Hidrogeneradores

NISHI actúa en el mantenimiento, fabricación de componentes y consultoría especializada para la evaluación del sistema de aislamiento de las máquinas eléctricas. Cuenta con un personal técnico multidisciplinar para la evaluación de los equipos y la planificación de intervenciones programadas y correctivas. Está especializada en el mantenimiento de generadores hidroeléctricos de todos los tamaños y potencias, consolidando su experiencia en la fabricación de barras y bobinas de media y alta tensión.

Los fallos eléctricos son el principal riesgo asociado a los generadores hidroeléctricos. Los fallos de aislamiento, las averías eléctricas y las condiciones anormales de funcionamiento pueden provocar daños importantes en el estator, el núcleo y los devanados del rotor.

Los hidrogeneradores también están sujetos a fallos mecánicos, como daños en los rodamientos, falta de lubricación y baja eficiencia en el sistema de refrigeración, agrietamiento de la estructura del estator y deformación de los polos del rotor.

Los fallos eléctricos y mecánicos pueden causar graves daños al generador y provocar efectos en cascada, como incendios de aceite lubricante e inestabilidad del sistema eléctrico, que pueden afectar a otros generadores.

El funcionamiento y el mantenimiento de acuerdo con las instrucciones del fabricante evitan las pérdidas, pero deben observarse las recomendaciones complementarias basadas en los siguientes factores:

• Inspecciones visuales;
• Historia operativa;
• Disponibilidad de la máquina;
• Resultados de las pruebas eléctricas
• Resultados de la monitorización del estado;
• Historial de fracasos;
• Alertas de equipos;
• Historial de mantenimiento;
• Informe previo de desmontaje;
• Exposición a condiciones de funcionamiento severas o anormales;

Los modos de fallo más comunes en los generadores de CA están relacionados con el estator, el núcleo y el rotor.

STATOR
Los fallos en los devanados del estator se producen cuando la pared aislante o el aislamiento entre espirales falla y permite que se produzca un cortocircuito.

Los fallos por deterioro térmico se producen cuando el generador funciona a temperaturas superiores a la capacidad térmica del aislamiento del devanado del estator. Los problemas de aislamiento provocan la deslaminación de las capas de cinta de mica del aislamiento. Se producirá una fricción entre los conductores sueltos que dañará el aislamiento, lo que dará lugar a cortocircuitos eléctricos. La deslaminación de las capas de la cinta de mica también crea huecos en el aislamiento en los que puede producirse una actividad de descarga parcial y, finalmente, erosionar una cavidad en el aislamiento provocando un cortocircuito.

Las causas del deterioro térmico incluyen:

1. Sobrecarga del generador;
2. Mal diseño o fabricación;
3. Intercambio térmico deficiente causado por una temperatura ambiente elevada, filtros de aire obstruidos, tubos del intercambiador de calor atascados y obstrucción de los conductos de refrigeración del generador y de los respiraderos;
4. Funcionamiento con sobreexcitación y subexcitación del generador de forma continua;
5. Corrientes de secuencia negativa causadas por el desequilibrio de fase de las corrientes del estator;
6. Altos armónicos en el sistema eléctrico que contribuyen a un mayor calentamiento en el estator y el núcleo.

• Descarga parcial

La actividad de las descargas parciales en el aislamiento tiende a contribuir a la evolución de los huecos presentes en el aislamiento. Con el tiempo, pueden crear suficiente tensión para debilitar el devanado hasta que se produzca un posible cortocircuito.

• Corona

El efecto corona es un tipo de descarga parcial que se produce en la superficie del bobinado, en la salida de la ranura y en la cabeza de las bobinas, especialmente entre las bobinas de fase.

