ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA

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

ESMERALDAS

RAFAEL GUSTAVO RODRGUEZ HIDALGO

TESIS PREVIA A LA OBTENCIN DEL TITULO DE INGENIEROELCTRICO ESPECIALIZA SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA

QUITO, ABRIL DE 1997

CERTIFICODE TESISDIRECCIN

QUE EL PRESENTE TRABAJOFUE REALIZADO BAJO MIPOR EL SEOR 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

N D I C E

Pg.

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 Ncleo del Estator 20

Deterioro el e 1 Rotor.... 23

CAPTULO 3 MATERIALES USADOS EN LA REPARACINDE 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 Lminas 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 Clasificacin 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 ESPECALES DE MANTENIMIENTODE GENERADORES 70

5.1 Factor de Potencia del Aislamiento ~0

5.1.1 Tip-p 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 Mtodos de Medicin de las Descargas

Parciales 89

5.2.2 Medicin de la Energa Integrada de

1 as Descargas 92

5.2.3 Medicin de las Descargas Parciales

en Lnea 94

II

5.2.4 Voltaje de Radio Influencia 985.2.5 Medicin de la Carga Aparente 100

5.2.6 Medicin de las Descargas con el

Probador Electromagntico - Descargas

a la Ranura 106

5.3 Pruebas del AisIamiento nter 1aminar

del Ncleo . * * . . 113

5.3.1 Prueba del Toro i de 116

5.3.2 Prueba de EL-CID 124

CAPITULO 6 REPORTE DE LAS PRUEBAS ELCTRICAS 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 Elctricas del Generador

N1 de la Central Hidroelctrica Pisayambo.. 134

6.1.1 Estado del Generador 136

6.1.2 Pruebas Elctricas de Diagnstico del

Generador 139

6.1.3 Pruebas al Aislamiento del Estator 140

6.1.4 Pruebas a 1 Rotor 157

6.1.5 Sntesis de los Resultados Obtenidos en la

Inspeccin y Pruebas del Generador 158

6.1.6 Recomendac iones 160

6.2 Reporte de las Pruebas Elctricas del Generador

N2 de la Central Agoyan 162

6.2.1 Estado del Generador 166

6.2.2 Pruebas Elctricas de Diagnstico del

III

Generador 169

6.2.3 Pruebas del Aislamiento del Estator 170

6.2.4 Pruebas al Rotor 191

6.2.5 Sntesis de los Resultados Obtenidos en la

Inspeccin y Pruebas del Generador 194

6.2.6 Recomendac iones.... 196

6.3 Reporte de las Pruebas Elctricas del Generador

de la Central Esmeraldas 198

6.3.1 Estado del Generador 200

6.3.2 Reparaciones Efectuadas 203

6.3.3 Pruebas Elctricas de Diagnstico del

Generador 205

Pruebas del Aislamiento del Estator 206

Pruebas al Rotor 218

Inspeccin EX-POST 219

Sntesis 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

Apndice A A-l

Apndi c e B ....B-1

IV

CAPTULO 1

INTRODUCCIN

I N T R O D U C C I N

Las unidades de generacin de propiedad del INSTITUTO

ECUATORIANO DE ELECTRIFICACIN - 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 ao 1976, para

satisfacer la demanda c r e c i e n t e del Pas, 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 n , elaborados para el decenio 1966-1976 y para

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

entrada en operacin de la Central a gas Estero Salado NQi

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

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

del Ro Paute, en el ao de 1992.

CENTRALGONZALO ZEVALLOSGUANGOPOLOPISAYAMBOGONZALO ZEVALLOS tJ1 2GONZALO ZEVALLOS N1 3SANTA ROSAPAUTE FASES A - BESMERALDASAGOYANPAUTE FASE C

TIPOGASDIESELHIDRULICAVAPORVAPORGASHIDRULICAVAPORHIDRULICAHIDRULICA

Nf INSTALADOS30.9431.2076,0073.0073,0051.00500.00132.49156.00575.00

AO DE OPERACIN197619771977197819801981

1982-19831982198?1992

Cuadro N 1.1 Generacin de 1 SNI

El INECEL posee 26 generadores elctricos, operados por la

DOSNI, dispuestos en 4 centrales trmicas y en 3 centrales

hidroelctricas, con t iempos de servicio que van desde los

21 aos de las unidades ms antiguas, hasta los 5 aos de las

instaladas ltimamente en la fase C del Paute.

Durante este perodo se han presentado en los generadores un

nmero relat ivamente bajo de problemas tcnicos deimportancia, como son: la falla a tierra del bobinado de 1

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

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

Agoyn, en los aos 1993 y 1994, y el desprendimiento de

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

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

Central Trmica Esmeraldas, en el ao 1995.

E1 mantenimiento realizado en los generadores elctricos se

circunscriba en lo si guente: 1 impieza e inspeccin visual

de sus partes internas; medicin de la resistencia hmica de

los bobinados estator ico y rotrico; moni toreo de 1

aislamiento en base a la medicin de la resistencia, con

voltaje continuo; y la medicin del factor de prdidas ofactor 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

contaminacin con humedad y polvo, no son suficientes para

evaluar su estado interno, esto es, el contenido y

Pag. 2

proliferacin de cavidades, principales signos de su

deter ioro.

El avance cientfico y tecnolgico en este campo, ha

permitido el desarrollo de nuevas tcnicas y equipos que

facilitan llevar un control minucioso y profundo del

deterioro de los generadores, especialmente del ncleo y del

aislamiento de los bobinados. Esta tecnologa de punta se

aplica en otros pases desde hace unos pocos aos, con

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

oportunidad de aplicarla en los ltimos overhaules de los

generadores de Pisayambo, Agoyn, Gonzalo Zevallos y

Esmera 1 das.

Las nuevas pruebas que se han incorporado en este proceso

de anlisis son las siguientes:

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

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

2.- Descargas Parciales por fase.

3.- Descargas a la ranura.

4.- Determinacin de puntos calientes en el ncleo, con EL-

CID (Detector Electromagntico de Imperfecciones en el

Nc1 eo) y con el Toro ide o Loop Test.

Estas pruebas se las debe ejecutar en todos los generadoresdel Sistema Nacional, tomando en cuenta que la mayora han

sobrepasado el tiempo mximo indicado por los fabricantes

Pag. 3

para estas inspecciones. Los resultados que se obtengan

permitirn determinar el estado real de los mismos y los

posibles problemas que pueden estar desarrollndose, para de

ser el caso, realizar los correctivos que sean necesarios.

El Japan lere Council, en su estudio para determinar algunos

criterios de evaluacin del estado de los aislamientos de la

clase F, a base de mica y resinas epxicas, encontr que el

voltaje residual de ruptura del aislamiento de las bobinas,decrece en forma abrupta despus de aproximadamente 15 aos

de operacin.

