necesario desmontar el bobinado, trabajo que

implica que el generador permanezca un tiempo muy largo

fuera de servicio.

Como medida preventiva inmediata se debe otorgar una

protección adicional de corona en esos sectores,

Pag. 160

utilizando materiales como resina epóxica y polvo de

mica, de gran resistencía a la degradación del

aislamiento que ocasiona este fenómeno*

2.- Para la correce ion de la pintura semiconductora en la

sección de ranuras, también es necesario desmontar el

bobinado, puesto que este problema se presenta en la

superficie de las bobinas de fondo, que por su

posición, son de d i f í c i l acceso. Una reparación en

sitio, aparte de su dificultad, es riesgosa puesto que

se podría cor toe ircuitar algunas láminas del núcleo con

la pintura semiconductora.

3.- Para llevar un control de la actividad de las descargas

parciales, es conveniente controlar periódic ame n t e la

con cent rae ion de ozono en el aire circundante a las

cabezas de bobina, aparte de las mediciones periódicas

de las descargas que se deben realizar.

4.- Para prevenir el deterioro de la pintura semiconductora

de ranura, es necesario controlar las fugas de vapores

de aceite de cojinetes, vía me jorami ento del sello de

aire del laberinto del cojinete inferior.

5.- Mantener en óptimas condiciones todos los instrumentos

de monitoreo de temperatura del bobinado y del núcleo

del estator, los relevadores de protección eléctricos

y mecánicos, así como todo el sis tema de enfr i amiento.

Pag. 161

6.2.- REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DEL GENERADOR

NQ 2 DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA AGOYAN

ANTECEDENTES.-

Los generadores de la Central Agoyán entraron en operación

el 1 de julio de 1987, y a partir de esa fecha han operado

en forma continua, con una potencia activa que depende

fundamentalmente del caudal del río Pastaza.

Por la reducida capacidad del embalse» esta central se la

puede considerar de paso, incidiendo esta característica en

el elevado factor de planta que posee.

Su posición estratégica dentro del Sistema Nacional

Interconectado le exige operar con niveles altos de potencia

reactiva, para mantener dentro de los parámetros normales el

voltaje de las barras de la zona central del País,

La elevada contaminación del río Pastaza ha exigido continuas

intervenciones de limpieza del sistema de enfriamiento de los

generadores, cuidando siempre de no sobrepasar los valores

uiáx irnos de t empera t ura. establecidos para el estator y rotor.

Ent re 1impi eza y 1 impieza de los enfr iadores de aire se ha

observado un incremento de hasta 7 °C en el bobinado del

estator.

Pag. 162

La arena contenida en el agua turbinada ha provocado un

desgaste agresivo por abrasión de todas las partes internas

de la turbina, especialmente del rodete, alabes móviles,

anillos de desgaste', y tapas de la turbina. Este fenómeno

ha incidido en la eficiencia de la turbina y en el aumento

2del empuje hidráulico , lo cual repercute en un incremento

de las vibraciones en el conjunto generador-turbina.

El 9 de mayo y el 30 de septiembre de 1993 se presentaron en

la unidad N°2, dos fallas por apertura del bobinado de campo,

al fundirse las uniones interpolares 21-22 y 11-12

respectivamente; el 23 de agosto de 1994 se produce una

falla similar en la unidad N° 1 , en la unión 3-4 del rotor.

De acuerdo al c r i t e r i o del fabricante (Mitsubishi), el

problema se debe a una interacción de esfuerzos mecan i eos

r e p e t i t i v o s , combinados con esfuerzos de tipo eléctrico de

origen operativo. El Inecel mantiene el cr i t e r i o de que la

causa de las fallas es el di seño inadecuado de las uniones

ínterpolares, por su exce si va rigidez, la cual no permite

asimilar los esfuerzos repetitivos, especialmente los

originados en los sucesivos arranque y paradas de la unidad.

¡ A n i l l o de desgaste : Piezas desmontables de s a c r i f i c i o queforman parte de las tapas de la turbina, cons truidas en aceroin o x i d a b l e para soportar el desgaste producido por el agua.

TEmpuje Hidráulico: Carga adicional sobre el cojinete de

empuje, que ejerce el volumen de agua que ingresa a la partesuperior del rodete, por deterioro del a n i l l o de desgaste de latapa superior de la t u r b i n a y del rodete.

Pag. 163

Durante las inspecciones periódicas de mantenimiento

preventivo, se han detectado un sinnúmero de manchas blancas

de efecto corona en los cabezales del estator, ubicadas entre

bobinas de una mi sma ranura, a la salida del núcleo y en los

sectores donde la bobina camb ia de dirección. Estas manchas

se presentan en los sectores del bobinado de mayor vo1taj e

y especialmente, entre bobinas de diferente fase. De igua 1

forma, se han detectado manchas b1 ancas en los cruces de

interconexiones de grupos y en el primer cruce de bobinas de

ranuras adyacentes, a nivel de cabezales.

Las reparaciones pre 1 iminares de las manchas b1 ancas han

consistido básicamente, en la limpieza de las mismas con

solventes apropiados y a la reposición de la pintura de

protección. Durante la limpieza, se ha observado que este

fenómeno es superficial y que la degradación del aislamiento

se produce desde afuera hacia adentro por acción del ozono,

gas corrosivo que se forma en la actividad de las descargas

pare ia1 es.

El mantenimiento preventivo realizado hasta el momento en los

generadores de la Central Agoyán, se ha circunscrito a

labores de limpieza, inspección del aislamiento y a

mediciones periódicas de la resistencia óhmica y de

aislami ento de los bob inados.

Por los problemas presentados en el rotor, últ imamente se ha

incorporado dentro del mantenimiento preventivo, las

Pag. 164

inspecciones periódicas de termografía de los bobinados,

utilizando el equipo de termovision ACEMA 400, técnica que

posibilita observar imágenes en movimiento y que ha permitido

detectar puntos calientes en algunas uniones del rotor. Con

este procedimiento se han reparado varias uniones

interpolares, antes de que fallen por apertura del bobinado

de campo.

Una de las act ividades que también se ha incorporado en el

programa de mantenimiento del generador, es la medición de

la concentración de ozono en el aire circundante a las

cabezas de bobina. los resultados obtenidos en estas

inspecciones, indican una concentración del gas inferior a

0. 4 pprn, valor considerado bajo, comparándolos con los 5 ppm

obtenidos en las unidades de la Central San Carlos, de la

República de Colombia, las cuales presentaban un deterioro

muy avanzado del aislamiento y que actualmente se encuentran

en proceso de rebobinado.

Considerando el alto grado de deterioro de las partes de la

turbina y los problemas encontrados en el generador, se

decidió efectuar el mantenimiento mayor o de overhaul en las

dos unidades. Con estos antecedentes, se realizó el

mantenimiento mayor de la unidad N°l en el período del 23 de

junio al 18 de octubre de 1995, y en la unidad N°2 del 18 de

noviembre de 1996 hasta el 15 de marzo de 1997, por un tiempo

de 117 días.

Pag. 165

ESTADO DEL GENERADOR N"2 . -

Con el rotor desmontado, se realizó una inspección del

estator encontrándose las sigulentes novedades:

1.- Efecto corona en los bobinados

Los sectores del bobinado del estator, cercanos a las

salidas de alto voltaje de los 4 grupos en paralelo,

presentan manchas blancas de efecto corona entre las

bobinas de una misma ranura, a la salida del núcleo,

j ustament e donde éstas cambian de dirección. Las

manchas blancas de mayor magnitud se presentan cada

cinco ranuras y corresponden a aquellas que alojan

bobinas de diferente fase.

En los sitios de curvatura de las bobinas, e]

aislamiento no es homogéneo por razones constructivas,

situación que p o s i b i l i t a la presencia de campos

eléctricos en la superficie del aislamiento de un valor

tal que, sumado a la diferencia de potencial existente

entre las bobinas de la ranura, es capaz de producir

descargas en el aire.

Las descargas parciales ionizan el aire existente entre

las bobinas generándose ozono, gas que, como ya se

indicó, ataca el aislamiento de afuera hac i a adentro.

Pag. 166

La separación de las bobinas en los sitios de curvatura

es mínima e inferior a la existente en la sección del

laminado, llegando éstas inclusive a estar en contacto

físico en esos sectores.

Durante la aplicación de alto voltaje ac de prueba del

aislamiento, no se apreciaron a simple vista descargas

parciales al aire o a la ranura, a excepción de una que

otra descarga a nivel de interconexiones de grupos, en

donde también se observan manchas blancas de efecto

corona.

3.- Bobinados

El bobinado se encuentra bastante limpio, sin

con taminac i ón con humedad o vapores de aceite

proveniente de los c o jinetes. Se observa una cantidad

muy pequeña de polvo depositado en la superficie del

aislamiento y en el laminado.

El aislamiento, especialmente en los sectores de

uniones de bastones y de interconexiones de grupos, se

encuentra en buen estado, sin señales de ablandamiento

ni abombamiento, indicat ivos de corona interna,

presencia de gases o contactos inadecuados en las

interconexiones.

Los separadores de cabezales se encuentran sin seña les

Pag. 167

de desplazamiento, a pesar de no disponer de amarres a

las bobinas. No se observan fisuras o desprendimientos

de los amarres de 1 bobinado al anillo de sujeción.

No existen desplazamientos de los rellenos de ajuste

bajo las cuñas ni de los separadores de bobinas en la

sección de ranuras.

4.- Núcleo magnético

No se encontraron depósitos de polvo rojo de oxidación

ó por desgaste del aislamiento Ínter 1aminar, ni

presencia de polvo amarillo proveniente del aislamiento

de las bobinas o de las cuñas de ajuste, por fricción

con el laminado. De igual forma no existe presencia de

decoloraciones en el laminado, indi cativos de puntos

cal ientes.

En la parte posterior de las uniones de los cuatro

•sectores del estator (ranuras 31, 91, 151 y 211) se

observa un ligera ondulación del último paquete

inferior del laminado, a los dos lados de los parantes

de soporte del núcleo, debido al diferente

comportamiento de cada sector con respecto a la

temperatura. En todo caso el núcleo no se encuentra

flojo ni existe presencia de polvo rojo de desgaste por

vibración del laminado en esos puntos.

