T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

Nuevo turboalternador refrigerado por aire de la clase 300 MVA

R

E

S

frigerados por aire son más cortos y por tanto aumenta la disponibilidad, especialmente porque dejan de ser necesarias las complejas operaciones de limpieza con dióxido de carbono antes de abrir la máquina y las operaciones de llenado con hidrógeno antes de volver a poner al máquina en servicio. Todas estas razones se traducen en el hecho de que la utilización de alternadores refrigerados por aire, considerada a lo largo de toda su vida útil, tiene ventajas económicas en la mayoría de los casos, a pesar de que el rendimiento es un poco más bajo que el de la refrigera-

El desarrollo profundizado de construcciones y principios de refrigeración

ción por hidrógeno.

ya acreditados ha permitido conseguir turboalternadores refrigerados por

La figura 1 muestra el incremento de

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

potencia de los turboalternadores de ABB

da exclusivamente a la refrigeración por nitrógeno. De todas maneras se ha

refrigerados por aire durante los cuatro úl-

conservado la eficaz ventilación axial del rotor y la robusta refrigeración in-

timos decenios. Los turboalternadores re-

directa de los devanados estatóricos. Hay que mencionar especialmente el

frigerados por aire, con potencia unitaria

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

de 90 MVA, estaban ya en servicio a prin-

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

cipios de los años setenta. En 1984 se

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

puso en servicio una máquina de 188 MVA

debido a las mayores pérdidas de ventilación. Generalmente, estas pérdi-

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

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

mer alternador de 225 MVA.

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

La evolución, sin embargo, no se ha

que el uso de alternadores refrigerados por aire normalmente trae consigo

detenido, porque ABB Kraftwerke AG ha

ventajas económicas.

conseguido alcanzar e incluso superar el umbral de los 300 MVA con un nuevo tipo

D

urante la historia ya casi centenaria

sistemas especiales de estanqueidad e

dentro del proyecto de desarrollo TOPAIR,

del turboalternador, la potencia unitaria ha

instalaciones suplementarias para la pre-

recientemente terminado.

ido siempre aumentando. A mediados de

paración del gas refrigerante. La refrigera-

Para aumentar la potencia máxima con

siglo se pasó de emplear aire a utilizar flui-

ción por aire tiene ventajas en cuanto a

refrigeración por aire hasta más de 300

dos de refrigeración más eficaces, como el

costes de inversión, a pesar de que para

MVA, no ha bastado simplemente con au-

hidrógeno e incluso el agua, para la refri-

la misma potencia se precisa mayor volu-

mentar las principales dimensiones del al-

geración directa de los devanados. Sin

men de construcción. Además, el mante-

ternador, sino que ha sido necesario per-

embargo, han continuado produciéndose

nimiento de estas máquinas es más senci-

feccionar distintos componentes cons-

avances en los alternadores refrigerados

llo y más barato. Las operaciones con el

tructivos y ampliar el acreditado sistema

por aire, debidos en buena parte a los pro-

hidrógeno requieren de un personal forma-

de refrigeración de ABB. Además hubo

gresos conseguidos en las turbinas de gas

do especialmente para ello; además, los

que realizar numerosos ensayos y comple-

que sirven fundamentalmente para el ac-

tiempos de revisión de los alternadores re-

jos cálculos para optimizar el circuito de

de alternador. Este objetivo fue alcanzado

cionamiento de estos alternadores.

refrigeración. Esto ha permitido seguir

El aire es el medio de refrigeración más

aplicando la acreditada refrigeración axial

fácil de manejar, pero su capacidad de re-

del rotor y la robusta refrigeración estatóri-

frigeración es más bien baja. El hidrógeno,

ca indirecta. Los ensayos de la máquina

por ejemplo, tiene una conductibilidad tér-

prototipo de 300 MVA han terminado ya

mica siete veces más alta y su densidad

con éxito.

es diez veces menor que la del aire a la misma presión absoluta, y esto con idéntica capacidad térmica específica por uni-