El fenmeno indicado se debe fundamentalmente al deterioro

de la aislac ion, debido a una accin conjunta de 1 asdescargas parciales y a los esfuerzos mecnicos y trmicos

que se presentan en los sucesivos arranques y paradas y en

las continuas variaciones de carga. Como causas adicionales

de importancia se seala al deterioro producido por la

vibracin electromagntica y el rozamiento del bobinado con

el ncleo, as 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

Oo

Gen.ABCDEFG,G3H1J

Raled voltage11.0 kV13.2 kV8.6 kV

11.0 kV13.8 kVIB.BkV15,4kV15.4 kV13,8kV22.0 kV12.0 kV

Raled oulput3 8 M V A45 MVA10MVA35M VA8 5 M V A

110 MVA295 MVA295 MVA150 MVA442 MVA262 MVA

Int.PPPEPEEEEEE

Machine Annual VR drop rale aHydroHydroHydroHydroPumpedPumpedTurbineTufbineTufbineTufbineTurbine

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) O)rti

| 80c5o23 60-u

5y ^ v v-*\ O & Q N ^\ XN \P

xv A / \ 6^. C* Generator B \.^ \c

^ ^ \ H[ Tjx |"N, \l

Dielectric sUength required lor operation \j\: Rated voltage *|l *

i t i i i i10 20 30

Fig N 1.1 Variacin del Voltaje Residualde Ruptura del Aislamiento con los aos de servicio

Pag. 5

O B J E T I V O

Poner a disposicin de los profesionales responsables de la

operacin y mantenimiento de generadores elctricos, los

principios bsicos para la evaluacin del estado del

aislamiento del ncleo y de los bobinados, as como las

diferentes actividades de overahul que deben ejecutarse entodas las partes del generador.

A L C A N C E

En la primera parte de este trabajo, se presenta en formaresumida los procesos de deterioro o envejecimiento que sedesarrollan en los aislamientos y en el ncleo, debido a los

diferentes esfuerzos a los que se encuentra sometido el

generador durante toda su vida 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 losamenteplanificada, por lo que se expondr a continuacin el listado

de las actividades a desarrollarse en cada una de las partes

constitutivas, con una descripcin sucinta de la forma cmo

deben ejecutarse, los puntos de mayor atencin y losobjetivos que se persiguen.

Se ha puesto especial atenc ion en presentar, en una

referencia bastante explcita, los diferentes materiales

aislantes que se usan actualmente en las reparaciones

Pag. 6

parciales de ios generadores, cuyo conocimiento facilitar

su planificacin y ejecucin.

Se expondrn en sntesis, los fundamentos de las pruebas de

diagnstico de generadores que se utilizan actualmente en el

Pas, con algunos criterios tcnicos de soporte para la

evaluacin de los resultados. Se analizarn, como casos de

aplicacin, los resultados obtenidos en los mantenimientos

de overhaul realizados en las Centrales de Agoyn, Esmeraldas

y Pisayambo, as como las reparaciones realizadas.

Pag. 7

DATOS GENERALES DE LOS GENERADORES DE LAS CENTRALES

PISAYAMBO AGOYAN Y ESMERALDAS

CARACTERSTICAUBICACINMARCAFUERZA KOTRIZCAPACIDAD NOMINALVOLTAJE NOMINALCORRIENTE NOMINALFACTOR DE POTENCIAPOLOSI/LT'AJE DE EXCITACINCORRIENTE DE EXCITACINR.F.M,

FRECUENCIACONEXIN DEL ESTATORCLASE DE AISLAMIENTOENFRIAMIENTOSERVICIOPUESTA EN SERVICIO

PISAYAHBQTUNGRAHUAALSTOHHIDRULICA40.000 UVA13.800 V1,673 A0,9514191) Vdc800 A514.360 HzESTRELLA

V (MICA-ISOTENAX II)AIRE-AGUACONTINUO197?

AGOTANTNGRAHAKITSUBISHIHIDRULICA85.000 UVA13.800 V3,566 A0.932310 Vdc862 A22560 HzESTRELLA

"F" (EPQXICA-KICAlAIRE-AGUACONTINUO198?

ESMERALDASESMERALDASERCOLE MARELLIVAPOR (BUNKER)155.882 KVA13.800 V6.522 A0.852230 Vdc1320 A360060 2ESTRELLAT (THERMALASTIC)

HIDROGENO-AGUACONTINUO1982

Cuadro N 1.2

Pag. 8

CAPITULO 2

PROCESOS DE ENVEJECIMIENTO DE LOS

GENERADORES

Una vez que un generador inicia su operacin comere ial,

generalmente trabaja sin problemas durante algunos aos,

t iempo que depende de varios factores, siendo los ms

importantes: diseo de los equipos, tipo de operacin,

nive les de mantenimiento, impactos del medio ambiente y

contingencias del sistema elctrico.

Todas las partes de los generadores hidrulicos se disean

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

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

nivel y frecuencia de mantenimiento adecuados.

En el Sistema Nacional Interconectado, las centrales

hidrulicas normalmente se utilizan como potencia base, pero

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

estn sujetos a continuos arranques y paradas. " Eldeterioro del generador se acelera con cada arranque y

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

vida til de la mquina".

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

Pag. 9

En pases industrializados, se ha observado que de las fallas

que ocurren en una estacin de generacin, 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 ncleo y de

la aislacin de los bobinados, permite de una manera muy

objetiva, programar, ejecutar y evaluar las act ividades delos mantenimientos predictivos, preventivos y correctivos.

El proceso de envejecimiento del aislamiento se produce porla contribucin de varios factores, los cuales se clasifican

bs icamente, en los siguientes cuatro grupos:

1 . - Esfuerzos trmicos

2.- Esfuerzos elctricos

3.- Esfuerzos mecnicos

4.- Impactos del medio ambiente

1.- ESFUERZOS TRMICOS.-

El envejecimiento trmico est muy relacionado con lasreacciones qumicas y cambios de estado fsico de los

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

con el cobre y la atmsfera. Por pequeo que sea el

incremento trmico, puede causar efectos considerables.

Pag. 10

Existe una regla prctica 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 qumicas, aparte de la formacin interna de

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

quebrad iza, con prdida apreciable de elasticidad.

Los ciclos trmicos producidos por las variaciones de carga,

acentan los esfuerzos en la interfase conductor-ais1 acin,

y dentro de la aislacin misma, debido a las diferentes

caractersticas de dilatacin trmica que poseen el cobre y

los materiales aislantes, originndose una separacin de las

diferentes capas del aislamiento, y del conductor con

respecto a la aislacin (laminacin del aislamiento).

Durante la operacin, las bobinas presentan un movimiento

relativo con respecto al ncleo que se encuentra a una

temperatura inferior, y en ese proceso de expansin y

contraccin, se producirn daos en la superficie de la

bob i na por rozamiento con la 1aminac ion.

2.- ESFUERZOS ELCTRICOS.-

La degradacin elctrica se produce por presencia de campos

elctricos que actan sobre el aislamiento, en largos

2ABB Generation, Refurbishment and uprating of hydro power

generators, pg. 5, 1985.

Pag. 11

perodos de tiempo. El proceso degenerativo se acenta

cuando el generador opera en condiciones de sobre excitacin,

en presencia de transitorios de sobre voltaje o en prdidasbruscas de carga.

Descargas parciales internas.-

Las descargas parciales es quizs el factor ms importante

en la degradacin elctrica del aislamiento; consiste en

pequeas descargas localizadas en cavidades o huecos del

aislamiento, que quedan en el proceso de impregnacin de la

res ina.