Pag. 168

Los seguros de las tuercas de los pernos de presión se

encuentran en su posición correcta, sin seña les

indicativas de que el laminado se haya aflojado. De

igual forma, los dedos y placas de presión no han

sufrido desplazamientos, por lo que los dientes del

laminado se encuentran intactos, sin fracturas o

desprendimientos.

PRUEBAS ELÉCTRICAS DE DIAGNOSTICO DEL GENERADOR

En el generador N° 2 de la Central Agoyán, las pruebas de

diagnóstico del aislamiento se realizaron exclusivamente con

los equipos que dispone el INECEL, aprovechando las

experiencias y criterios obtenidos en los mantenimientos

mayores realizados en los generadores del Sistema Nacional.

Las pruebas que se desarrollaron en el generador son las

siguientes:

ESTATOR.-

Resistencia de aislamiento

% Factor de disipación o factor de potencia a 0.2 V^_t

Variación del factor de disipación o factor de potencia

(Tip-up) y Capacitancia (2,4,6,8 Kv)

Descargas a la ranura

Prueba del Toro i de o Loop Test.

Pag. 169

ROTOR

Resistencia de aislamiento

Medición de la impedancia a 60 Hz

Factor de Disipación

Voltaje apli cado 60 Hz

Cortocircuito entre espiras - Yol tajes de sharing,

PRUEBAS DEL AISLAMIENTO DEL ESTATOR

1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

La resistencia de aislamiento se mide aplicando un voltaje

de prueba de 1000 Vdc al conductor de cobre de la fase, por

un tiempo de hasta 10 minutos. El objetivo de esta prueba es

determinar el grado de humedad o suciedad que presenta el

a i sI amiento.

La resistencia de aislamiento se considera igual al valor en

MQ medido luego de 1 minuto de aplicar el voltaje de prueba,

tiempo en el cual las corrientes de absorción y polarización

no inciden significativamente en la medición.

Pag. 170

PRUEBA U'

VOLTAJ2 DE PRUEBA

A LINEA

A GUARDA

A TIERRA

TIEMPOÍMIU)

:/*1/2iiL

3

4

5

&]

39

1C

¿ELACÍON 10/1

1

1COC Vdc

FASE A

FASES B y C

LECT

85J

1350

22i)0

3800

5300

6800

850C

10300

12000

13200

14300

16500

K

1

1

L

i¿

2f\

1

2

2i¿

<<

L

M2

1700

2700

4400

760C

10600

136CO

17300

20600

24000

26400

29oOO

33000

7.50

2

Í O O O V d c

FASE B

FASES A y C

LECT

800

1400

2200

3900

550!)

?000

9000

10500

12500

13800

1510C17000

K

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

¿

2

Mf!

1600

2800

4400

1800

11000

14000

13000

21000

25000

27600

3020C

34000

7.73

3

1000 VdcFASE C

FASES A y B

LECT

800

1400

2200

3ÍOO

5500

7200

9000

10200

12000

14000

15000

1680C

K

2

2

22

2

2

2

2

2

2

¿

2

H¿

1600

2800

4400

7600

Í1COO

H400

13000

20400

24000

28000

3000C

33600

7.64

4

1000 Vdc

FASES A B C

LECT

300

430

700

1200

1700

2200

2800

3200

3300

4200

5700

5200

1

L

2

2i

2

2

2

2

2

2

¿

2

MU

600

860

1400

2400

3400

4400

5600

6400

7600

8400

9400

1040Ü

7.42

CONDICIONES DE PRUEBA: TEHF. AHB. 25'C, TEHP. BOBINADOS 45'C

LECT* = Lectura del instrumentoK = Factor de multiplicación

Cuadro N* 6.2. i Resistencia de Ais lamientedel generador N°2 - Agoyán

El valor mínimo de resistencia de aislamiento recomendado,

se determina por la siguiente expresión:"1

R,,. = Kv + 1 en MQ

Rm = Resistencia mínima de aislamiento recomendada para

el bobinado completo en Megaohmios, a 40°C

Kv = Voltaje nominal entre fases en Kv.

ANSÍ/IEEE STD 43/91

Pag. 171

La Resistencia de aisl amiento de una fase de un bobinado

trifásico, con las otras dos fases puestas a tierra, es

aprox imadamente el doble que la resistencia del bobinado

completo. Por lo tanto, cuando se prueban todas las fases por

separado, la resistencia medida en cada fase se debe dividir

entre dos para poder comparar, luego de la corrección por

temperatura, con el valor de la resistencia mínima

irecomendada.

En las mediciones por separado, si las fases que no se

prueban se conecten al terminal de guarda del equipo, la

resistencia de aislamiento debe dividirse entre tres para

comparar con el valor de la resistencia mínima.

Para aislamientos en buenas condiciones, es común encontrar

lecturas de resistencia de aislamiento de 10 a 100 veces o

más el valor mínimo recomendado.

FASE

A

bü

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO KQ

4.4ÚO

4. 43ü

4.4ÜU

IHDICE DE POLARIZACIÓN

¿ .50

1,73

7.64

Cuadro N° 6.2.2 Resistencia de Aislamientoe índice de Polar izacion - Agoyán

El índice de polarización, es decir la relación entre los

valores de resistencia de aislamiento medidos a los 10 y 1

minuto, representa una buena indicación del grado de

cont aminac ion del bobinado con la humedad. La norma

ANSÍ/IEEE STD 43-1991, establece los siguientes valores para

Pag. 172

el índice de polarización:

CONDICIÓN DEL BOBINADO

Koroial

Húmedo

ÍNDICE DE POLARIZACIÓN

> 1

< 2

Los resultados de la resistencia de aislamiento y del índice

de polarización indican que el bobinado del generador N°2

no se encuentra contaminado con humedad.

2.- FACTOR DE DISIPACIÓN TIP-UP Y CAPACITANCIA

El Factor de Potencia o Factor de Disipación es un parámetro

indicativo de las pérdidas dieléctricas que produce un

sistema de aislamiento cuando se lo somete a esfuerzos de

alto voltaje. Se encuentra relacionado con el grado de

homogene i dad del ai s1ami euto, y dependiendo del proceso

naturi.il de su envejecimiento, puede incrementarse en mayor

o menor grado. Con la elevación del voltaje de prueba, el

valor del factor de potencia también aumenta.

El factor de disipación (tangSJ para ángulos pequeños,

numéricamente tiene un valor similar al del factor de

po t ene ia ( cos<|>) .

Con el voltaje de generación fase-fase de 13.8 Kv de los

generadores de esta Central, el factor de pérdidas del

aislamiento se obtuvo a un voltaje de prueba de 2 Kv, que

Pag. 173

corresponde al 25% del Voltaje nominal fase-tierra.

Para la determinación del tip-up, se tomaron valores

adicionales en intervalos de 0.25Vf,t hasta el voltaje nominal

de S Kv.

LECK

F A S E

ENERG

A

E

C

GRB.

B , C

A , C

A , B

K V F b A

K v

2 . 0 D

4 . 0 !

6 . 0 1

3 . 0 1

3 . Í ?

1 . 9 3

4 , 6 3

á . C I8.i¡!

9 . 0 C

¡ . 99

4 . C L

6 . C O

§ . i) ;9 . 0 !

C O R R I E N T E

fflA

7 . 3

15. 4

2 3 . 6 0

3 3 , 8 0

4 0 . 3

7 . 4

1 5 . 5

2 9 . 3

3 9 , i

4 0 . 4

3 . 4

1 7 . 6

¿ 7 . 3

3 8 . 9

45 .1

P E R D I D A S

LECT

1.1

2 . 7

5J)3 , 0

10 .1

1 , 0

2 . 7

4 . 9

3 . 2

1 0 , 0

ii . ¡

2 . 3

5 . 3

§.51 0 . 4

K

10

10

10

10

10

I C

10

10

i u

1C

¡0

1C10

10

10

ffATTS

11

27

5C

80

101

I C

1149

U

i Üi,'

í iU

5385

104

F . D .

%

0,11

0 ( 2 S

0 . 5 1

0 . 8 2

1 .03

0 , 1 1

0 , 2 3

0 , 5 10 . 8 4

i . 03

0 , í l

0 , 2 9

0 , 5 4

0 . 8 7

1,06

T I PUP

X

0 , 7 1

0 . 7 3

0 . 7 6

C A P ,

nF

2 5 7 . 4

2 5 8 . 0

2 5 3 , 4

2 5 S . 9

2 5 9 . 2

2 5 7 . 1

2 5 7 . 6

2 5 8 . 3

2 5 3 . 9

2 5 9 , 2

25Í .8

2 5 9 . 5

2 5 9 . 9

2 6 0 . 5

2 6 0 . 8

O B S E R V A C I O N E S ; P O S I C I Ó N DEL R E S O N A D O R = 0 . 2 5 |

T. = L e c t u r a del i n s t r u m e n t o= Fac to r de mu I t i p l i c a c i ó n

Cuadro N" 6.2.3 Factor de DisipaciónGenerador N°2 - Agoyán

Pag. 174

CENTRAL HDROELECTRICA AGOYAN U2VARIARON DEL FACTOR DE POTENCIA

.OVOLT'O?

ÍÍ C

Fig N°6.2.1 Variación del Factor de DisipaciónGenerador N°2 - Agoyán

FaseA

Bc

W.D. a 2 Sv

v , , L

0.11

0 . i 1

Tip-O? (8Kv-2Kv)

ü , ? l

0.73

0.76

¿Capacitancia X

(Cj-C3i/C1 = 0,582^

0.7COG

C.6568

Cuadro N° 6.2.4 % FD, Tip-Up y ACGenerador N°2 - Agoyán

Un aislamiento a base de mica y resina epóxica en buenas

condiciones de operación, de acuerdo al criterio de

evaluación del "Japan ETRE C o u n c i l , debe tener un Tip-Up

menor o igual al 2%.

Shuichi Akí, "An Insulation Deterioration Diagnost icMethod for Generator Windings'1, Japan I ERE Counci 1 , pág. 5,February 1991.

Pág. 175

La Doble Engineering Company señala" que es común encontrar

valores de factor de potencia inferiores al 1% para un

voltaje de prueba del 25% del V f _ , e indica que el Tip-Up- -l !

máximo permisible es 1%.

En este caso, las tres fases presentan un factor de

disipación o factor de potencia de 0.11, y un tip-up máximo

de 0.76% en la fase C, valores inferiores a ios máx irnos

permisibles. Los resultados de esta prueba indican que el

aislamiento se encuentra en buenas condiciones.