Dr. Carl-Ernst Stephan Jürgen Baer

Vías para aumentar la

dad de volumen. En contrapartida, la

Hans Zimmermann

potencia de los alternadores

construcción de alternadores refrigerados

Prof. Dr. Gerhard Neidhöfer

refrigerados por aire

por hidrógeno es más compleja que en el

Dr. Roland Egli

La potencia S de una máquina eléctrica

caso de refrigeración por aire, ya que

ABB Kraftwerke AG

puede expresarse por la función si-

exige una envoltura resistente a la presión,

20

Revista ABB

1/1996

guiente:

T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

S = k D2 L B A n 300

donde: k

constante

D

diámetro del rotor

L

longitud activa

B

inducción en el entrehierro

A

densidad específica de corriente

n

velocidad de rotación

MVA

200

Desde el punto de vista del aprovechamiento magnético ya no es posible aumentar la inducción en el entrehierro. Tam-

S 100

bién puede excluirse un aumento sensible de la densidad específica de corriente, debido a las limitaciones de la refrigeración por aire. Por el contrario, las dimensiones permiten conseguir un notable aumento de la potencia. Si, por ejemplo, se aumen-

0 1960

1970

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

1980

1990

2000

a

tud activa, conservando el grado de esbeltez, la función vista más arriba da como resultado una potencia 33% mayor, supuesta una potencia constante por unidad

Aumento de la potencia unitaria de los turboalternadores ABB refrigerados por aire

1

de volumen. Partiendo de la potencia máxima posible hasta ahora, de 225 MVA, sólo con este método se pueden conse-

S Potencia a Año de entrada en servicio

guir cerca de 300 MVA. Al mismo tiempo que las dimensiones principales aumentan linealmente, también

mecánicas. Las fuerzas centrífugas en el

Pérdidas eléctricas

crece el espacio de ranuras, donde puede

rotor provocan la aparición de mayores so-

suplementarias

colocarse más cobre de devanado. El au-

licitaciones mecánicas en los dientes y en

mento de densidad de corriente, sin em-

los devanados y abrazaderas. En el estator

Placas de sujeción del estator

bargo, está limitado por el calentamiento.

también aumentan las fuerzas magnéticas

La intensa utilización eléctrica provoca

Aumentar las dimensiones de las máqui-

ejercidas sobre el paquete de chapas y

pérdidas suplementarias, parcialmente en

nas de mayor potencia disponibles actual-

sobre las cabezas de bobinas. Estas con-

la parte frontal del estator. En los turboal-

mente tiene como consecuencia una

secuencias obligan a aplicar un conjunto

ternadores ABB de la gama inferior de po-

mayor tensión nominal y, por tanto, un ais-

de medidas con objeto de conseguir, en la

tencia se utilizan desde hace mucho tiem-

lamiento estatórico de mayor espesor, lo

medida mencionada, un salto de potencia

po placas de sujeción de aluminio macizo

que hace mucho más difícil la refrigeración

de los alternadores refrigerados por aire.

en los tipos de máquinas refrigerados por aire e indirectamente por hidrógeno. Para

indirecta de las barras de devanados.

las potencias más altas se utilizan placas

El mayor diámetro del rotor aumenta notablemente las pérdidas por ventilación.

Selección de problemas concretos

de sujeción en láminas. La figura 2 mues-

De este modo, las pérdidas por rozamien-

y soluciones constructivas

tra el campo magnético en la parte frontal

to superficial, que constituyen una parte

El aumento de potencia unitaria y su mejor

de un alternador equipado con una placa

considerable de las pérdidas por ventila-

utilización traen consigo algunos proble-

de sujeción de aluminio. Se puede recono-

ción y también de las pérdidas globales,

mas especiales, principalmente en cuanto

cer claramente el efecto de pantalla del

aumentan según la cuarta potencia del

a las pérdidas eléctricas suplementarias, a

material, buen conductor, que mantiene

diámetro del rotor y la primera potencia de

las fuerzas mecánicas, a la eficacia térmi-

bajas las pérdidas en la placa de sujeción.

la longitud activa. Para conseguir una po-

ca de la ventilación de la máquina y a las

Los detallados cálculos realizados han de-

tencia unitaria lo más alta posible era por

pérdidas por ventilación.