Las cavidades I lenas de aire se encuentran sujetas a camposelctricos grandes en proporcin a la constante dielctrica

del aislamiento slido circundante; esta situacin, sumada

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

slido, resulta en descarga o rompimiento del espacio de aire

a voltajes muy inferiores a los requeridos para perforar elsol ido.

Las descargas internas producen la ionizacin 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 esrelativamente dbil, por la alta resistencia del dielctrico

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

Pag. 12

deterioro progresa, aparecen descargas en las cintas

aislantes que cambian qumicamente las propiedades de la

resina, producindose una lnea de falla, con reduccin del

espesor efectivo del aislamiento y su consecuente

perforacin.

RESIMA

ENCINTADO

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

CAVIDAD e:

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

C.NUJCTOX

fg. NQ2.1 Deterioro del aislamiento

Descargas a la ranura.-

Son descargas que se producen entre la superficie del

aislamiento del bobinado y el ncleo cuando se presentan

campos elctricos 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

ncleo, pone la superficie del aislamiento de las bobinas a

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

elctrico en cualquier espacio de aire a un valor inferior

al de descarga.

Al existir un nmero bajo de contactos de bobina con elncleo, se presentan concentraciones de esfuerzos en esos

puntos, que provocarn un deterioro trmico de la pintura

semiconductora (material grafitado). Las vibraciones

mecnicas y electromagnticas, que normalmente son de doble

frecuencia (120 Hz) , ocasionarn la remocin de esta pintura

en los puntos de contacto.

En resumen, el fenmeno 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 concentracin excesiva de esfuerzos sobre el

aislamiento en las esquinas del ncleo, al final de la

ranura, se aplica una capa de pintura semiconductora de alta

resistencia, 11 amada tambin pintura graduadora, sobre la

pintura de seccin 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 ncleo una distancia igual a la altura

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

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

dependiendo del diseo del bobinado y de 1 voltaje deoperacin, debiendo existir un traslape de 1/2 a 1 pulgada

con la pintura semiconductora.

CROQUIS INDICATIVO PABA LA APLICACIN DE LAS PIfTURAS GRADIENTE Y SEMICONDUCTORA EN LOS CABEZALESDE BOBINAS.

A- Long qu* lobrciilt dllinid ti dtdo di prtiin,

B. Lo5 (} dd por Ii

,2Vi10

En dona*:

Vn- t lUJ

2%

2%

6. 5%

DIAGNOSTICO

Bueno

De cuidado

Cr tico

La Doble Engineering Company seala que es comn 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 epxicas, en condiciones normales

de operacin.

Para valores de factor de potencia, la Doble Engineering

Company, como producto de sus estadsticas en 82 generadores

en buenas condiciones de operacin, 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 operacin13.8 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

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

de Mxico), Utilizan el si guente 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 aislamientoen 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 sintticas.

Pag. 87

5.2.- DESCARGAS PARCIALES

Las descargas parciales son aquellas descargas elctricas que

se producen en las cavidades del aislamiento, en presencia

de voltajes de magnitud suficiente para perforar el elementodielctrico, 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, descargndose sta a valores muy bajos de

voltaje, lo cual p o s i b i l i t a la extincin de la ruptura deldielctrico. En estas condiciones, la capacitancia de la

cavidad recibe una nueva inyeccin de carga del sistema de

alto vo1 taje.

A pesar de poseer una pequea cantidad de energa, las

descargas causan un deterioro progres ivo de las propiedades

dielctricas 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 aislacin; por lo que, la condicin de un

bobinado de alto voltaje, usualmente se valora de acuerdo algrado de actividad de descargas parciales que presenta.

La medicin y anlisis de las descargas parciales, es uno de

Pag. 88

los mtodos de diagnstico para detectar sectores o puntos

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

La medicin de las descargas parciales se realiza,

bsicamente, 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 lapresencia 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

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

deteccin de corona en la seccin de cabezales.

MTODOS DE MEDICIN DE LA DESCARGAS PARCIALES

La actividad de las descargas parciales se reflejan en unincremento 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 medicin de ciertos

componentes de alta frecuencia de los pulsos que producen.

La mayora de las descargas ocurren en forma de pulsos

Pag. 89

individuales, capaces de ser detectados como pulsos

elctricos, por medio de un circuito exterior de medida

conectado al aislamiento.

Las descargas parciales se relacionan con ciertas cantidades

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

lo que, una medicin cuantitativa de las descargas se puede

expresar en trminos de una o ms 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 repeticin /i, es el nmero de pulsos de

magnitud mayor a un valor especificado, que ocurren en la

unidad de tiempo.

Existen varios mtodos para la deteccin y medicin de las

descargas parciales. Dependiendo de la disponibilidad de los

equipos de prueba, se los puede dividir en mtodos prcticos

y en mtodos con instrumentos de medicin.

Mtodos Prct icos.-

En el campo, para las inspecciones rutinarias de los

generadores, los mtodos prcticos no instrumentados

adecuadamente, son de gran til idad para la deteccin y

localizacin de las descargas, principalmente de origen

externo. Incluye los mtodos acsticos y pticos 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.

Deteccin acstica.-

Con el bobinado energizado, se pueden realizar observaciones

auditivas en recintos con bajo nivel de ruido, con ayuda demicrfonos direccionales de alta sensibilidad sobre el rango

de frecuencias audibles, o de cualquier otro dispositivo o

transductor que amplifique la seal sonora de las descargas*

Este mtodo permite local i zar principalmente descargas al

aire por efecto corona y descargas a la ranura.

Deteccin pt 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 travs de los ductos

de ventilacin, si se encuentra desmontado el rotor. Las

descargas se presentan como fuente de luz ultravioleta, de

mayor o menor intensidad, conjuntamente con la generacin deozono, fcilmente 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 lnea transversal a la bobina, de

tonalidad ultravioleta, por concentracin grande de esfuerzos

elctricos en ese sector.

Pag. 91

Estos efectos pticos pueden ser fotografiados y filmados en

video, t i l izando equipos y procesamiento especiales.

Mtodos con Instrumentos de Medicin Especiales.-

Los mtodos adecuadamente instrumentados para la medicin de

las descargas parciales, son los siguientes:

1. - Medicin de la energa integrada de las descargas.

2 . - Medicin de las descargas parciales en lnea.

3.- Voltaje de radio interferencia (RIV).4.- Medicin de la carga aparente q.

5 . - Medicin de las descargas con el Probador

Electromagnt ico. Descargas a la ranura.

1.- Medicin de la Energa Integrada de las Descargas

La AEI engineering desarroll 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 funcin del voltaje.

Este equipo se lo conoce como "Dielectric Loss Analyser"

(DLA); bsicamente, es un puente de capacitancias, combinadocon un C,R.O. (Osciloscopio de Rayos Catdicos) 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

seal horizontal en el ose iloscopio, de longitud proporcional

al voltaje aplicado, s iendo este de un valor inferior alvoltaje de inicio de las descargas.

Con el incremento del voltaje se presentan las descargas enel ais 1 amiento, abrindose la seal horizontal del

ose i loscopio en un parale logramo, de base igual al voltajeaplicado (V) y de altura proporcional a la carga total

transferida (AQ) por cada ciclo.