Para esta prueba se u t i l i z ó el equipo de prueba marca BIDDLE,

modelo 6700065-j y el resonador de la misma marca, de

propiedad de la Central Paute.

3.- DESCARGAS A LA RANURA

Esta prueba permite evaluar la actividad de descargas a la

ranura, debido a imper fecciones de la pintura semiconductora

de la superficie del aislamiento de las bobinas, ó un pobre

contacto eléctrico entre esta pintura y el laminado de la

ranura. Las descargas a la ranura dañan por erosión el

a i s 1 ami ento principal, desde la superf icie del ais lamiente

hacia adentro.

R.J. McGrath and F.J. Gryszkiewicz, "Power Factors andRadio™Inf1uece Voltages for Generator- Stator Insulation", DobleEngineering Company, pág, 9-1.2,1990.

Pag. 176

La prueba se realiza energizando cada fase con el voltaje

nomi nal fase-tierra. El indicador analógico del equipo de

medición muestra en mA, las descargas a la ranura.

Para esta prueba, la DOBLE ENGINEERING recomienda los

siguientes valores:3

UnidadmA

Normal

5 - 1 5

Cuest ionable

40 - 60Reemplazar bobina

> 100

Luego de la reparación de la pintura semiconductora con la

pintura marca VON ROL I SOLA K°8003, y de finalizar los

trabajos de reacuñado de todo el estator, se obtuvieron los

siguientes valores de descargas a la ranura:

Doble Engineering Company, General Reference Book GBR-291,págs. 9.2-3.

Pag. 177

DESCARGAS A LA RANURA FASE A

R A N U R AN °

5

67

13

14

15

20

21

22

28

29

30

3536

37

43

44

45

50

5 152

58

5960

D E S C A R G A SJÍA

1 .82 . 0

0. 60 . 5

0 . 6

0. 60 . 9

2 , 72 . 4

4 . 4

3 .6

1 .51 .00. 60 . 6

i .00 . 5

0 . 5

0 . 7

1 .00 .6

0 , 8

1 . 11 . 4

R A N U R Ar65

66

67

73

74

"^5

80

81

82

88

89

909596

97

103

104

105

110

111

112

118

119120

D E S C A R G A SmA

1.84 . 6

2 .8

0 .9

0. 70 . 7

0 . 5

0 . 6

0 .5

1.0

0 . 4

0 . 4

0 . 61 .00 .8

0 . 7

0 .6

O . S

1 .41.5

1 .30 . 6

0 . 50 .4

R A N U R AU'

125

126127

133

134

135

140

141

142

148

149

150155156

157

163

164

165

170

171

172

178179180

D E S C A R G A SfflA

0 . 4

0 . 4

0 . 4

0 . 4

0 . 6

0 .6

O . S

1.3

0 .8

0 . 5

0 . 4

0 . 4

0 . 5

0 . 9

0 . 6

1 .63 .6

2 . 6

4 . 8

3 . 4

2 .8

1 .40 . 90. 5

R A N U R A»'

185

186187

193

194

195

200

201

202

208

209

210

2152162 1 7

223

224

225

230

231

232

238

239240

D E S C A R G A SfflA

1 .0

1 .2

0 . 6

0 . 5

0. 50 . 4

0 . 4

0 . 4

0 . 4

0. ó

0 . 5

0 . 4

0. 60 . 5

0 .5

0 . 4

0 . 50 . 4

0 . 7

0 . 6

0 . 7

1.82 . 21 .8

Cuadro N*6.2.5 Descargas a la Ranura Fase AGenerador N°2 - Agoyán

Pag. 178

DESCARGAS A LA RANURA FASE B

R A N U R AN *

3

4

5

10

11

12

18

19

20

25

2627

33

34

35

40

4 i

42

48

49

50

55

5657

D E S C A R G A S f f l A

2 . 5

2 . 2

4 .6

6 . 9

3 . 25 . 0

1 .7

1 .0

1.0

1.01 . 2

0 .8

0 . 5

0 . 6

0 . 6

1 .2

1 .0

0 . 50. 51.30 .8

1 .61.8

1.2

R A N U R AN *

6364

65

70

71

72

78

79

80

8586

S7

93

94

95

100

101

102

108

109

110

i 15

116117

D E S C A R G A S m A

0 . 50 . 4

0.8

0 .5

0 .7

0 . 6

0 . 6

0 . 50 . 7

0 .5

O . S

0 .6

0 . 5

0 .4

0 . 9

0 . 6

1 .6

i .50 .8

0 . 6

0.5

0 , 5

0 .4

0 , 5

R A N U R AN °

123

124

125

130

131

132138

139

140

145

146147

153

154

155

160

161

162

168169

170

175

176

177

D E S C A R G A S m A

0 . 6

0 . 5

0 .4

0 . 5

0 .50 . 4

0 . 6

0 . 6

0 . 5

0 .6

0 . 5

0 . 4

0 . 4

0 .5

0 . 5

0 . 6

0 . 5

0 . 5

0 . 6

0 . 91 .41.3

0 . 7

1.4

R A N U R Ar

183184

185

190

191

192

198

199

200

205

206

207

213

214215

220

221

222

228229

230

235

236

237

D E S C A R G A SüA

0 . 7

0 .4

0.5

0 . 4

0 .4

0 . 4

0 . 5

0 . 5

0 . 4

0 .8

0 . 4

0 .4

0 . 4

0 .4

0 . 4

0 . 50. 5

0 . 4

0 , 60 .6

0 . 5

0 .8

1 . 1

1 . 1

Cuadro 6.2.6 Descargas a la Ranura Fase BGenerador N°2 - Agoyán

Pag. 179

DESCARGAS A LA RANURA FASE C

R A N U R A»'

I

2

8

9

10

15

16

17

23

24

25

30

31

32

38

39

40

45

46

47

53

54

55

60

D E S C A R G A S ctA

0 . 4

0 . 4

0 . 9

0.6

1 .0

0 . 5

0 . 4

0 . 3

0 .6

0 . 6

0 . 40 .5

0 . 4

0. 5

0 . 4

0 . 4

0 . 4

0 . 4

0 . 4

0 . 4

0 .5

0 . 40 . 5

0.3

R A N U R AN'

61

62

63

69

70

75

76

77

83

84

35

9091

92

9899

100

105

106

107

113

114

115

120

D E S C A R G A S n¡A

1 .0

0 . 8

0 . 5

0 .4

0 . 5

0. 7

0 .6

0 .6

0 . 6

0. 5

0 . 4

0 . 5

0 . 4

0. 7

0. 50 . 4

0 . 5

0 . 4

0 . 6

0. 51 .31 .00. 70.8

R A N U R AN '

121

1 22128129

130

135

136

137

143

144

145

150

151

152158

159

160

165

166

167

173

174

175

ISO

D E S C A R G A S oí A

1.0

0 . 6

0 , 5

0 , 4

0 . 4

1 . 3

0 . 6

0. 7

2 . 2

1 . 1

0 . 50. 5

0 . 5

0. 7

0 .5

0 . 4

0 . 4

0 .6

0. 7

0. 9

1.3

3 . 0

0 . 9

0.8

R A N U R Ar

181

182

188189

190

195

196

197

203

204

205

210

211

212

218

219

220225

226

227

233

234

235

240

D E S C A R G A SÜIÁ

L 1.2

1.2

0. 50 .4

0 . 5

0 . 6

0 .5

1 .00.5

0 . 5

0 . 5

0 . 4

0 . 5

0 . 4

0 .5

0 . 5

1 .40 .4

1 .30 . 4

0 .5

0 . 5

0 . 4

0.5

Cuadro 6.2.7 Descargas a la Ranura Fase CGenerador N°2 - Agoyán

Los resultados obtenidos en las tres fases cumplen con lo

establecido por la DOBBLE ENGINEERING para aislamientos en

Pag. 180

buenas condiciones.

Los valores máximos medidos se resumen en el siguiente

cuadro:

F A S E

A

E

C

R A N U R A N '

2 E , 29 , 66 , 164, 170 , 171

i , l ü , i - , ¡ 2

174

' /A lúa ( s i A jí . 4 , 3 .6 , 4 . 6 , 3 . 6 , 1.3,

4 . 6 , 6 . 9 , 3 . 2 , 5 . 0

3 .0

3 . 4

Cuadro N° 6.2.8 Valores máximos en niA obtenidos en la pruebade descargas a la ranura - Generador 2 Agoyán

4.- PRUEBA DEL TOROIDE O LOOP TEST

Esta prueba p e r m i t e detectar fallas en el núcleo del estator,

debido a cortocircuitos electromagnéticos entre láminas y que

pueden estar generando calor adicional, por la circulación

de corrientes de falla entre las 1áminas en cortocircuito y

los parantes de soporte del núcleo.

Por medio de una fuente auxiliar se excita el núcleo al 100%

del flujo nominal, con el objeto de lograr calentamientos

localizados en los sitios en donde existan cortocircuitos

magne ticos, detectados por los instrumentos de medi c ion

instalados o por un equipo de termovisión portátil.

El sistema de servicios auxiliares de la Central Agoyán tiene

un voltaje de 430 Vac, valor asumido para todos los cálculos

de diseño del toroide.

Pag. 181

La geometría del generador es la siguiente:

He = Espesor efectivo del núcleo 0.234 m

s = Profundidad de la ranura 0.143 m

ID = Diámet ro interno del núcleo 6.745 ni

OD = Diámetro exterior del núcleo 7.499 m

d = Número de ductos de ventilación 24

Wd = A l t u r a del ducto de ventilación 0.006 m

Fa = Factor de apilamiento 0.93

Le = Altura total del núcleo 1.03 m

Cálculo del toroide'

Área transversal de 1 núcleo.

A = He x Le

„ _ OD-ÍID+2S]

7.499-[6.745+2x0.143]

H = 0.234 m

' Apéndice "Test of laminar Insulation in Stator Core", IEEEStd 56-1977. "Pruebas de Toroide", Manual de Mantenimiento deGeneradores. C.F.E. - México.

Pag. 182

Le=0.93x[1.03-24x0.006]

Le = 0.8239

A = 0.234 x 0.8239 m2

A = 0.1928 m:

Para B, H y W asumimos los siguientes valores, aceptados

normalmente por los constructores de generadores:

B = 1 Wb/m 2 H = 160 A m p - v u e l t / m W = 2.2 W a t t s / K g

Densidad de flujo.-

<|> = B x A

<f> = i Wb/m¿ x 0. 1928 m2

4» = 0 . 1928 Wb

N ú m e r o de v u e l t a s . -

4.