mostrado que esta solución es también

tanto necesario aplicar medidas suple-

óptima para una máquina refrigerada por

mentarias para reducir las pérdidas y me-

aire de la potencia mencionada. El calen-

jorar la refrigeración.

tamiento medido en la placa de sujeción

Por otra parte, al aumentar el diámetro

durante los ensayos, respecto del aire re-

del rotor crecen mucho las solicitaciones

frigerante circulante, fue menor que 30 K

Revista ABB

1/1996

21

T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

con corriente de cortocircuito permanente,

midió un calentamiento de menos de 25 K

sido necesario realizar detallados estudios

según la clase de aislamiento F (que co-

en los dedos de sujeción, con corriente de

sobre la posible necesidad de una trans-

rresponde a una potencia nominal de 340

cortocircuito trifásica permanente según la

posición especial. Se estudiaron los distin-

MVA); esto permite esperar que en explo-

clase de aislamiento F.

tos tipos de transposición buscando una

tación a plena carga también habrá un pe-

Se han estudiado con especial detalle

queño calentamiento de este orden de di-

las zonas finales del paquete de chapas,

mensión. El calentamiento de la placa de

para determinar la graduación óptima y la

sujeción no supone en modo alguno un lí-

posible necesidad de ranurar los dientes.

mite práctico para la explotación del alter-

En la zona terminal de los dientes, la com-

nador en subexcitación.

ponente axial del campo magnético puede

solución económica para las pérdidas y para los costes de fabricación [3].

Efectos mecánicos y ruido

provocar importantes pérdidas por co-

Cabeza de bobina estatórica

rrientes de Foucault. Un detallado cálculo

Para la misma concepción constructiva de

Dedos de sujeción

de estos campos ha permitido determinar

la cabeza de bobina, el aumento del diá-

y zona final del paquete de

la longitud a partir de la cual los dientes

metro reduce las frecuencias propias de

chapas estatóricas

deberán ser ranurados para mantener el

las vibraciones en cuatro nudos, las cuales

No es posible apantallar el campo magné-

calentamiento local en un bajo nivel.

pueden aproximarse a la frecuencia doble

tico en los dedos de sujeción de los dien-

de la corriente estatórica que provoca las

tes estatóricos del mismo modo que en la

vibraciones en cuestión. Además, las fuer-

placa de sujeción 2 . Por esta razón se

Devanado estatórico

zas electrodinámicas aumentan notable-

utiliza un material no ferromagnético, que

El devanado estátorico se ha ejecutado

mente durante las perturbaciones, por

además tiene una elevada resistencia

como devanado de barras Roebel en dos

ejemplo en caso de cortocircuito de cho-

eléctrica específica; se trata del acero ino-

capas. En caso de refrigeración indirecta

que. Por eso fue necesario un soporte de

xidable 18/8. Con él se reducen al mínimo

las barras deben ser relativamente altas.

cabeza de bobina estatórica más rígido.

las pérdidas locales, y con ella el calenta-

Para optimizar el dimensionado de la altu-

La figura 3 muestra la construcción ya re-

miento. En los ensayos de marcha se

ra de las barras y el número de hilos ha

alizada, que permite además un reajuste posterior. Esta solución ha demostrado su eficacia desde hace ya tiempo en grandes turboalternadores con devanado estatóri-

Campo magnético en el espacio frontal del estator. Se reconoce claramente el efecto de pantalla del material, buen conductor, de las placas de sujeción.

2

co refrigerado por agua. Entre los angulares de soporte dispuestos perimetralmente y las barras se encuentran los elementos para el posterior ajuste, constituidos por conos dobles. Los angulares de soporte, por su parte, están fijados por dos anillos exteriores. Para ajustar la cabeza de bobina se aprieta ésta contra un anillo interior, quedando así fijada. Finalmente se introducen distanciadores entre las barras del devanado. Una serie de paquetes de resortes, montados entre el paquete de chapa y el conjunto de cabezas de bobina, impiden que éstas se desplacen lateralmente. Es fundamental encontrar un compromiso entre las necesidades de la fijación mecánica y la refrigeración. Unos anillos de soporte demasiado grandes impedirían la circulación de aire de refrigeración en la cabeza de la bobina; por el contrario, un anillo de soporte demasiado pequeño no cumpliría su función. Para construir la cabeza del devanado se precisaron complejos cálculos para determinar las solicitaciones mecánicas que se producen en caso de perturbaciones. Además, era necesario predecir con la