El rea circunscrita por el paralelogramo representa la

cantidad de energa total consumida debido a la actividad de

las descargas parciales, energa que se mide en micro-

jou1es/picofaradio/cic lo. Una mejor condicin delaislamiento tendr por lo tanto, un paralelogramo de menor

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

debido a las descargas parcialesDISCHARGINGPERIODS

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 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 sc 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 c i m e n a un b a j ov 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 ac 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 n de la Energ a 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 pinturagraduadora influye sobre este mtodo de medicin, al igual

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

su uso se ha restringido nicamente a pruebas de laboratorio.

2. ~ Medicin de las Descargas Parciales en Lnea

La Empresa Canadiense de Generacin Ontario Hydro desarroll

un equipo de diagnstico de aislamientos de generadores en

operacin, conocido como PDA (Partial Discharge Anaiysis),

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

determinar con cierta precisin, el lugar en donde ellas se

originan.

Este mtodo requiere 6 capacitores de acoplamiento instalados

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

Pag. 94

generador; las seales de dos capacitores simultneos son

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

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

e 1 los ,

En un generador en operacin, las descargas parciales ocurren

en las bobinas que tienen un voltaje de trabajo mayor al deinicio de las descargas. Los resultados de este mtodo de

diagnstico reflejarn por lo tanto, la condicin delaislamiento de las bobinas cercanas al terminal de lnea, sin

cons iderar las bobinas en ma estado, ubicadas junto alneut 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 nmerode 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 interpretacin de los resultados del PDA posibil ita

distiguir los procesos de deterioro que tienen lugar en el

aislamiento de un generador en lnea, dependiendo del tipo

de materiales utilizados, debido a su caracterstica 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 anlisis:

Descargas a la ranura/capa de pintura semiconductora

Este tipo de descargas se producen en la superficie de la

aislacin, por falla de la pintura semiconductora en la

seccin de ranura. Son muy dependientes de la carga del

generador, por las vibraciones electromagnticas 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;^ B^S'*fe4%^SS'.l\!

Af lo jamiento de cuasw,.._...,.H9f

10,000-

1,000-

100-

10-

' No Load>\^^%/!"Ful1 Load

100 200 300 400 500 600 700 BOO

This >;raph llustr.iU-s une circuit o a statwinding wht. .\s showng ^ igns o pcmi-condui-tvecoating/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 n ,\i Mitulinj;wlir h is shnwinf; si(;ns of wt-ilgi.' liMisrnpvs, inriif.itfjby divrrging curves represenhm; po-ihvf pulst".ibti!H>d undtT iio-lnad and fult-lo^d st;ibil'*'dcnuditions.

Fig NQ 5.2.3 Resultados del PDADescargas Parciales a la Ranura

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

Pag. 96

Para efectos de anlisis, las mediciones peridicas se deben

ejecutar en condiciones similares de temperatura, tanto envaco como a plena carga.

Una condicin de cuas flojas se puede detectar realizandolas mediciones con el PDA, con el generador en vaco y a

plena carga; en este caso se observar un incremento de las

descargas de polaridad positiva. Un bobinado con un adecuado

ajuste presentar curvas superpuestas de polaridad positiva,para las diferentes condiciones de carga.

Descargas Parciales Internas

Estas descargas se producen en el aislamiento principal por

laminacin 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

ms 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 illustritos one circui nf a stator v.indinj;\vhich is sliowing signs o inlrrn.il ^roundwalldelamintnn, indicated by coincKnp curvesrt-pn^t-ntinj posilive anH nc^alv pulsi-s.

10,000

1.000

Positiva PulsesNegative Pulses

100 200 300 400 600 600 700 000

Thisgraph Ilstrales on-rirruitof a statorwindingwhirh i showing sgitf of Kmundwall/aipfTrfitraj^ d iniorface debminton, 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 volt metros de banda

corta, de frecuencia seleccionable, construidos inicialmente

para medir interferencias en la recepcin de seales de

radio. Trabajan en el rango de frecuencias de 150 KHz a 400Pag. 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 trminos de voltaje, delorden de los microvoltos.

Por sus caractersticas, este equipo no cuantifica

directamente las descargas parciales, pero permite tener una

indicacin de la magnitud de las mismas. La lectura de

voltaje depende de la magnitud q de las descargas y de lafrecuencia de repeticin 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 operacin. Para

generadores con aislamiento del tipo epxico, seala 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

epxica 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 tcnicamente ms avanzados,

como aquellos que miden la carga aparente de las descargas

pare iales.

4.- Medicin 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 pequea 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 delai 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

instantneamente a los terminales del aislamiento bajoprueba, producir un cambio momentneo de voltaje entre susterminales, de valor igual al producido por las descargas

parciales.

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

Pag. 100

Circu tos de medicin.-

Todos los circuitos de medicin de las descargas parcialesi

consisten principalmente de los siguientes elementos:

La capacitancia del aislamiento bajo prueba C. .&Un capacitor de acoplamiento C^.

Un circuito de medicin, representado por una

impedancia Z , el cable de conexin 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 medicin 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 ala carga aparente, transferida al aislamiento.

Pag. 101

U1

c.

'

-m -6L

Autro placomont possiblo pourAlternativo positipn fpr Zm

r-1--.

T'JO

mpd.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 ,, iL;J

O

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

u-

c,

Q:1 7 *I Z" | 1 7 I| mi , [>'

Schcma d'im cirojil equilibr.Halanccxl circuit

Fig. NQ5.2.5 Circuitos bsicos de medicin delas descargas parciales

Pag. 102

El ruido del medio ambiente y las caractersticas de los

elementos del circuito de prueba (Impedancia de medicin Zm,

Capacitancia de acoplamiento Ck, Capacitancia del aislamiento

Cs), determinan la forma y duracin de los pulsos de voltajeque 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 unosciloscopio, calibrado con una seal patrn, para

posibilitar la medicin de la carga aparente.

La calibracin del equipo de medicin 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 seales

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

pequeo capacitor de bajo voltaje C de valor conoc ido . Enestas condiciones, el pulso de calibracin tendr un valor

similar a una descarga de magnitud q0 . El capacitor de

calibracin debe ser retirado del circuito antes de la

aplicacin del voltaje de prueba.

Pag. 103

L1

'-*

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 calibracindel circuito de prueba completo.

El oscilograma de las descargas parciales puede presentarse

en el osciloscopio sobre una lnea horizontal, con una

separacin muy definida entre las descargas de los semiciclos

positivo y negativo de la onda de voltaje, o por medio de unae l p t i c a , correspondiendo los pulsos positivos a la parte

superior y los negativos, al lado inferior.

Este procedimiento tambin permite medir las descargas de

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

frecuencia de repeticin bajo y corresponden a las descargasespordicas 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 ms comunes usados en la actualidad, son de banda

ancha, que trabajan en frecuencias de 40 a 400 KHz acopladosa osci loscopios de rayos catdicos. Tambin existen equipos

de frecuencia seleccionable en el rango indicado.

En las pruebas realizadas ltimamente 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 medicin, marca Tettex Instrument, tipoq~f

Medidor de descargas parciales, marca Biddle .