• Ciclo de trabajo

O ciclo de carga causa falha de isolamento como resultado da diferença na expansão térmica entre o condutor de cobre do estator e a parede isolante. O cobre se expande mais rápido do que a parede isolante e resultará em uma tensão de cisalhamento axial entre o isolamento da parede isolante e o condutor de cobre. Com ciclos de carga repetitivos, o cobre eventualmente se separará do isolamento da parede de aterramento. A lacuna criada permitirá que a descarga parcial ocorra. A lacuna também permite que os condutores de cobre na barra se soltem e vibrem, levando a danos do isolamento.

• Barras do estator soltas

El ciclo de carga provoca el fallo del aislamiento como resultado de la diferencia de expansión térmica entre el conductor de cobre del estator y la pared aislante. El cobre se expande más rápido que la pared aislante y dará lugar a una tensión de cizallamiento axial entre el aislamiento de la pared aislante y el conductor de cobre. Con ciclos de carga repetitivos, el cobre acabará separándose del aislamiento de la pared de tierra. El hueco creado permitirá que se produzca una descarga parcial. El hueco también permite que los conductores de cobre de la barra se aflojen y vibren, provocando daños en el aislamiento.

• Barras del estator sueltas

Las barras del estator sueltas vibrarán radialmente en la ranura. Esto hace que el aislamiento se desprenda de la superficie de la ranura. El movimiento de la barra del estator en la ranura también genera una descarga en la ranura que, con el tiempo, se convierte en una descarga parcial cuando la capa de semiconductores de la barra del estator se desgasta. La descarga parcial acelerará el deterioro del aislamiento.

• Sobretensiones

Las sobretensiones debidas a los rayos, a los fallos eléctricos y a las conmutaciones harán que el aislamiento falle si se somete a una tensión superior a su capacidad de resistencia.

• Contaminación

Los generadores de CA refrigerados por aire suelen funcionar en entornos en los que están expuestos a contaminantes como el polvo, la niebla salina, la humedad y los productos químicos. Estos generadores abiertos son susceptibles de sufrir arcos voltaicos, erosión y ataques químicos como resultado de estos contaminantes.

• Núcleo

El núcleo del estator está hecho de láminas de acero. Estas laminaciones están aisladas entre sí para reducir la cantidad de corrientes parásitas que se inducen en el núcleo. Las corrientes parásitas generan calor y pérdidas en el generador. El deterioro del aislamiento interlaminar provocará un sobrecalentamiento y daños en el núcleo. Los daños pueden ser graves y pueden provocar daños en el bobinado.

ROTOR

El aislamiento del rotor consta de dos componentes: (1) el aislamiento entre el devanado del polo y el cuerpo del polo, y (2) el aislamiento entre hilos, que proporciona un aislamiento individual entre los devanados del bobinado del rotor para cada polo.

El aislamiento de los postes para los generadores pequeños y grandes suele ser el mismo. En las máquinas modernas, consiste en un laminado de vidrio aislante entre el bobinado y la zapata de los polos, que garantiza la rigidez dieléctrica y mecánica necesaria.

El aislamiento de la bobina en los generadores más pequeños consiste en el esmalte y el aislamiento de fibra de vidrio del conductor. En los generadores más grandes, el aislamiento en espiral consiste en un separador de material aislante colocado entre cada tira de cobre plana o tira de material aislante envuelta alrededor de las tiras de cobre.

• Conexiones defectuosas entre polos

Cada polo de un rotor de polos salientes está conectado en serie mediante conexiones interpolares atornilladas o desgastadas. Durante el funcionamiento, los polos del rotor se moverán uno respecto al otro, haciendo que las conexiones interpolares se rocen. Con el paso del tiempo, la fatiga mecánica puede provocar la rotura de las conexiones interpolares, dando lugar a un bobinado de campo abierto. Puede ocurrir incluso con conexiones interpolares laminadas flexibles.

• Fallo de aislamiento del rotor

También pueden producirse fallos en el devanado del rotor cuando el aislamiento de los polos o de la espiral falla y permite que se produzca un cortocircuito. Es posible que el generador siga funcionando con los devanados del rotor en cortocircuito. Las vueltas en cortocircuito también provocan un aumento de las vibraciones debido al campo magnético asimétrico.