22

Revista ABB

1/1996

T

Soporte de la cabeza de bobina, que permite el reajuste del conjunto. 1 2 3

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

3

Anillos de soporte exteriores Dispositivo de reajuste Anillo de soporte interior

1

mayor precisión posible la frecuencia propia de las vibraciones en cuatro nudos de

2

la cabeza de bobina. La figura 4 muestra a título de ejemplo la forma propia calculada. Los resultados permitieron proceder al dimensionamiento de detalle. 3

Para determinar las frecuencias y las formas propias se aplicó el análisis modal experimental. Al acelerar y frenar el alternador en el banco de ensayos se determinó la posición de la resonancia o la correspondiente frecuencia propia, siempre en cortocircuito permanente y en estado excitado de marcha en vacío. Tal como se esperaba, las frecuencias propias estaban lo suficientemente alejadas del valor doble de la frecuencia nominal de la corriente. El examen final del alternador, una vez terminados los ensayos de cortocircuitos de choque, no pudo descubrir daño alguno

Forma propia calculada de la vibración de cuatro nudos de la cabeza de bobina estatórica

4

en el conjunto de la cabeza de devanado o en los otros componentes solicitados mecánicamente.

Suspensión del paquete de chapas estatórico El mayor diámetro de la culata del paquete de chapas reduce la frecuencia propia de la vibración de cuatro nudos, incluso en caso de aumento lineal de su altura. Las vibraciones del paquete de chapas, reforzadas, producirían una mayor emisión de ruidos de estructura sólida a través de la envoltura del estator. Con una construcción de soporte especialmente elástica se puede separar el paquete de chapas y la envoltura. La figura 5 muestra la solución aplicada en este

tipo de alternador. Los anillos, dispuestos alrededor del paquete de chapas y soldados con él, disponen de placas de fijación a ambos lados que actúan como resortes de hojas. Una vez bajado el cuerpo de chapa hasta la parte inferior de la envoltura, se fijan los resortes de hojas sobre éste por medio de piezas tubulares cortas, sol-

Revista ABB

1/1996

23

T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

Suspensión elástica del paquete de chapas en la envoltura. Los anillos (1), colocados alrededor del paquete de chapas y soldados con éste, disponen a ambos lados de una placa de fijación (2) que actúa como resortes de hojas.

5

1

dándose sucesivamente los extremos de los tubos. Estos trabajos de soldadura también pueden realizarse desde el exterior, lo que reduce el riesgo de suciedad durante el montaje. Aunque esté constituida por dos partes, la envoltura tiene una gran rigidez. 2

Reducción de ruido La suspensión elástica del paquete de chapas produce una notable reducción de los ruidos de estructura sólida. De hecho, la reducción a la mitad de la amplitud de las vibraciones atenúa el ruido en 6 dB. La mayor parte del ruido de la máquina es ruido aéreo [4], producido fundamentalmente por los ventiladores y por el rotor autoventilado. Debido al incremento de los diámetros, los ruidos aerodimámicos del nuevo tipo de alternador serían muy fuertes si no se tomaran las medidas oportunas. Por eso se han dispuesto amortiguadores acústicos especiales en las zonas finales de la envoltura, que absorben los sonidos aéreos y reducen la propagación hacia el exterior. Las pequeñas aberturas y los in-

1

tersticios que permiten el paso sin dificultades del ruido al exterior tendrían un efecto especialmente desfavorable, por eso se ha tenido gran cuidado en hacer la envoltura

2

lo más estanca posible al sonido. Los ensayos de marcha del prototipo han demostrado la eficacia de estas medi-

Conducción del aire de refrigeración en el alternador de nuevo desarrollo

3

1 2 3

Cámaras en el estator Ranuras de base del rotor Refrigerador

flechas azules flechas rojas

24

Revista ABB

1/1996

Aire frío Aire caliente

6

T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

das. A la velocidad y a la tensión nominales, el nivel acústico medido según DIN 45635 alcanzó 94 dB (A), casi idéntico al medido durante la marcha puramente mecánica. Este resultado prueba claramente que las vibraciones del paquete de chapas tienen lugar en su mayor parte sin afectar a la envoltura.