480Vac4.44x60x0.1928

T = 9.34 Vueltas

T w 10 Vueltas

Corriente de magnetización.-

Dm = Diámetro medio = ID + 2S + He

Pag. 183

Dm = 6.745 + 2 x 0.143 + 0.234 m

Dm = 7 . 2 6 5 m

Lm = Longitud media del núcleo = Dm x TE

Lm = 7.265 x TI

Lm = 22.8237 m

AV = Amper ios-Vue1ta = H x Lm

AV = 160 A-V/m x 22.3237 A-V

AV = 3651.78 A-V

Tmag = Coloriente de magnetización = AV/T

Imag = 3651 .78/10 Amp

Imag = 365.18 Amp

Corriente de pérdidas.-

Wn = Peso del núcleo

7500x<J)xL. ,Wn= -í- lK[OD2-

w _ 7500x^x0.8262 x r?R 4

Wn = 33093.88 Kg

Pag. 184

Wt = Pérdidas totales = Wp x Wn

Wt = 2.2 Watt/Kg x 33093.88

Wt =72.8 Kw

Iw = Corriente de pérdidas = Wt/480

Iw =72.8 Kw/480 V

Iw = 15Í.68 Amp.

Corr i ente de exc i tación.-

Jejf=V365.882+151.682

I5 Í = 3 9 5 . 4 2 8 A m p .

Amp erios-Vuelta total e s

A-Vt = 395.42 x 10

A-Vt = 3954.2 A-v

Calibre del conductor.-

De acuerdo a un criterio práctico, el calibre del conductor

a usarse en la bobina de excitación es equivalente al valor

de la corriente de excitación dividido por 2, en MCM.

Pag. 185

Calibre del conductor = 197,71 MCM

Datos obtenidos en la prueba del toroide.-

Con la fuente de al i mentación auxiliar de 480 Vac y un

conductor flexible de 250 MCM, se obtuvieron los sigulentes

valores de corriente, intensidad de campo magnético y

temperatura para diferente número de vueltas de la bobina de

excitación, en el núcleo magnético del estator de la unidad

Xo 2:

ñora V u e l t a s Temperatura AmperiosV u e l t a

V i b r a c i o n e s

¿5.6

454. í i , U, Í.42

451.9 364 20, 4, 2.5:

29,5

Cuadro N° 6.2.9 Datos obtenidos en la prueba del ToroideGenerador N°2 - Agoyán

Para una intensidad de campo magnético de 3651.78 Amper ios-2

vuelta calculados, y una densidad de flujo nominal de 1 Wb/m

en el núcleo del estator, la bobina de excitación se deberí a

construir con 8 vueltas del conductor flexible de 250 MCM.

La variación en el número de vueItas del toroide se debe a

Pag. 186

la incorporación en el circuito de prueba de aproximadamente

100 m adicionales de conductor, necesarios para la conexión

de la bobina con la fuente de alimentación.

La prueba se tuvo que suspender por las excesivas vibraciones

que se presentaron en el núcleo, en la carcasa y sistema de

enfriamiento del generador, del orden de los 20 mm/seg en

velocidad, valor considerado crítico y de características

des t rúet ivas *

Como anexo A, se adjuntan las curvas obtenidas con el equipo

portátil analizador de vibraciones, en el espectro de

frecuencias, observándose los picos más altos en la

frecuencia de 120 Hz.

Al permanecer el generador fuera de servicio por un período

largo de tiempo, la temperatura del núcleo se reduce,

situación que ocasiona una contracción de todo el laminado,

produciéndose de esta manera un aflojamiento aparente de

todos ios paquetes del núcleo. En estas condiciones, si

circula un campo magnético alterno, como en la prueba del

toroide, se presentarán vibraciones excesivas que pueden

dañar el aislamiento del laminado, las soldaduras de la

carcasa y las bases de anclaje de todo el estator.

Tamb ién se considera que al encontrarse el generador con la

mayoría de las partes desmontadas, en proceso de revisión

general, la frecuencia natural de vibración del estator

Pag. 187

sufrió un cambio, presentándose resonancia con la frecuencia

del flujo magnético de prueba.

El toro i de de 11 espiras genera una intensidad de campo

magnético de 2717 A-v, equivalente al 68,7% del nominal

(3954.2 A-v), porcentaje que podría considerarse como

aceptable para la inspección de puntos calientes en el

lami nado. Además un toroide de estas características,

presenta en el estator el menor nivel de vibraciones.

Para evitar que se produzcan daños en el generador, La prueba

del toroide se ] & debe realizar con el núcleo a una

temperatura entre 35 y 40 °C.

El poco tiempo disponible durante la prueba permitió realizar

un barrido rápido del núcleo con el equipo de termovisión

Agema 400, sin detectar ninguna señal de calentamientos

localizados, debido a cortocircuitos magnét i eos

i n t e r 1 ain i n a r e s .

6.- DETECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE IMPERFECCIONES DEL NÚCLEO

(EL-CID)

A diferencia de la prueba del toroide, esta prueba permite

detectar los cortocircuitos ínter 1aminares existentes en el

núcleo por métodos elect romagnéticos, s iendo necesario

excitar el mismo únicamente con el 4% del flujo magnético

nominal.

Pag. 188

Para el mantenimiento mayor de la unidad N° 2, por el alto

costo que representa, no fue posible adquirir o rentar el

equipo EL-CID para probar diente por diente el laminado, por

lo que en esta ocasión, únicamente se excitó el núcleo al 4%

del flujo nominal, con fines de experimentación.

Cálculo de la bobina de excitación.-

Datos de 1 bobinado:

N° de ranuras 240N" de bobinas 240N°de lados de bobina/ranura 2N° de fases 3N° de ramales/fase 4N° de ranuras/fase/rama 1 20N° de espiras /bobina 2N° de espiras/fase/rain al 40N° de lados activos/fase/rama 1 SOPaso del bobinado 16S°EGrados eléctricos/ranura 24Factor de paso 0.9945Factor de distribución 0.9619

Para generadores con potencias superiores a los 100 MW se

espera medir, en la bobina de referencia, un voltaje

equivalente a 5 V/m.

Para generadores con una potencia inferior a los 100 MW, se

u t i l i z a la siguiente expresión para definir el voltaje en la

bobina de referencia:

Vr = 0.08 x TI x f x 1 x d

Pag. 139

f = Frecuencia 60 Hz

1 = Altura efectiva del núcleo 0.8262

d = Espesor efectivo del laminado sin la ranura 0.214 m

Vr = 2.91 Vac

La fuente auxiliar disponible tiene una potencia de 3460 VA,

con una alimentación monofásica de 110 Vac. La salida es

variable con voltajes de O a 138 Vac.

Para esta prueba, la intensidad de campo H en amperios-vuelta

se encuentra entre 2 y 14 A-V/m, con un valor de 8 A-V/tn

generalmente aceptado, de acuerdo a lo indicado por el

fabricante en el manual del equipo EL-CID.

Con la longitud media del núcleo de 22.8237 m, se tiene una

intensidad de campo total de:

A-V\ Vref x S x 22.8237

A-V, = 531 .33 A-V

La bobina de excitación se const ruyó con un cable N° 10 AWG,

obteniéndose los siguientes valores de voltaje y corriente

en la misma, para diferente número de vueltas;

Pag. 190

A M P E R I O S A M P E R I O S

¡ . 6 3 4 4 . í 5 6 0 . 2 4

3 4 , 3 5

3 2 . 4 5 6 0 4 . 4 4

HR.fi 26 .7? 568.62

Cuadro N° 6,2.10 Valores medidos en la bobina de excitaciónpara la prueba de EL-CID - Agoyán

De los datos obtenidos y considerando la potencia de la

fuente disponible, se desprende que la bobina de excitación

debe construirse con 23 espiras de cable N° 10 AWG.

PRUEBAS AL ROTOR

1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

500 1

El bobinado de campo se encuentra limpio y sin contaminación

con humedad.

Pag. 191

2.- PRUEBA DE IMPEDANCIA

V O L T A J E ¡ V a c )

10, 17

2 0 . 0 230 .0840. 16

5 0 . 0 460. 11

70. 02

7 9 . 9 89 0 . 3 41 0 0 , 0 7

I i m A ¡

4 6 . 7

91 . 51 3 7 . 4

183.22 2 7 . 92 7 3 . 3318.1

362 .84 0 9 . 44 5 2 . 7

i W2 1 7 . 7 7218 .79218.922 1 9 . 2 12 1 9 . 5 62 1 9 . 9 42 2 0 . 12

2 2 0 . 4 52 2 0 . 6 6221 .05

Los valores de impedancia del bobinado de campo encontrados,

cumplen con las especificaciones del fabricante.

3.- FACTOR DE DISIPACIÓN

Kv prueba (ac)

0.510.74

1 .001 .24

1.50

Mil i amper ios

29. S

43.5

57.3

72. 1

87.2

%F.D.

0.050.060.09

0.110. 14

Pérdidas

2.02.03.0

4.05.0

Cap (nF)

97.4

97.4

97.6

97. 6

97.7

El aislamiento del bobinado de campo se encuentra en buenas

condiciones de operación.

4.- VOLTAJE APLICADO:

Se aplicaron 500 Vac por 1 minuto, sin producirse

alteraciones en el aislamiento.

Pag. 192

PRUEBA DE CORTOCIRCUITO ENTRE ESPIRAS O VOLTAJES DE

SHARING

POLO

1

2

34

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

13

19

20

2 1

2 2

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

VOLTAJE APLICADO

100 Vac

Vo 1 1 ios/po lo (V)

3. 1150

3.0630

3. 1370

3.0750

3. 1550

3.0640

3, 1590

3.0810

3. 1650

3.0860

3. 1560

3 .0570

3. 1390

3.0620

3. 1630

3.0330

3. 2070

3.0010

3 . 2470

2.9920

3.2140

3.0190

3. 1820

3.0810

3 . 1660

3.0630

3. 1560

3.0410

3. 1510

3.0650

3. 1290

3.0520

200 Vac

Vol Lies /polo (V)

6.99

6.99

6.96

6.81

7.00

6.82

6.99

6,83

7.00

6.84

7.00

6.80

6.99

6,81

7.01

6. 79

7.04

6.81

" .05

6.83

6.98

6.85

7 .03

6.80

7.04

6.85

7.02

6.797 .03

6.95

6.98

6.78

La distribución del voltaje entre los polos es relativamente

Pag. 193

homogénea, no se observan diferencias notables que indiquen

la existencia de algún c o r t o c i r c u i t o entre espiras de algún

po ío .

SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LA INSPECCIÓN Y

PRUEBAS DEL GENERADOR

Las pruebas desarrolladas en el aislamiento del generador N"°2

de la Central Hidroeléctrica Agoyán conforman actualmente las

herramientas do mayor uso en la c v a 1 uaci ón del es tado de un

g e n e r a d u r .

D o 1 1 ; s i t; su! I - 1 d o --. o i , L e , i i do s en las pruebas de r e s i s t e n c i a de

a i s i a ¡u i cu I o , factor de po t ene i a , descargas par c í a l e s ,

descargas a la ranura y iiuignc-1 i / ac i ón del núcleo de usté

gu ütí r .ido í . y yn base a va lores característicos pa r a

a i s I ¿i u, i t: i¡ LOS tic: i a c i a .->c " Y " . s t p u t; d tí <_ o n c 1 u i i q u t; el in i s mo

:: c encuentra en condiciones a c e p t a b l e s de opeittc ion, uori las

Siguientes oí; se r v aciones ;

i , - La c o ri c c u t i a clon de esfuerzos en los s i t i o s de lo s

cabezales en donde las bobinas cambian de dirección, ya

sea por defecto constructivo del aislamiento o por el

reducido espacio existente entre las bobinas de una

mi sma ranura. p o s i b i l i t a la act iv i dad de descargas

parciales y el aparecimiento de manchas blancas de

efecto corona, las cuales dañan el aislamiento

p r i n c i p a l de afutra hacia adentro.

Pag. 194

2.- Los valores de factor de disipación y del incremento de

este factor (Tip-up) de los bobinados del estator, se

encuentran dentro de los valores normales para este

tipo de aislamiento.

3.- Los resultados de la prueba de descargas a la ranura se

encuentran dentro de los límites recomendados para

aislamientes en buenas condiciones de operación. No se

aprecia a simple vista ninguna actividad de descargas

a la ranura,

4,- Debido a las excesivas vibraciones que se presentan en

el núcleo y carcasa del estator, no es recomendable

efectuar la prueba del toroide o loop test a bajas

temperaturas del núcleo, pues se corre el riesgo de

dañar la estructura de la carcasa y del sistema de

en f r i a m i e n t o , y de ocasionar un aflojamiento del

acuñado de las bobinas en las ranuras.

En la inspección termográfica del núcleo durante el

poco tiempo que permitió la prueba del toroide, se pudo

de t erminar la no existencia de puntos calientes en el

laminado, lo cual viene a corroborar lo observado en la

inspección visual, en donde se constataron todos los

elementos en perfecto estado de operación.

5.- El rotor se encuentra en buenas condi ciones de

operación, sin cortocircuitos entre espiras del

Pag. 195

bobinado de campo.

RECOMENDACIONES

1.- Para llevar un control de la actividad de las descargas

parciales, especialmente a nivel de cabezales, es

conveniente con tro lar periódi camente la concentración

de ozono en el aire circundante a las cabezas de

bobina, aparte de las inspecciones visuales del

bobinado y de las mediciones periódicas de las

descargas que se deben realizar.

2.- Las pruebas de factor de disipación, descargas a la

ranura, se las debe ejecutar con los mismos equipos en

las inspecciones futuras del aislamiento, con el objeto

de observar ia tendencia de los valores con respecto al

tiempo de s e r v i c i o del generador, para evitar de esta

¡¡lanera interpretaciones erróneas de resultados

diferentes,

o.- La prueba del toroide o loop test en el núcleo se debe

realizar con una temperatura del laminado entre 35 y

40°C, para evitar daños en el generador, debido a las

vibraciones muy altas que se presentan durante 1 a

prueba, pues caso contrario, alcanzarán valores

considerados destructivos (>20 mm/seg).

4.- Para verificar la ausencia de cortocircuitos en el

Pag. 196

laminado del núcleo, se debe usar el detector de

imperfecciones electromagnéticas EL-CID pues, para su

aplicación se requiere magne tizar a éste úni camente con

el 4% del flujo nomina 1.

5.- Para prevenir el deterioro de la pintura semiconductora

d e ranura, es necesario realizar los trabajos de

inspección y limpieza siguiendo el procedimiento

indicado en la norma ANSÍ/IEEE Std 56-1977.

6.- Mantener en óptimas condiciones todos los instrumentos

de monitoreo de temperatura del bobinado y del núcleo

dt-1 e s t a t o r , los re levado i'es de protección eléctricos

v mecánicos, así como todu el sistema de enfriamiento.

Pag. 197

6.3.- REPORTE DE LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS DEL GENERADOR

DE LA CENTRAL TÉRMICA ESMERALDAS

ANTECEDENTES.-

La Central Térmica a vapor Esmeraldas, con una potencia

instalada de 155.882 KVA, fue concebida y construida con dos

objetivos fundamentales;

1.- Para aprovechar el bunker, combustible residual del

procesamiento del petróleo, producido en grandes cantidades

en la refinería de propiedad del Estado. Con este objetivo,

y para f a c i l i t a r el transporte de combustible, la central se

la construyó junto a este complejo petrolero.

El Bunker es un combustible de bajo costo y de d i f í c i l

comercialización, por lo que su utilización, como fuente de

energía para la generación de electricidad, es económicamente

rentable .

2.- Para cumplir la función de Central de Reserva, dada la

creciente demanda eléctrica del Pís, y en espera de la

entrada en servicio de las fases A-B de la Central Paute.

En la fase de montaje del generador y durante la instalación

del bobinado, se produjo un incendio de una parte del

cabezal, ocasionado por un excesivo calentamiento adicional

Pag. 198

de la resina epóxica durante el aislamiento de las uniones

de bobinas.

La Central entró en operación en el mes de abril de 1982,

y a partir de noviembre de 1934, con la puesta en servicio

de las fases A-B cíe la Central Paute, salió de operación,

procedí endose a desmontar y embancar los equipos importantes,

elaborándose un adecuado programa de mantenimiento de

conservación de todas las instalaciones.

La demanda creciente del País y la reducción paulatina de los

caudales de los ríos de la cuenca oriental, determinó que la

Central Esmeraldas entre nuevamente en servicio a inicios de

1986, operando por cortos períodos de tiempo hasta 1989. y

a partir de ese año en forma sostenida, para suplir el

d é f i c i t de energía hidráu1 ica que soporta el País durante los

meses de estiaje de cada año, especialmente por la reducción

del caudal del río Paute, que alimenta el embalse de la

Central del mismo nombre.

£1 mantenimiento preventivo realizado hasta el momento en el

generador, se ha circunscrito a labores de limpieza,

inspección del aislamiento y a mediciones periódicas de la

resistencia óhmica y de a i s1ami ento de los bobinados.

El 22 de octubre de Í995, encontrándose la Central en

operación continua por el estiaje que soportó en esa época

el País, se presenta una falla a tierra de la fase B del

Pag. 199

estator, la cual fue despejada por el relé 64G, sacando de

servicio al generador. La Central, en el momento de la

falla, contabilizaba 39.238 horas acumuladas de operación.

La reparación del generador se inició en forma inmediata,

extrayendo el rotor, bajo procedimientos recomendados por el

fabr i cant e.

ESTADO DEL GENERADOR.-

Con el rotor desmontado, se realizó una inspección del

estator encontrándose las siguientes novedades:

1.- Análisis de la falla.

En el bobinado, se pudo constatar la perforación del

aislamiento del bastón exterior de la ranura N° 3 .

correspondiente a la fase B,

El aislamiento presentaba señales de incrustación de un

segmento de laminado del núcleo, proveniente de los

dientes de uno de los paque tes que se habían aflojado,

ai desprenderse los separadores de aleación de cobre de

los mi sinos .

Por lo indicado, una de las causas de la falla puede

ser la pérdida de presión de los pernos de ajuste del

núcleo, lo cual ocas ionó que el 1 aminado vibre y se

Pag. 200

rompan, tanto los separadores de los paquetes , como los

dientes del laminado.

Otra de las causas probables se considera la forma

constructiva de las últimas láminas de los paquetes,

que tienen contacto directo con los separadores, pues

presentan un filo pronunciado en el troque lado que*

sirve de guía, lo cual pudo haber provocado el corte y

el desprendimiento de parte de estos separadores.

Inspección del núcleo magnét ico.

El núcleo del estator tiene 54 ranuras y 72 paquetes de

laminado, numerados desde el N° 1 al 72, partiendo del

lado de la excitación.

En la parte del núcleo cercano al lado de la turbina,

se observan alrededor de 750 cortocircuitos

Ínter laminares, producidos por las laminillas de los

dientes que se desprendieron y que giraron con el rotor

por el entrehierro. La can ti dad del laminado afee tado

corresponde aprox i nía d amen te la tercera par te de 1

volumen total del núcleo.

Se encontraron 9 separadores de paquet es desprendidos,

los cuales se ubican de la siguiente manera:

Pag. 201

Ranura

3

9

10

15

22

27

28

31

33

Diente

3

8

9

15

23

26

27

30

32

Paquetes

7l y 72

71 y 72

71 y 72

71 y 72

70 y 71

70 y 71

71 y 72

71 y 72

71 y 72

Cuadro N° 6.3.1 Ubicación de los separadores desprendidosde los paquetes del núcleo- Cent ral Esmeraldas

3.-Inspeccion de 1 bob i nado

El bobinado se encuentra bastante limpio, sin contaminación

de humedad o vapores de aceite proveniente de ios cojinetes.

Se observa una cant i dad muy pequeña de polvo depositado en

la superficie del aislamiento y en el laminado.

El aislamiento, especialmente en los sectores de uniones de

bastones y de interconexiones de grupos, se encuentra en buen

estado, sin señales de ablandamiento ni abombamiento,

indicativos de corona interna, presencia de gases o contactos

inadecuados en las interconexiones.

Los separadores de cabezales se encuentran sin señales de

desplazamiento. No se observan fisuras o desprendimientos

Pag. 202

de los amarres del bobinado al a n i l l o de sujeción.

No existen desplazamientos de los rellenos de ajuste bajo las

cuñas ni de los separadores de bobinas en la sección de

ranuras.