Valores Referencia les . -

En base a la medicin de la descarga q de mxima magnitud,

y a los estudios de correlacin existente entre las pruebas

no destruct ivas y destruct ivas de ais lamientos dei

generadores, el Japan El RE Council propuso, para

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

Pg. 105

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

siguientes valores referenciales:

Criqm < 1

qm > i

q > 3

% 2 *

terio

x 104

x 104

x 1 04

x 105

pC

pC

PC

pe

Juicio

Bueno

De cuidado

Cr t icoPos ible ruptura

ais lamientedel

Los generadores cuyos ais lamentos presenten descargas

parciales superiores a los 10.000 pC, deben ser sometidos a

inspecciones peridicas, para monitorear su comportamiento

con el tiempo de servicio, especialmente de aquellas bobinas

con descargas altas., que han sido determinadas con equipos

adicionales de inspeccin.

5.- Medicin de las Descargas con el Probador

Electromagntico - Descargas a la Ranura

Con el bobinado del generador energizado, es posible medir

las descargas parciales en bobinas individuales con ayuda de

un probador electromagntico, que se integra temporalmente

al circuito magntico 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 Electromagnt ico

Este equipo desarrollado iniciaImente por la The Tennessee

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

pequeo ncleo magntico 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 medicin de 5 MHz permite

conseguir una atenuacin considerable de las seales

Pag. 107

originadas fuera de la bobina bajo prueba, de tal forma queel probador electromagntico medir nicamente las descargas

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

igual forma, la atenuacin de las seales a lo largo de la

ranura es apreciable, debindose 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 medicin

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 est diseado para medir los pulsos

negativos de las descargas parciales, con anchos de banda

superiores a los 20 ns nanosegundos) y rangos de repeticin

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

una precisin 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 electromagntico

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, aledaos

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

una herramienta de gran utilidad para el diagns 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

nc1eo.

Procedimiento de prueba

El detector electromagntico se lo ubica en la ranura,

ejerciendo en forma perpendicular una adecuada presin decontacto sobre las cuas de ajuste; se lo desplazamanualmente 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; adems, si las tres fases se energizan al

mismo tiempo por la misma fuente de voltaje, se tendranlecturas errneas, por encontrarse en fase cada una con

respecto a la otra, situacin que no refleja una condicinnormal de operacin.

Pag. 109

El voltaje de prueba debe ser superior al voltaje de iniciode las descargas; normalmente se utiliza el voltaje nominalfase-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 atenan a partir de las primeras dos horas de aplicacin

del voltaje de prueba, debido principalmente, a los cambiosde presin 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 ms representativos, o

inmediatamente despus de la energizacin, si se considera

que la atenuacin no es muy importante. Para mediciones

peridicas en una misma mquina, es importante usar el mismo

mtodo para cada prueba.

El terminal de guardia del instrumento se debe conectar a

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

caso de que ocurra una falla del aislamiento justo en elmomento de la medicin. La probabilidad de que esto ocurra

es muy remota.

Los generadores elctricos 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 determinacin de

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

fases diferentes, pero si las bobinas corresponden a la misma

fase energizada, se debe complementar el anlisis 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 mquina, 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 ncleo, como criterios adicionales de

evaluacin, 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 electromagntico en los ltimos aos, propone los

siguientes valores referencia1 es, para la evaluacin de la

actividad de descargas parciales en bobinas

individual izadas:

de descargas parciales5

UnidadDI A

Norial

5 - 15

Cuestionable40 - 60

Reeipazar Bobina

> IDO

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

Pag. 111

5.3.- PRUEBAS DEL AISLAMIENTO INTERLAMINAR DEL NCLEO

El ncleo magntico 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 construccin permite

reducir las prdidas y calentamientos debido a las corrientes

de Eddy que se presentan en la operacin normal de 1

generador.

Los materiales que se utilizan para aislar las lminas son

muy resistentes a la abrasin, temperatura y oxidacin, como

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

barnices y el fosfato de aluminio en capas finas, usado

ltimamente en forma amplia. Este aislamiento se lo

construye muy delgado con el objeto de conseguir un menor

espesor del ncleo y una a l t a densidad de flujo magnt i co.

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

aislamiento nter laminar, son las siguientes:

Fallas a tierra de los bobinados, con circulacin de

altas corrientes a travs del ncleo.

Prdida del aislami ento por excesiva friccin entre las

lminas, al perder presin de ajuste los pernos, placasy dedos de pres ion.

Desprendimiento de los separadores de los ductos de

Pag. 113

ventilacin y rotura posterior de los dientes del

laminado por vibracin. Los separadores y los pedazos

de los dientes causarn daos severos en gran parte del

1aminado.

Errores en el montaje; un depsito metlico o l i m a l l a

puede provocar la perforacin de la capa aislante.

Puntos dbiles del aislamiento, debido a una

impregnacin inadecuada del material aislante durante

1 a fabr i cae ion.

Ingreso de elementos extraos al entrehierro o por

desprendimiento de partes del rotor.

Una falla que involucre nicamente dos lminas no

representar un serio problema para el generador, pero si se

trata de varias de ellas, la corriente de falla inducida

ocasionar una generacin alta de calor que, si el sistema

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

que aparezcan nuevas fallas nter laminares, llegndose en

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

y reparan oportunamente.

Las fallas ms comunes en el ncleo se presentan en el fondo

y en las paredes de la ranura, as como tambin en la parte

exterior de los dientes del laminado. El cortocircuito entre

las lminas cierra el lazo entre ellas y los parantes de

soporte del ncleo, establecindose una corriente circulante

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

Pag. 114

INDICATION OF FAULT CURRENTS

CONDUCTORBARS

INSULATION

DAMAGE

BUILDING BARSCURRENTSINDUCEDTHROUGH DAMAGE

Fig.5.3.1 Circulacin de corriente defalla en el laminado

DETECCIN DE PUNTOS CALIENTES EN EL LAMINADO.-

Las fallas en los ncleos de generadores no son muy

frecuentes y si se producen, son muy difciles de detectar

con la mquina en operacin, requiriendo la extraccin de un

polo de campo o del rotor completo para realizar una

inspeccin detenida.

En condiciones normales, la inspeccin visual se cent rara a

observar los paquetes del laminado, separadores de paquetes,

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

por posible aflojamiento de estos elementos y presencia depolvo rojo de vibracin, as como a cambios localizados decoloracin 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 precisin,

excitando magnticamente el ncleo desde un circuito exterior

de corriente alterna; los mtodos indicados son el conocido

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

Imperfection Detector).

i1.- PRUEBA DEL TOROIDE

Con el rotor desmontado, este mtodo consiste en calcular los

Amperios-vuelta que debe producir una bobina de magnetizacin

temporal, enrollada alrededor del ncleo y de la carcasa,

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

de 3 nomi nn1.

Fig. N 5.3.2 Bobina de Excitacin en laPrueba del Toroide

Pag. 116

El flujo producido generar calentamientos localizados en lospuntos de cortocircuito magntico entre lminas, los cuales

pueden ser detectados por medio de equipos porttiles

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

infrarrojos o instrumentos tipo pistola de rayos lasser,adems de las sondas de temperatura que normalmente se

encuentran ubicadas en el estator.