Ventilación y refrigeración

150

El nuevo tipo de alternador se basa fundamentalmente en algunos progresos del probado sistema de refrigeración y en la

°C

correspondiente optimización del sistema. Fue necesario hacer detalladas investigaciones, tanto teóricas como experimentales en el laboratorio de flujo. Las novedaT

des son de un lado la reducción de pérdi-

100

das de ventilación [5] y del otro la ventajosa configuración del circuito de refrigeración y la ventilación mejorada de los componentes del alternador con pérdidas. En la figura 6 puede verse el esquema de refrigeración con la circulación de aire elegida.

50

Sistema de refrigeración y calentamientos En el rotor, los conductores del devanado de excitación han sido ejecutados como perfiles huecos refrigerados axialmente. Al abandonar los ventiladores, el aire pasa por debajo de ambas abrazaderas del rotor. Una parte del aire de refrigeración

Temperatura de cálculo en el estator azul verde rojo

7

Aire frío Aire frío en el entrehierro Devanado estatórico

penetra por ambos lados en la zona de cabezas de bobinas, atraviesa los conductores huecos y abandona el rotor por la ranura situada en la base. Al contrario de lo

ternadores refrigerados por hidrógeno de

medidas durante los ensayos de marcha

usual en los turboalternadores de ABB re-

la gama superior de potencias.

han confirmado la corrección de los valo-

frigerados por aire, la refrigeración por aire

En el estator, el paquete de chapas

en la parte activa tiene lugar en dos sec-

está subdividido en varios paquetes para

res previamente calculados.

ciones por cada mitad de la máquina, en

la ventilación y la refrigeración; entre ellos

lugar de en una sola sección. Una parte

se forman con distanciadores numerosas

Estudios especiales de fluidos

del aire refrigerante penetra por debajo de

ranuras de refrigeración. El aire circula ra-

En los turboalternadores refrigerados por

la abrazadera directamente hasta los con-

dialmente por las ranuras, agrupadas en

aire, las pérdidas de ventilación representan

ductores de ranuras y abandona el rotor

cámaras, alternativamente de fuera a den-

una parte importante de las pérdidas tota-

después de un determinado recorrido. La

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

les. Por tanto, se hubieron de aplicar las

segunda sección está alimentada por aire

geración ha sido optimizado respecto de

medidas adecuadas al alternador de alta

frío que entra por una ranura situada de-

las máquinas anteriores, más cortas, al

potencia ya descrito para reducir el caudal

bajo del devanado y sale por el centro de

habérsele añadido varias cámaras. Gra-

de aire refrigerante hasta el mínimo necesa-

la máquina. Las relaciones entre distancias

cias a esta medida y a la distribución del

rio y para concentrar en lo posible las pérdi-

se han seleccionado para conseguir una

escape de aire del rotor se obtiene una

das de carga sobre las secciones a refrige-

distribución lo más homogénea posible de

distribución muy homogénea de la tempe-

rar. La cuidadosa concepción aerodinámica

la temperatura en el devanado. Este con-

ratura en el devanado estatórico y en el

de la circulación del aire ha permitido reducir

cepto se utiliza ya con éxito en los turboal-

paquete de chapas 7 . Las temperaturas

aún más las pérdidas por ventilación.

Revista ABB

1/1996

25

T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

Cada vez con más frecuencia se reúnen los circuitos de refrigeración de las máquinas eléctricas en redes de flujo. Basándose en los repartos de flujo de refrigeración calculados de este modo se puede determinar la temperatura previsible de los componentes sujetos a pérdidas. Los resultados de los cálculos, sin embargo, sólo son precisos si se conocen los parámetros del modelo de cálculo. En un sistema de ventilación con varias cámaras estatóricas y varias zonas de salida del rotor, el entrehierro de la máquina es una zona difícil de controlar teóricamente, desde el punto de vista del movimiento de fluidos, puesto que en este sistema los números de Mach pueden llegar a 0,7. Con el fin de conseguir unas bases de cálculo más precisas se ha construido un modelo de 8