REPARACIONES EFECTUADAS

La reparación de i generador la realizó el INECEL con su

propio personal y la participación de técnicos especialistas

de la Comi sión Federal de Electricidad de México.

Reparación del núcleo .-

Previo al montaje del bastón de repuesto se procedió a la

reparación del laminado, eliminando las deformaciones de las

láminas de hierro, causantes de los cor toe ircu i tos

magnéticos, por medio de una amoladora y fresas especiales

de desbaste.

La condición adecuada del aislamiento i n t e r1ami nar se

verificó permanentemente en forma visual, con la ayuda de una

lupa, duran te todo el proceso de amo 1ado.

Las láminas soldadas en el punto de descarga de la corriente

de falla, se separaron con la misma metodología,

procedi endose luego a aislarlas con finas laminillas de mica

y resina epóxica de baja densidad.

Pag. 203

una vez que todas los puntos de falla fueron intervenidos,

se verificó la ausencia de cortocircuitos electromagnéticos

con el equipo de EL-CID y con pruebas continuas de loop test

o toroide. Los puntos que se mantenían calientes se

intervinieron una y otra vez hasta conseguir resultados

favorables. En el anexo B se presentan las curvas obtenidas

con el equipo EL-CID en donde se observan que las corrientes

de f a l l a en mA, en su mayoría, se ubican en la parte del

núcleo del lado de la turbina.

Los separadores desprendidos de los paquetes del laminado,

se los reemplazó con tiras de 8 mm de espesor, de fibra de

vid lio con resina, tipo G10, fijándoles a las 1 aminas con

res i na epóx ica.

Reparación del bobi nado.-

La reparación consistió en el cambio del bastón con falla por

uno de repuesto,

Previo al montaje del nuevo bastón, se reparó la pintura

semiconductora de la sección recta de ranura, usándose la

pintura S003 marca Von Roll Isola.

La unión de los bastones se realizó por medio de un conector

y suelda de estaño. Para el ais 1 amiento se utilizó cinta de

mica con refuerzo de papel aglutinada con resina epóxica Epon

R 815, y cinta de fibra de vidrio de protección mecánica.

Pag. 204

PRUEBAS ELÉCTRICAS DE DIAGNOSTICO DEL GENERADOR

Para evaluar los resultados de las reparaciones real izadas

en el núcleo y en el bobinado, se contrataron los servicios

de LAPEM, Laboratorios de Pruebas y Materiales de la C.F.E -

México, quienes, con el personal de planta de la central y

sus equipos especiales, realizaron las siguientes pruebas de

diagnóstico del generador:

ESTATOR.-

Resistencia de aislamiento

% Factor de potencia a 0.2 Vr tí ~ i

Variación del factor de potencia (Tip up) y

Capacitancia (2,4,6,8 Kv)

Descargas parciales

Descargas a la ranura

Detección de imperfecciones electromagnéticas del núcleo

Prueba del Toroide o Loop Test.

ROTOR

Resistencia de aislamiento

Medición de la impedancia a 60 Hz

Balance de voltaje.

Vo Itaje aplicado 60 Hz

Pag. 205

PRUEBAS DEL AISLAMIENTO DEL ESTATOR

i.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

La resistencia de aislamiento se mide aplieando un voltaje

de prueba de 1000 Vele al conductor de cobre de la fase, por

un tiempo de hasta 10 minutos. El objetivo de esta prueba es

determinar el grado de humedad o suciedad que presenta el

ais1 amiento.

L¿i resistencia de aislamiento se considera igual al valor en

MQ medido luego de 1 minuto de aplicar el voltaje de prueba,

t i empo en el cual las corrientes de absorción y polarización

no in c i d e n significativamente en la medición.

El valor mínií.'io de resistencia de aislamiento recomendado.

se determina por la siguiente expresión:^

R;]] = Kv + 1 en MQ

R_ = Resistencia mínima de aislamiento recomendada paraIS L

ei bobinado completo en Megaohmios, a 40°C

Kv = Voltaje nominal entre fases en Kv.

La Resistencia de aisl amiento de una fase de un bobinado

trifásico, con las otras dos fases puestas a tierra, es

aprox imadamente el doble que la del bob inado completo. Por

ANSÍ/IEEE STD 43/91

Pag. 206

lo tanto, cuando se prueban todas las fases por separado, la

resistencia medida en cada fase se debe d i v i d i r entre dos

para poder comparar, luego de la corrección por temperatura,

con el valor de ía resistencia mínima recomendada.

En las mediciones por separado, si las fases que no se

prueban se conecten al terminal de guarda del equipo, la

resistencia de aislamiento debe dividirse entre tres para

comparar con el valor de la resistencia mínima/

FASES A

J J \J L

4690

¡000

10000 5300

LECT : LectK : Fact

ura del instrumentoor de multiplicación

Cuadro N° 6.3.2 Resistencia de Aislamientodel generador - Central Esmera Idas

Pag. 207

Para aislamientos en buenas condiciones, es común encontrar

lecturas de resistencia de ai s1 amiento de 10 a 100 veces o

más el valor mí n imo recomendado.

PASE

/i

B

C

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO tfQ

5.509

3.500

4.200

ÍNDICE DE POLARIZACIÓN

3. SO

2. 80

3.0

Cuadro N° 6.3.3 Resistencia de Aislamientoe índice de Polarización - Esmeraldas

El índice de polarización, es decir la relación entre los

valores de r e s i s t e n c i a de a i s 1 amiento rned idos a los 10 y 1

minuto, representa una buena indicación del grado de

contaminación del bobinado con la humedad. La norma

ANSi/IEEE STB 43-1991, establece los siguientes va lores para

el índice de polarización:

COSDICION DEL B O B I N A D ON o r m a lí i ü f f i t d ü

Í N D I C E DE P O L A R I Z A C I Ó N> 2

< 1

Los resultados de la resistencia de aislamiento y del índice

de polarización indican que el bobinado del generador no se

encuentra con tami nado con humedad.

2.- FACTOR DE POTENCIA TIP-UP Y CAPACITANCIA

El Factor de potencia es un parámetro indicativo de las

pérdidas dieléctricas que produce un sistema de aislamiento

Pag, 208

cuando se lo somete a esfuerzos de alto voltaje. Se

encuentra relacionado con el grado de homogeneidad del

ais 1 amiento, y dependiendo del proceso natural de su

envejecimiento, puede incrementarse en mayor o menor grado.

Con la elevación del voltaje de prueba, el valor del factor

de potencia también aumenta.

CORRIENTE CAP

LEO ffiA nF

5.3

4.!

32

Jfa

45.5

Í.5

LECT : Lectura del instrumentoK : Factor de multiplicación

Cuadro N" 6.3 Factor de Potenciadel Aislamiento - Esmeraldas

Pag. 209

Con el voltaje de generación fase-fase de 13.8 Kv del

generador de esta Central, el factor de potencia del

aislamiento se obtuvo a un voltaje de prueba de 2 Kv, que

corresponde al 25% del Voltaje nominal fase-tierra.

Para la determinación del tip-up, se tomaron valores

adicionales en intervalos de 0.25Vr_. hasta el voltaje nominal

de 8 Kv.

CENTRAL TÉRMICA ESMERALDASVARIACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

u 1.05Í5 , it ¡ i"

Q n Q -J-/v ' i

O f\ r- i

O i

0.76 8 10 1 1.5KILOVOLTOS

FASE: A -*- FASÍ s -*- FASE c

Fig K°6.3.1 Variación del Factor de Potencia delAislamiento - Esmeraldas

Pás. 210

FASE

A

ec

W.P . a 2 Kt

0 . 7 0

0 . 7 3

0 . 7 3

Tip-Up (Wf-2 l f )

O . Í 2

o . n0 , 1 3

Cuadro N° 6.3.4 % FP, Tip-Up delAislamiento - Esmeraldas

Un aislamiento a base de mica y resina epóxica en buenas

condiciones de operación, de acuerdo al criterio de

evaluación del "Japan EIRE Council , debe tener un Tip-Up

menor o igual al 2%.

iLa Doble Engineering Company señala0 que es común encontrar

va lores de factor de potencia inferiores al 1% para un

voltaje de prueba de 1 25% de 1 Vj , e indica que e 1 Tip-Up

máx imo permisible es 1%.

El valor más elevado de factor de potencia encontrado fue de

0.7S% en la fase B, y un tip-up máximo de 0.13% en las fases

B y C, valores inferiores a los máximos recomendados. Los

resultados de esta prueba indican que el aislamiento se

encuentra en buenas condiciones.

Para esta prueba se utilizó el equipo de factor de potencia

M2H y el resonador inductivo tipo C, de la marca Doble.

i* Shuichi Akí , ' An Insulation Deterioration Diagnostic

Method for Generator Windings", Japan IERE Council. pág 5,February 1991.

i"' R. J. McGrat h and F. J . Gryszk iewi cz , "Power Factors and

Radio-Influence Voltages for Generator-Stator Insulation", DobleEngineering Company, pág. 9-1.2, 1990.

Pág. 211

3.- DESCARGAS PARCIALES

Son aquellas descargas que cor toe ircuitan en forma parcial

un ai s1 amiento, debido a la presencia de cavidades en su

interior.

Cuando la diferencia de potencial en los extremos de la

cavidad supera la rigidez dieléctrica del materia 1 que

contiene la misma, se produce una descarga entre esos puntos,

presentándose pulsos de voltaje en los extre mos del

a i s1 amiento.

FASE A FASE BQÍPc Kv Kv Q£pC)

-Ju

1A O C ^ pJ J ~ 3 u I;

FRECUENCIA 0.4? KHz 155

KHz

SENSIBILIDAD 90 pC

Cuadro N°6.3.5 Descargas Parciales en elAislamiento - Esmeraldas

Pag. 212

La prueba se realizó siguiendo el procedimiento descrito en

la norma IEC 270, aplicando el voltaje de prueba a través de

un capacitor de acoplamiento de InF.

Luego de la calibración del equipo inyectando un pulso de

1000 pC, se fue incrementando el voltaje hasta la aparición

de las primeras descargas, con el objeto de registrar el

valor de vo1ta je de inicio de las mismas. Posteriormente se

energizó el bobinado por un tiempo aproximado de 25 minutos

para permi t i r la e s t a b i l i z a c i ó n de las descargas, 1uego se

procedi 6 a t omar los datos de la carga aparente en pC, en

pasos de 0,5 Kv, partiendo del valor de inicio de descargas,

lias t a 10 Kv .