Para la medicin del voltaje por vuelta generado, se ub icauna bobina exploradora de una sola espira alrededor del

ncleo y en la parte opuesta a la bobina de magnetizacin.

Con un voltmetro conectado a los terminales de esta bobina,

se mide el voltaje por vuelta obtenido en los clculospre1iminares.

Frmulas de clculo.-1

Los clculos siguientes se deben desarrollar en los

preparativos de la prueba del toroide:

Nmero de Espiras de la Bobina de Magneti zacin.-

De acuerdo a la Ley de Faraday, el voltaje eficaz generadoen una bob ina, en presencia de un campo magnt ico alterno,

se expresa de la siguiente manera:

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

Pag. 117

Eef

"ef

N

4.44

Estos valores son generalmente aceptados en el diseo de

ncleos de generadores, para lminas de acero al silicio de

grano orientado y espesores entre 0.6 y 1.0 mm,

Para el clculo de la corriente de excitacin, compuesta por

las corrientes de magnetizacin y de prdidas en el hierro,

se debe conocer los datos de la geometra del ncleo del

generador.

Geometra del Ncleo.-

Le

WdLe

Fig. 5.3.3 Geometra del Ncleo

Pag. 119

Para el clculo de la corriente de excitacin, es necesario

obtener los datos siguientes:

He = Espesor efectivo del ncleo (m)

s = Profundidad de la ranura (m)

ID = Dimetro interior del ncleo (m)

Dm = Dimetro medio del ncleo (m)

OD = Dimetro exterior del ncleo (m)

Le = Altura efectiva del ncleo (m)

Le = Altura total del ncleo (m)

Lm = Longitud media del ncleo (m)

Wd = Altura del ducto de ventilacin (m)

d = Nmero de ductos de ventilacin

Fa = Factor de apilamiento (0.93)i

A = rea transversal del ncleo (m )

Procedimiento de clculo.-

Con los datos fsicos del ncleo, se calcula la corriente de

excitacin en funcin del voltaje aplicado y la frecuenciadel sistema, para un toroide de N espiras, siguiendo los

siguientes pasos:

rea transversal del ncleo.-

A = He x Le

Pag. 120

OD-[ID+2S]=

Flujo magnti co.-

La densidad de flujo B es un dato suministrado por elfabricante; conocida el rea transversal, calculamos 4>:

= B x A

Nmero de espiras del torode.-

Con el valor del flujo calculamos el nmero de espiras Nde 1 toro ide:

N= E4 .

Corr i ente de magne t izacin.-

En primer lugar calculamos la longitud media del ncleo:

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

Pag. 121

el ncleo al valor de B especificado:

AV = H x Lm

La corriente de magnetizacin ( I... ) se obtendr de la

siguiente manera:

J =

Corriente de prdidas en el hierro, -

Para calcular esta corriente necesitamos conocer el peso

total del ncleo, 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 prdidas totales (Wptotaus) se calcula

a continuacin:

WPtoUes = WP x Pesondeo (Watts)

La corriente de prdidas en el hierro ( I

T - P

Pag. 122

Con las corrientes de rnagne t izacin Im,c y de prdidas en elIfidg

hierro I , obtenemos la corriente de excitacin:

-2 A T2*-W

El calibre estimado del conductor en MCM, numricamente es

igual a la corriente de excitacin dividida por 2.

Para facilitar la medicin de la temperatura, la bobina de

magnetizacin no se la debe ubicar sobre las partes del

ncleo consideradas como puntos calientes en las inspecciones

preI iminares.

La prueba del toroide usualmente se lo realiza en un tiempo

mnimo de 30 minutos, suficiente para producir calentamientos

punta 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

ncleo, para evitar que se produzcan daos adicionales por

deterioro del aslamiento nter laminar.

Pag. 123

2.- PRUEBA DE EL-CID

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

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

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

de detectar fallas en el aislamiento entre lminas de ncleos

de estatores.

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

fallas muy pequeas que normalmente no se las detectara 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 operacin del generador, pero pueden

degenerarse en fallas graves, con fundicin del laminado y

dao del aislamiento de las bobinas aledaas.

A diferencia de la prueba del toroide, requiere excitar el

ncleo nicamente con el 4% del flujo magntico nominal,

suficiente para generar corrientes circulantes por las

lminas en cortocircuito. Adems, evita riesgos o daos

innecesarios por calentamientos excesivos que se presentan

en la prueba del toroide.

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

CID antes de someter el ncleo a exci tacin nomina 1, con e 1

objeto de determinar los sitios con cortocircuitoselectromagnticos y tomar las precauciones del caso, como la

Pag. 124

instalacin de medidores apropiados de temperatura cercanos

a esos puntos, para su monitoreo constante.

Las corrientes de falla inducidas en las reas daadas se

sensan electromagnticamente por una bobina especial conocida

como "Chattock", que mide la diferencia de potencial

magntico entre las esquinas ms alejadas de los dos dientesde una misma ranura.

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

(unidad procesadora de seales), midiendo su ngulo de fase

con la excitacin. De este proceso se obtiene un voltajed.c. proporcional a la corriente de fall a , en cuadratura con

la excitacin. La referencia para la deteccin de fase se

obtiene de una bobina adicional ubicada dentro del ncleo,

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

excitacin.

Con la .P.S. seleccionada en la posicin QUAD, se produce

una discriminacin de las seales en fase con la excitacin,

obtenindose de esta manera mediciones relacionadas

nicamente con las corrientes de falla.

El equipo se maneja a travs de un software que permite elregistro y proceso de las seales 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 centmetros, en el

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

que el programa corte la recoleccin de seales, una vez que

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

la bobina chattock durante la medicin, 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 tpica de EL-CID

Pag. 126

Excitacin del ncleo para la prueba de EL-CID.-

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

flujo magntico de prueba posee pocas espiras, siendo

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

probar ncleos de mquinas de varios cientos de MVA. La

excitacin produce a lo largo de todo el ncleo, un campo

elctrico y un flujo magntico 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 excitacin, para la medicin del

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

4% del voltaje nominal.

Previo a la ejecucin de la prueba, es necesario disear la

bobina de excitacin de acuerdo a los parmetros fsicos del

generador y a la fuente disponible.

Pag. 127

Ln u Ln

era

o o*

to

aco

t> w i o

P_

o

tJX

'

CL fu

Voltaje Inducido.-

Para generadores mayores a los 100 MVA.

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

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

igual al voltaje nominal fase tierra dividido para el nmero

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

expresin:^

Donde:

VJTJ- = Voltaje fase-fase del generador

K = Factor de distribucin y de paso del

bobinado.

N = iNmero de conductores activos en serie por

fase .

Este voltaje generado ser del orden de los 5 voltios por

metro de ncleo magnt ico, correspondiente a una excitacin

del 4% del flujo nominal.

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

Pag. 129

Para generadores y motores de baja capacidad.-

El voltaje inducido se calcula de la siguiente frmula:

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

f = Frecuencia

1 = Longitud del ncleo (m)

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

m)

Amper ios-vuelta. -

La intensidad de campo magntico H sobre el camino circular

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

14 A-V/m (Amperios-vuelta/metro). Para un valor tpico 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 = Dimetro medio del ncleo!G

V = Voltaje calculado y medido en la bobina

exp1 oradora.