Modelo de rotor/estator para ensayos de corriente

rotor-estator 8 para realizar estudios experimentales en el laboratorio de mecánica de fluidos. El modelo ha sido construido conservando la analogía de Reynolds y de Mach en el entrehierro, pero con un

1

radio de curvatura diferente. El rotor tiene 2

3

un diámetro de 400 mm y gira a una velocidad de hasta 10 500 min-1. La configuración del modelo ha permitido ajustar todos los casos de corriente

GT

ST

que se presentan en el entrehierro. Permite, por ejemplo, modelizar la salida del aire refrigerante de la cabeza de bobina del rotor, así como la salida del aire en la parte activa. Durante los ensayos efectuados en el modelo se determinaron experimentalmente los flujos parciales de las distintas circulaciones. La medición de las pérdidas de carga permitió construir funciones de

a

coeficientes de resistencia destinadas a simular la red de corriente de aire. 2 ST

1 Variantes de disposiciones del alternador

b

26

Revista ABB

1/1996

9

GT ST

Turbina a gas Turbina a vapor

1 2 3

Salida de bornes Anillo colector Acoplamiento para el accionamiento a ambos lados en caso de explotación combinada (opcional)

T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

Otras particularidades constructivas

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

En el proyecto de desarrollo se han introducido otras soluciones constructivas especiales, en parte específicas de este tipo de alternadores y en parte con valor más

Serie constructiva

WX23Z–/WY23Z–

Gama de potencia

200...310 MVA /clase B 200...350 MVA /clase F 50 Hz, cos  = 0,8

general. Al contrario de lo usual en tipos constructivos anteriores con refrigeración de aire, los conductores de excitación del

200...280 MVA /clase B 200...340 MVA /clase F 60 Hz, cos  = 0,85

rotor han sido fabricados como perfiles huecos dobles para responder a las elevadas fuerzas centrífugas, una técnica ya puesta a prueba en grandes rotores refrigerados por hidrógeno. El segundo ejem-

Tensión

15,75 ... 21 kV según la potencia y la frecuencia

Velocidad

3000 min–1 a 50 Hz 3600 min–1 a 60 Hz

Excitación

estática

Normas

CEI ANSI

plo es el nuevo acuñado de las ranuras del estator: los acuñados dobles de forma especial garantizan una precompresión precisa sobre el relleno de ranuras; además son reajustables y admiten intervalos menores entre revisiones y mayores intervalos

(ejecución normal 50 Hz) (ejecución normal 60 Hz)

Las potencias indicadas se refieren a una temperatura de entrada del aire de refrigeración de 40 ˚C.

entre reajustes.

La nueva serie de máquinas

•

cortocircuito permanente bipolar para

•

medidas de las vibraciones mecánicas

La serie de turboaltenadores de nuevo de-

determinar la reactancia y la resistencia

del árbol y de los soportes de cojine-

sarrollo WX/WY23 (Tabla 1) con refrigera-

inversas,

tes, del paquete de chapas y de la en-

medidas en parada para determinar las

voltura, así como de las cabezas de

potencias, de 200 a 350 MVA, completan-

reactancias subtransitorias en los ejes

bobinas estatóricas,

do así la serie del tipo 21, construida

longitudinal y transversal,

ción por aire cubre la gama superior de

desde hace ya mucho tiempo. Estos alter-

•

•

medidas suplementarias de la tempera-

•

medidas del ruido para determinar el nivel acústico.

nadores se utilizan en las nuevas turbinas

tura de las placas y dedos de sujeción

Para los ensayos de marcha se montaron 70

de gas GT24 y GT26, pero también en ac-

en los anillos y conexiones del devana-

sensores de vibraciones, 80 puntos de me-

cionamientos con turbinas de vapor. Se

do estatórico, así como del aire de re-

dición de la presión y 200 puntos de medi-

suministran las dos variantes representa-

frigeración en distintos puntos del alter-

ción de la temperatura. Estos ensayos de

das en la figura 9 . Ya se han registrado

nador,

marcha serán objeto de un informe especial.

los primeros encargos.