De acuerdo ai c r i t e r i o propuesto por la JAPAN EI RE CQUNCIL,

ios a i s l a m i e n t o s a base de mica y resina epóxica, se

consideran en buen estado de operación si sus valores máximos

de descargas parciales no exceden los 10.000 pC, al realizar

la prueba con el vo 1 taj e nominal fase neut ro (8 KV).

Los v a l o r e s de descargas parciales para este generador son

inferiorus a ios 10.000 pC especificados, esto es:

FASE

A

B

0

DESCARGAS PARCIALES (pC)

6,500 - 1000

5.00G - 5.500

é.OOO - 6. 500

Cuadro N° 6.3.6 Valores máximos de descargas parcialesa 8 Kv - Generador de la Central Esmeraldas

Pag. 213

4.- DESCARGAS A LA RANURA

Esta prueba permi te evaluar la act ividad de descargas a la

ranura, debido a imperfecciones de la pintura semiconductora

de la superficie del aislamiento de las bobinas, ó un pobre

contacto eléctrico entre esta pintura y el laminado.

Las descargas a la ranura dañan por erosión el aislamiento

p r i n c i p a l , desde l a s u p e r f i c i e d e l aislamiento haciaadentro.

La prueba se realiza energizando cada fase con el voltaje

nominal fase-tierra. El indicador analógico del equipo de

medición muestra en mA, las descargas a la ranura que se

producen.

Para esta prueba, la DOBLE ENGÍNEERING recomienda los

fsiguientes valores

1 Unidad

mANorma 1

5 - 1 5

Cues t ionabl e

40 - 60Reemplazar bobina |

> 100 1

Luego de la reparación de la pintura semi conductora con la

pintura marca VON ROL tSOLA N'S003, y de final izar los

trabajos de reacuñado de todo el estator, se obtuvieron 1 os

siguientes valores de descargas a la ranura:

Ver GENRAL REFERENCE BOOK GBRR-291, págs. 9.2-3.

Pag. 214

R A S U R AK 1

1•)-ij

4

5

6-i/

8

9

10

J 1

1213

14

D E S C A R G A S MIA

L . E .

1 . 4

0 . 6

1 . 2

1 . i

1 .0

1 .4

1.8

1 .0

1.0

0 . 8

1 .4

O . S

0 .8

0 .8

L . L .

1 .0

O . S

1 . 2

i .2

1 .4

1 .8

1 . 7

1.8

1 .4

1 .5

1.8

1.8

1 .2

0 . 8

R A N ü f ' . AN 1

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

262?

28

D E S : A R G A S IBAL . E ,

1 . 2

0 . 6

0 . 8

1 .2

0 . 8

1 .0

0 .8

O . S

O . S

0 . 8

0 .8

0. 7

1 .2

1 .0

L . T .

1 .0

1 .2

1.0

1.01 .4

1 . 2

1 .2

0 .8

1.0

0 .8

0 .8

1 .0

O . S

0, 9

R A N U R AN '

29

3031

32

33

34

35

36

3?

38

39

4041

42

D E S C A R G A S jsA

L . E ,

0 . 8

1 .0

1 .8

i .2

1 .0

1 .0O . S

1.0

0 . 8

0 , 6

0 . 6

1 .0

1 .0

1 .2

L . T ,

0 . 7

O . S

1.0

0 . 8

1 .2

1. 1

1.0

1 .0

0.8

0 .8

0 . 6

1.0

1 .0

0 .8

R A K ' J RA N '

43

44

45

46

417

48

49

50

5152

53

54

D E S C A R G A S T O A

L . E ,

0 . 6

0 . 7

0 . 8

0 , 6

0 . 6

0 . 9

0 . 7

0 . 6

1.0

0 . 9

O . S

1 .0

L . T .

1 .4

0 , 81 .0

0 . 6

0 .8

1 .0

1 .0

1 .5

1 .2

1 .2

1 ,0

1 .2

Cuadro N° 6.3.7 Descargas a la Ranura de 1Gene rador - Cen t ra 1 Esmera 1 das

Los resultados obtenidos en las tres fases cumpI en con lo

establecido por la DOBBLE ENGINEERING para aislamientos en

buenas condiciones. El valor máx inio medido fue 1.8 mA.

5.- DETECCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE IMPERFECCIONES DEL NÚCLEO

(EL-C1D)

Esta prueba permite detectar los cortocircuitos

ínter laminares existentes en el núcleo por métodos

e i ec t romagné ticos, siendo necesario excitar el mi smo

únicamente con el 4% del flujo magnético nominal.

El manual del fabricante del equipo EL-CID establece un

umbral práctico de 100 mA con el 4% del flujo nominal. Una

Pag. 215

medición superior indicará la existencia de un punto

cal i ente, debido a un cor Loe i r cu i t o i n ter1 amina r , y la

necesidad de una intervención correcti\ inmediata.

bagado en su expc r i cae la el fabricante señala que los 100 mA

pi o-v ocaráii un iüci'cmcnto de t empc i a t u i a de 5 °C en los puntos

Uc í'aiía, cuando oí generador opere con el SO'"* del flujo

norn i na 1 .

Debido ci los ni U 1 t i p I e s <_ o r t o c i r c u i tos o b s e r \ d o s en e l

1 a ni Í (i a u o , e s t a p i u e b n * e U t i 1 i ¿. ó para v e r i f i c a r u 1 estado del

¿i i b i anii en tu , I UL yo de- 1 a L eparac i one s con amo lado r e a 1 i /, adas

í_ ;i 1 L'O pun i u:> Je fa i ] a .

^> pa ¡ ánic t i o> del ge ne r ador son los .s igu i en t e* :

Longiiuü Uui núcleo

,\ d e r ct n u r a s

Voltaje inducido calculado

3 .63 m

54

18.41 Vac

Los valores alcanzados durante la prueba fueron;

Toro i de

Corriente de excitación

Voltaje inducido medido

5 espiras de cable 14 AWG

13 A

18.4 Vac

Una vez excitado el núcleo, con la bobina CHATTOCK se

Pag. 216

monitorea las corrientes de fuga, manteniéndola nive 1ada

sobre los dientes de una ranura, correspondientes a dos

paquetes adyacentes.

Los paquetes de laminado se numeraron del 1 al 72 partiendo

desde el lado de excitación.

La siguiente tabla muestra los máximos valores de corriente

encontrados en forma puntual, antes y después de las

reparaciones;

CORREGIDA

53 y 54

51

25 y 2b 50 a 55

¿8 y ¿i

50 a 60

4D a 60

1, 54

4? y Í5

47, 43, 49, 5 1 , 52, 53

Cuadro N° 6 . 3.S Puntos calientes en el núcleoantes y después de la reparación - Central Esmeral das

Adi ciona Iment e se realizó una prueba de toroide o loop test,

con el flujo magnético nominal, para la inspección de puntos

Pag. 217

calientes, encontrándose algunos puntos con un incremento de

temperatura entre ios 10 y 15 °C. Estos puntos se los reparó

nuevamente obteniéndose un At entre 5 y 10 °C .

PRUEBAS AL ROTOR

1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

Voltaje aplicadj[Vcd)

500

Resistencia Medida (MU)

520

Tiempo de prueba (atinj

í

Terop. Prueba ('Cj

28

La resistencia de aislamiento del bobinado de campo es

superior al valor mínimo recomendado en la norma ANSÍ/IEEE

Std 43/91. Se encuentra sin contaminación con humedad.

2.- PRUEBA DE 1MPEDANCIA

V O L T A J E i V a c )

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

I ÍA|

1 . 4 4

2 , 8 7

4 . 3 0

5 .666 . 9 4

8. 169 . 3 7

10 .4511.501 2 . 5 7

1 W

6 . 9 4

6 . 9 7

6 . 9 7

7 . 0 77 . 23

7 . 5 3

7 . 5 0

7 .66

7.807 . 9 8

La impedancia del bobinado de campo cumple

especificado por el fabricante.

con lo

Pag. 218

3.- BALANCE DE TENSIÓN:

Se energizaron los dos polos con un voltaje de 11.67 Vac,

midiendo el voltaje que absorbe cada polo, posteriormente se

realizó la misma prueba con un voltaje de 100 Vac.

POLOS

1

2

VOLTAJE APLICADO Vac

11.67 (V)

5.835.80

100.3 (V)49.9

49.9

No existe una diferencia apreciable en los voltajes

absorbidos por cada polo, por lo que se considera que no

e x i s t e n cortocircuitos entre espiras.

4.- VOLTAJE APLICADO:

Se api i carón 500 Vac por 1 minuto, sin producirse

alteraciones en el aislamiento.

INSPECCIÓN EX-POST

El 9 de j u l i o de 1996, luego de 7 meses de operación,

cumpliendo con un programa de inspecciones del generador, se

realizaron nuevas pruebas de diagnóstico tanto en el

ais 1 amiento como en el laminado del estator, con la

participación de Laboratorios de Pruebas y Ensayos de Equipos

y Materiales - LAPEM, de México, y de Ansa Ido Energía - ABB

SAE SADELMI, ex Ercole Ma r e l l i , fabricantes del Generador.

Pag. 219

• . - I rispe ce i ón de I ai s 1 a ni i en t o . -

Loü resultados de las pruebas del aislamiento en esta ocasión

son s i m i l a r e s a los obtenidos en el mes de noviembre de 1995,

por lo que se considera se encuentra en buen estado de

operación.

Esta situación corrobora lo observado en la inspección

v i s u a l , en donde el bastón de la ranura N° 3 correspondiente

a la fase B, se encuentra en buen estado, sin señales de

corona t¡n cabezales ni en la ranura, especialmente en los

sectores del laminarlo que sufrieron rotura de parte de los

dientes.

Las reparaciones realizadas en el núcleo se encuentran sin

señales de sobrecalentamiento s u p e r f i c i a l , a nivel de la

p i. n tur a d e p r o t e c c i ó n .

Pag. 220

Prueba de El-CID.-

LOCALIZACIONRANURA N°

7

25

27

30

42

N° PAQUETE

56 y 57

48 y 49

54 y 55

60, 61 y 66

46, 49 y 50

MAGNITUD mA)

90.8

93.3

84.4

96.4 - 1 11

89. 1

Cuadro N° 6.3.9 Resultados prueba del El-CIDCentra1 Esmeraldas - julio/1997

Con la prueba de EL-CID en esta ocasión se encontraron

algunos puntos calientes, con corrientes de falla cercanas

al l í m i t e máximo de 100 mA.