La determinacin del nmero de vueItas de la bobina de

excitacin y la corriente que absorbe el circuito de prueba,

se lo realiza de una manera prctica, manejando estos dos

Pag. 130

parmetros conjuntamente con las caractersticas de la fuente

disponible, hasta conseguir en la bobina exploradora el

voltaje inducido calculado.

Un clculo aproximado del nmero de vueltas se consigue

dividiendo el voltaje disponible de la fuente para el valor

de voltaje inducido en el bobina exploradora. Este clculo

no es preciso, pues no considera las prdidas por histresis,

corrientes de Eddy y por la resistencia hmica de 1 conductor

ut i 1 i zado.

Valores Lmites.-

El fabricante del equipo establece un umbral prctico 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, seala que los 100 mA medidos

representarn un incremento de temperatura de 5 C sobre la

media del ncleo, cuando el generador opere con un flujo

magntico del 80% del nominal.

Interpretacin de las Curvas Resultantes.-

Del anlisis 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

ncleo dentro de los terminales de la bobina, la seal de

respuesta tendr pulsos positivos, y si la falla se localiza

fuera de los extremos, la respuesta tendr pulsos negativos.

Pag. 131

NORMALIZED SCALING OF THREE TYPICAL FAULTSi i I 1 i i iTEETH15-16

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 TTEETH15-16

1 T

TEETH14-15

TEETH13-14

TEETH12-13

I 1 I t I t A CENTRE OF

TOOTH TIP j i B 10mm BELOW f ITOOTH CRNER I I C 20mm ABOVESLOT BOTTOM

Fig. N 5 . 3 . 6 Curvas de EL-CID para tresf a l l a s t p i c a s en e l n 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 ncleo magntico,

as como las seales 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 obtendr la misma diferencia de

potencial magntico 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 accin de la bobina chattock,

para las dos mediciones.

Una falla en el punto B, justamente unos milmetros bajo laesquina de la ranura, originar un pulso positivo en la

medicin entre los dientes 14 y 15, pero ocasionar un pulso

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

rpida reduccin 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 presentar un pulso positivo en la medicin

de potencial magntico, nicamente entre los dientes 14 y 15;

la seal obtenida entre los dientes 13 y 14 no variar

significat ivamente.

Pag. 133

CAPITULO 6

REPORTES DE LAS PRUEBAS ELCTRICAS DE LOS GENERADORES

CENTRAL PSAYAMBOCENTRAL AGOYANCENTRAL ESMERALDAS

6.1.- REPORTE DE LAS PRUEBAS ELCTRICAS DEL GENERADORNQ 1 DE LA CENTRAL HIDROELCTRICA PISAYAMBO

ANTECEDENTES.-

la Central Hidroelctrica Pisayambo inici su operacin

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

carga del sis tema por primera vez.

Aproximadamente durante 5 aos trabaj controlando lafrecuencia de los Sistemas Elctricos Centro Norte, Pichincha

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

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

Quito y Guayaquil, en el ao de 1982.

Durante este perodo, estuvo sujeta a continuos arranques yparadas, a variaciones constantes y a veces bruscas de carga

y de voltaje, propias de la funcin que desempeaba en elsistema. La caracterstica de respuesta rpida 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, est en capacidad de bajarsu 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 ltimo grupo de

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

a cargo del fabricante Marine Industries Ltda. del Canad,

y para su ejecucin fue necesario extraer 14 bobinasexteriores o de entrehierro.

Desde el inicio de la operacin, se presentaron fugas de

vapores de aceite en los cojinetes, especialmente del guainferior, que contaminaron los bobinados del generador.

Como actividades de mantenimiento preventivo en dicho

perodo, se han ejecutado adems de la limpieza einspecciones de las partes accesibles, las pruebas de

resistencia de a i sI amiento y resistencia hmica de los

bobinados del estator, y la verificacin del ajuste de lascuas superiores de las ranuras, a travs 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 nicamente con limpieza y barniz

de proteccin marca Dolph's ER-41. (ver Cap. 3 pg. 27)

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

1996, se encontr 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 Nl. Estas

Pg. 135

vibraciones partan de valores pequeos con el generador a

baja carga, alcanzando valores altos con potencia nominal.

Considerando estos antecedentes y los aproximadamente 19 aos

de operacin de las unidades de esta Central, se decidi

realizar una inspeccin detenida de todas las partes

constitutivas del generador, especialmente del estado del

aislamiento del bobinado estatrico, en base a las pruebas

de rutina de mantenimiento que se utilizan actualmente.

Por lo expuesto, la unidad NQ1 entr en mantenimiento mayor

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

el 24 del mismo mes y ao,

ESTADO DEL GENERADOR.-

Con el rotor desmontado, se realiz una inspeccin del

estator encontrndose las siguientes novedades:

1.- Contaminac ion con vapores de aceite hidrulico.

Se observ una contaminacin muy acentuada de todo el

estator con vapores de aceite hidrulico proveniente de

los cojinetes, especialmente en las cabezas inferioresdel bobinado y en los sectores con un mayor voltaje deoperac ion.

El aceite, en combinacin con el polvo del medio

Pag. 136

ambiente y con el carbn de las zapatas de frenado,

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

aislamiento del bobinado. Tambin se encuentra en

forma de depsito en los ductos de ventilacin del

nc leo.

El papel semiconductor de relleno lateral y los

rellenos bajo las cuas de ajuste del bobinado en lasranuras, se encuentran impregnados de aceite

hidrulico, situacin que puede afectar a la pintura

semiconductora de los bastones.

Se observ una cantidad significativa de cuas que han

absorbido aceite por capilaridad, presentando una

apariencia esponjosa, situacin que desmejora el ajustede los bastones en las ranuras.

2.- Efecto corona en los bobinados

En el sector del bobinado de mayor voltaje comprendidoentre 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 pinturasemiconductora, sitio en el cual debera existir el

traslape con la pintura graduadora, para eliminar la

concentracin de esfuerzos elctricos en esos puntos.

En la aplicacin 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 lnea de

luz ultravioleta en forma transversal a la bobina,

acompaado todo el fenmeno 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 .

Tambin 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 seales 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 sujecin del bobinado.

No se observaron desplazamientos de los rellenos bajo

las cuas ni de los separadores de bobinas en la

Pag. 138

seccin de ranuras.

4.- Ncleo magntico

Todo el laminado se encuentra en perfecto estado, no

existe deformacin ni ondulacin de las lminas de

ningn paquete, as como presencia local izada de

decoloraciones indicativas de puntos calientes.

No se encontraron depsitos de polvo rojo de oxidacino desgaste del aislamiento interlaminar, ni presencia

de polvo amarillo, producto del desgaste del

aisl amiento de los bastones o de las cuas de ajustepor friccin con el laminado. Los parantes de soporte

del ncleo no presentan cor ros ion electroltica.