•

medidas de la presión para comprobar la distribución del aire refrigerante,

El prototipo ha satisfecho plenamente todas las exigencias e incluso ha sobre-

Éxito del ensayo de marcha del prototipo Durante el verano de 1995 el primer alternador de esta serie superó con éxito numerosos ensayos de marcha, tanto de tipo como de desarrollo 10 . Se pusieron a prueba sobre todo los aspectos siguientes:

•

medida de la característica de marcha de vacío y de cortocircuito,

•

determinación del calentamiento de los devanados y de las pérdidas,

•

cortocircuitos de choque en marcha en

Tabla 2: Datos técnicos del prototipo Potencia nominal Tensión Frecuencia Factor de potencia/sobreexcitado Rendimiento 2) Carga 4/4 Carga 3/4 Relación cortocircuito-marcha en vacío 2) Reactancia transitoria x’d 3) Reactancia subtransitoria x”d 3)

MVA kV Hz % % p. u. p. u.

300/clase B 1) 19 50 0,8 98,75 98,57 0,51 0,21 0,17

vacío y en precarga, de un lado para determinar las reactancias y las cons-

1) 2)

tantes de tiempo (también en el eje transversal) y del otro para establecer

3)

Temperatura del aire frío 40 ˚C, Norma CEI Determinado por mediciones, rendimiento según el procedimiento de pérdidas individuales Valores de medición en estado no saturado

la resistencia a los cortocircuitos,

Revista ABB

1/1996

27

T

U

R

B

O

A

L

T

E

R

N

A

D

O

R

E

S

10

Prototipo de potencia nominal 300 MVA en el banco de pruebas

pasado algunas expectativas. Esto es vá-

Bibliografía

Dirección de los autores

lido tanto para la suavidad de marcha y

[1] Fluhr, O.; Peyer, A.; Richard, C.: Turboal-

Dr. Carl-Ernst Stephan

para las vibraciones como también para el

ternateurs refroidis à l’air de 18 à 130 MVA,

Jürgen Baer

calentamiento y las pérdidas. En la Tabla

Types WX et WY. Brown Boveri Mitt.

Hans Zimmermann

2 se indican los datos nominales del pro-

63(1976)6, 392–398.

Prof. Dr. Gerhard Neidhöfer

totipo y algunos valores de medición im-

[2] Haase, H.; Largiadèr, H.: Design and

Dr. Roland Egli

portantes. Hay que mencionar especial-

operation on test bed of a 200 MVA air-coo-

ABB Kraftwerke AG

mente el excelente rendimiento, ligera-

led turbogenerator. CIGRE Session 1984,

CH-5242 Birr, Suiza

mente inferior al de los alternadores

Paper 11-09.

Telefax: +41 (0) 56 466 66 94

refrigerados por hidrógeno. Durante la

[3] Iseli, M.: Zusatzverluste in Statorwicklun-

marcha en plena carga a 300 MVA, el ca-

gen großer Synchronmaschinen unter Be-

lentamiento, calculado con los calenta-

rücksichtigung der Verdrillung und Stirnraum-

mientos parciales, medidos y supuestos,

felder. Tesis de doctorado, ETH Zürich, 1991.

en marcha en vacío y en marcha en corto-

[4] Rentsch, H.: Luftströmungsgeräusche in

circuito, estará por debajo del límite de la

elektrischen Maschinen. ETZ-A 82(1961) 24,

clase de aislamiento B.

792–798.

Tomando como base los conocimientos

[5] Baer, J., Geller, M.: Die Ventilationsver-

disponibles y algunas novedades, por

luste der rotierenden elektrischen Maschinen.

ejemplo sobre el aislamiento de devana-

wasser, energie, luft 82(1990)9, 228–232.

dos estatóricos [6], se pueden entrever ya

[6] Stephan, C.-E.; Lipták, G.; Schuler, R.:

hoy en día posibilidades de aumentar aún

Micadur-Plus, nuevo sistema de devanados

más la potencia de los alternadores refri-

estatóricos de máquinas eléctricas. Técnica

gerados por aire.

ABB 8/95, 28–34.

28

Revista ABB

1/1996