Prueba del Toroide.-

Con la p r u e b a de T o r o i d e o Loop t e s t se d e t e c t a r o n más de 50

p a q u e t e s con una At s u p e r i o r a los 10 * C sobre la t e m p e r a t u r a

p r o m e d i o , ub i cados e n s u t o t a l i d a d e n e l ú l t i m o t e r c i o d e l

1 a m i n a d o , c o r r e s p o n d i e n t e a l l ado de l a t u r b i n a .

Datos del t o r o i d e :

N u m e r e d e e s p i r a s

C o r r i e n t e m e d i c a

T e m p e r a t u r a a m b i e n t e

4 4 0 Vac

706

404 Vac

Pag. 221

Igual que en noviembre/95, estos puntos se repararon con

acción mecan ica de amo 1ado, el i minando el pu1vo me tá1 i eo y

1 as rebabas residuales (aristas af1 I aJas no un i formes) de las

láminas, con un piocedimi ento químico conocido como ETCHING,

el cual consiste en quemar y retirar estos depósitos por

medio Jo la circulación de corriente e l é c t r i c a , desde una

b a t e r í a e x t e r i o r Je i- Vdc, pasando por el punto de falla

hete I a t i c i r a,, por nitd i o de 1 núcleo.

Lo:.-, i 2 v u 1 t i os se ap ' i carón en el punto de falla por med i o

de un electrodo de cobre y un bloque de fieltro de

d i m e n s 1 o n c a J e u u a u a* en la punta de contacto, el cual se

<¿n>_ u e n I r a empapado en una solución de ác ido fosfórico. La

reacción química producida y la circulación de corriente

elim i n a n los depósitos residuales de la falla.

La corriente continua se- controló con un reos L a t o , alcanzando

valore-s enire 2 y 3 Amperios y una densidad entre 1 y 1.5

A/CIIÍ" , cons iderada adecuada para este t ipo de reparaciones.

La solución de ác i do fosfórico se preparó de la s igu i en te

manera:

|

2ü£ e n v o l u m e n20í ¿e v c i t i i i j i í n

¿OS en v o l u a e n

A c i d o f o s f ó r i c oA k o h ü í a s t í l i c o d e s n a t u r a l i 2 a ¿ 3

A g u a d e s t i l a d a

Luego de la remoc ion de los depósitos, se 1imp iaron

detenidamente con agua destilada cada uno de los puntos

reparados.

Pag. 222

Se realizaron algunas pruebas de loop test alternadas con

reparaciones de Etching, hasta conseguir que todos los puntos

de falla tengan un At inferiores a 10°C.

La ABB tiene el siguiente criterio de análisis para esta

prueba:

Investigar

Reparar

Después de finalizar los trabajos, los puntos de falla se

protegieron con un fina capa cíe resina epóxica, y barniz de

terminación, luego del curado de la resina.

Reajuste de 1 núc1eo.-

Para mantener el núcleo con un ajuste adecuado se encuentran

dispuesto 2~ pernos pasantes internos y externos. En esta

inspección, estos pernos se detectaron flojos girando las

tuercas de ajuste con facilidad.

Con la llave de torque apropiada, el fabricante apretó

pr i niero los pernos exteriores y Luego los interiores,

alcanzando un torque fin al de 45 Kg-iru

La resistencia de aislamiento de los pernos de ajuste

interiores se encontró entre los 1000 y 5000 MQ.

Pag. 223

SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS REPARACIONES Y

PRUEBAS DEL GENERADOR

Las pruebas desarrolladas en el aislamiento y en el núcleo

del generador de la Central te riño e lee trica Esmeraldas,

conforman actualmente las técnicas de mayor uso en la

evaluación del estado de un generador.

De los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia de

aislamiento. factor de potencia, descargas parciales,

descargas a la ranura y mague tización del núcleo de este

generador, y en base a valores característicos para

ai s1amientos de la clase "F", se puede concluir que, luego

de las reparaciones efectuadas en el bobinado y en el núcleo,

éste se encuentra en condiciones aceptables de operación, con

las siguientes ob;¿ervaciones ;

1,- La reparación del bobinado se encuentra en perfectas

condiciones pues no presenta ninguna actividad de

descargas a la ranura el bastón que se cambió en la

fase B, ai formación de corona en los cabezales o

abombamiento en los sectores de las uniones.

2 . - El laminado del lado de la turbina, en una profundidad

¿iprox imada de 1.2 me tros, luego de la reparaciones

realizadas con amolado y etching en los puntos de

falla, presenta una Lemperatura mayor al promed io.

Pag. 224

Los daños en el laminado, al ser producidos por la

introducción en el entrehierro de las laminillas

desprendidas, se considera son superficiales, por lo

que el calor generado se evacuará por el sistema de

enfr iamiento de 1 generador.

Si bien es cierto, este calentamiento se encuentra

dentro del rango de temperatura con un At aceptable

(cerca del l í m i t e máximo de 10°C - propuesto por la

ABB) , es criterio del fabricante que estas reparaciones

se las deba considerar como provisionales, para un

corto período de operación, siendo necesario ca mbi a r

este sector del laminado con paquetes nuevos, para que

el generador pueda operar con seguridad.

3.- Por oh iervac iones de t i po constructivo, el fabr i cant e

señala que "úuiuamunte se debe cambiar la parte del

1 ¿un ¡nado que se encuentra afectado por cortocircuitos

magnéticos, y que a su ve?, abarca los paquetes con las

l a m i n i l l a s desprendidas; la parle res tant e se encuentra

en buenas condiciones y no requiere intervención

a 1guna".

4 . -- Para e v i t a r problemas de af 1 o j amiento del núcleo, el

fabricante indica que la aplicación del torque nominal

de SO Kgr-m a los pernos de apriete se debe ejecutar

con el bobinado desmontado, para evitar que los

cabezales absorban par te de este ajuste y se presenten

Pag. 225

daños en el aislamiento.

Al haber operado el generador con el núcleo flojo,

existe la posibilidad de que se hayan producido daños

en el aislamiento interlaminar por vibración, situación

que impide a p l i c a r el torque nominal de diseño de 80

Kgr-m, pues causar í a daños en 1 aminas adyacentes.

Los valores de factor de potencia y del incremento de

este factor (Tip-up) de los bobinados del estator, se

e ncuen t ran den t ro cíe los valores norma les par a este

tipo de aislamiento.

Los resultados de la prueba de- descargas a 1 ¿i ranura se

encuentran dentro de los 1í mi Les recomendados para

aislamientos en buenas condiciones de operación. No se

aprecia a simple vista ninguna actividad de descargas

a la ranura,

El rotor se encuentra eri buenas condiciones de

operación, s i n cortocircuitos entre espiras del

bobinado de campo.

Pag. 226

RECOMENDACIONES

1 . - Las inspecciones del generador se deben ejecutar de

acuerdo al programa establecido, esto es, inspecciones

iniciales cada año para luego ampliar el tiempo entre

las mismas a 4 o 5 años.

2.- Las pruebas de factor de potencia, descargas parciales,

descargas a la ranura, se las debe ejecutar con los

mismos equipos en las inspecciones futuras del

aislamiento, con el objeto de observar la tendencia de

ios valore^ con respecto al tiempo de servicio del

generador, para evitar de esta manera interprelaciones

erróneas de resultados diferentes,

3.- La prueba del toro i de o loop test se la debe ejecutar

con el núcleo eri buenas condiciones de ajuste y luego

de un previo calentamiento a temperaturas entre 40 y

50°C, para e v i t a r la ocurrencia de altas vibraciones

que puedan afectar a la máquina.

4.- Para verificar la ausencia de cortocircuitos en el

laminado, se debe usar el detector de imperfecciones

electromagnéticas EL-CID conjuntamente con la prueba

del toroide o loop test. La segunda prueba, cuantifica

en forma real el incremento de temperatura que puede

alcanzar un posible punto caliente detectado por EL-

CID.

Pag. 227

5.- Para prevenir el deterioro de la pintura semiconductora

de ranura, es necesario realizar los trabajos de

inspección y limpieza utilizando los solventes

apropiados y la metodología indicada en la norma

ANSÍ/IEEE Std 56-1977.

6.- Probar periódicamente la calibración de los

instrumentos de monitoreo de temperatura, tanto del

bob inado como dei núcleo del estator, los re levadores

de protección eléctricos y mecánicos, así como el

correcto funcionamiento del sistema de enfriamiento.

~.- Operar el generador con una presión adecuada de

hidrógeno, para garantizar el enfriamiento de toda la

superficie del núcleo que se encuentra generando calor

adicional,

Pag. 228

B I B L I O G R A F Í A

1.- Dr. Shuichi Akí , "An Insulation DeteriorationDiagnostic Method for Generators Windings", JapanIERE Cüuncil, February, 1991.

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20.- J.C. Bromeley and W.McDermíd, "CEA PartialDischarge Ana 1yzer-Data Acquisition and Analysis".Manitoba íiydrc, Rotating Machiner;.- Suc. 7-201,

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29.- Reporte de Pruebas de LAPEM de la CentralesPisayambo, Agoyán y Esmeraldas.

Pag. 234

A N E X O A

CURVAS DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN EL ESPECTRO DEFRECUENCIAS - PRUEBA DE TOROIDE CENTRAL AGOYAN

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Fig. N ° A-3 Vibraciones en el generador N ° 2con un toroide de S espiras

Pag, A-3

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RESULTADOS DE LA PRUEBA DE DETECCIÓN DE IMPERFECCIONESELECTROMAGNÉTICAS EN EL NÚCLEO - CENTRAL ESMERALDAS

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RANURA 28, LADO TURBINA

NOTA: EL ARCHIVO DE REGISTRO ORIGINAL SE DAÑO, Imán - 198 mA

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RANURA 30. LADO TURBINA

NOTA: EL ARCHIVO ORIGINAL DE REGISTRO SE DAÑO, Imán - 1 7O mA

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RANURA 43. LADO TURBINA

NOTA: EL ARCHIVO ORIGINAL DE REGISTRO SE DAÑO, Imax - 86 mA

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RANURA 54, LADO TURBINA

NOTA: EL ARCHIVO ORIGINAL DE REGISTRO SE DAÑO. Ima». - 473 mA

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