Los seguros de las tuercas de los pernos de presin se

encuentran en su posicin correcta, sin seales

indicativas de laminado flojo. De igual forma, losdedos y placas de presin no han sufrido

desplazamientos, por lo que los dientes del laminado se

encuentran intactos, sin fracturas o desprendimientos.

PRUEBAS ELCTRICAS DE DIAGNOSTICO DEL GENERADOR

Para realizar las pruebas de diagnstico del aislamiento, se

contrataron los servicios de la Empresa Mexicana LAPEM

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

Pag. 139

coordinacin con el personal tcnico del Inecel,

desarrollaron las siguientes pruebas en el generador:

ESTATOR.-

Resistencia de ais lamiente

% Factor de potencia a O.2Vf fi LVariacin del factor de potencia (Tip~up) y

Capacitancia (2,4,6,8 Kv)

Descargas parciales

Descargas a la ranura

Deteccin de imperfecc iones elect romagne ticas del

ncleo (El-CID)

Resistencia de aislamiento

Medicin 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 voltajede 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 absorcin y polarizacin

no inciden significativamente en la medicin.

PRUEBA H'

VOLTAJE DEPRUEBA

A LINEA

A GUARDAA TIERRA

T I E H F l M N )1/41/23/41L

34561

891G

RELACIN 0;i

I

1000 Vdc

FASE A

PASES B y CLECT

7G1100130016002500320C3800420048005000550060006500

K

2221220

2222

MC

1400220C26003200500054007600840096CO100001100012COO130004,06

21000 Vdc

FASE B

FASES A y C

LECT

600100013001400220027003200360041004500500055006100

K

21L

222i22i2222

MQ1200200C20002800440054006400720082009000100CO11200322004,35

31000 Vdc

FASE C

FASES A y B

LECT

6009501300150024002800340040045004800520058006200

K

2221222L

2222

W

12001900260030004800560068008000900096001040011600124004,16

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

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

Cuadro N6,l.l Resistencia de Aislamientodel generador N1 - Pi sayambo

Pag. 141

El valor mnimo de resistencia de aislamiento recomendado,

se determina por la siguiente frmula:'

Rm = Kv + 1 en M2

R = Resistencia mnima de aislamiento recomendada para31

el bobinado completo en Megaohmios, a 40C

Kv = Vo1 taje nomina 1 entre fases en Kv.

La Resistencia de aislamiento de una fase de un bobinado

trifsico, 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 correccin por temperatura,

con el valor de la resistencia mnima 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 mnima.

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

ms e 1 valor m nimo recomendado.

ANS/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

N D I C E DE POLA1IZACIOM4 , 0 64 . 3 54. 16

Cuadro N" 6.1.2 Resistencia de AisIamientoe ndice de Polarizacin - Pisayambo

El ndice de polarizacin, es decir la relacin entre los

valores de resistencia de aislamiento medidos a los 10 y 1

minuto, representa una buena indicacin del grado de

contaminacin del bobinado con la humedad. La norma

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

el ndice de polarizacin:

CONDICIN DEL BOBINADONorma 1

Hmedo

NDICE DE POLARIZACIN> 2

< 2

Los resultados de la resistencia de aislamiento y del ndice

de polarizacin 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

prdidas dielctricas que produce un si stema de ai s1ami ento

cuando se lo somete a esfuerzos de alto voltaje. Seencuentra 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 elevacin del voltaje de prueba, el valor del factor

de potencia t urnb in aumenta.

Con el voltaje de generacin fase-fase de 13.8 Kv de losgeneradores de esta Central, el factor de potencia del

aislamiento se obtuvo a un voltaje de prueba de 2 Kv, quecorresponde al 25% del Voltaje nominal fase-tierra. Para ladeterminacin 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 50363,2 40304,

20 10 i,3? 140

68,5 20 *5(4M,5 34

20 361,1330 1 , 1 5 3,42 362. 160

20 1360 10 ti.

LECT = Lectura del instrumentoK = Factor de multiplicacin

Cuadro N 6.1.3 Factor de Potencia del AislamientoGenerador N1- Pisayambo

Pag. 144

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

menor o igual al 2%.

3La Doble Engineering Company seala que es comn encontrar

valores de factor de potencia inferiores al 1% para un

voltaje de prueba del 25% del V^_ , e indica que el Tip-Upmximo permisible es 1% .

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

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

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

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

misma, se produce una descarga entre esos puntos,

presentndose pulsos de voltaje en los ext remos de 1

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

:

R.J. McGrath, F.J. Gryszkiewicz, "Power Factors and Radio-Influence Voltages for Generator-Stator Insulation", DobleEngineering Company, pg.9-1.2, 1990.

Pg. 146

ais[amiento.

FASE AKv2 , 4

4 , 1

Q t p C120

Bff

FASE BKv

, t>

Q ( p c )

FRECUENCIA 0,3 SHz 2202 KHz 9

!5

FASE CKv

1.72,0

5,0

Q(pC)1QC-28C20-500

FRECUENCIA 0,3 KZ 220Iz 9

SENSIBILIDAD 55 pC

Cuadro N6.5 Descargas ParcialesGenerador N1 - Pisa yambo

La prueba se realiz siguiendo el procedimiento descrito en

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

un capa c i Lor de acop1amiento de 1 nF .

Luego de Ja calibracin del equipo inyectando un pulso de

1000 pC, se fue incrementando el voltaje hasta la aparicin

de las primeras descargas, con el objeto de registrar el

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

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

para permitir la estabilizacin de las descargas; luego se

procedi a tomar datos de la carga aprente 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 patrn tpico de descargas externas/internas

que se producen en el aislamiento en la seccin 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 sealado, el espectro de descargas parciales de este

generador presenta a las descargas internas como las de menor

magni tud, y las espordicas 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 epxica o mica resina

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

valores mximos 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

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aislamiento cuestionable.

Los nive les de descargas parciales de este generador

mejoraron luego de colocar una capa fina de proteccin decorona sobre la superficie del aislamiento, a base de resina

epxica y polvo de mica. De igual forma, se desplaz el aire

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

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

buenas caractersticas dielctricas y de gran flexibilidad,

con el objeto de evitar la forma cin de ozono, por laionizacin del aire, en presencia de campos elctricos en la

superficie del aislamiento.

FASE AKv

2 , 03 , 04 , 05 , 06 , 07 , 03 , 9 . 0

Q ( p c )90

200-450550-900

800-26001600-40002500-6500

3500-110008000-17000

t ' R C U E N C U j . 6 K H z 183BI 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 BKv

2 , 53 , 04 , 05 , 06 , 07 , 08 , 09 , 0

Q p c )100

150-250300-650

800-18001500-50004500-^0005500-9500

6000-14000

mOiEfJCA , 7 5 K H z 2 0 08 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 2 , 3 K v

FASE CKv

2 , 33 ,04 , 05 , 06 , 07 , 08 , 09 , 0

Q ( p C )120-150

200-1 100400-1600500-18001200-40002500-60004 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 0fll 2 K E z 9

S E N S I B I L I D A D 2 0 p CV . l . D . 1 1 0 - t 5 G h 2 ,3 Kv

V . E . D . 2 0 A 2 t [ K v

Cuadro N 6.1.6 Descargas ParcialesGenerador N1 Pisayambo, luego de las reparaciones

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