Mediciones de tangente de delta en generadores síncronos

Abstract

El suministro de energía eléctrica es esencial en el desarrollo de la sociedad, en la actualidad la energía eléctrica es generada en centrales hidroeléctricas, termoeléctricas, eólicas y nucleares. Estas centrales generadoras producen energía eléctrica a partir de distintas materias primas y recursos naturales disponibles (Agua, combustibles fósiles, vapor del subsuelo, reacción nuclear, viento y sol). Todas estas tecnologías se basan en dos elementos para la generación de energía eléctrica, la turbina y el generador eléctrico. Ambos están unidos por medio de un eje que transmite la energía mecánica rotatoria de la turbina al generador para generar electricidad. Debido a que el generador eléctrico es un elemento clave en la generación de la energía eléctrica, su salida de servicio ocasiona problemas técnicos y pérdidas económicas. Los problemas más comunes que se presentan en los generadores eléctricos provienen de los diferentes elementos o sistemas que lo integran. El sistema de aislamiento eléctrico, el sistema de enfriamiento, sus partes mecánicas, principalmente las chumaceras, son los sistemas en lo que se observan mayor incidencia de falla. La razón principal por la que un generador eléctrico sale de servicio es a causa de falla en el sistema de aislamiento eléctrico En la Fig. A se muestra las principales causas de falla de un generador (Fuente: Instituto Politécnico Nacional de México). En la Fig. A se muestra las principales causas de falla de un generador (Fuente: Instituto Politécnico Nacional de México). El sistema de aislamiento está conformado por los aislamientos del rotor y del estator, estos deben soportar los esfuerzos térmicos y mecánicos cuando el generador eléctrico se encuentre en operación, así como los efectos ocasionados por agentes contaminantes externos como la humedad, polvo y partículas agresivas en los sistemas de enfriamiento. Para reducir el riesgo de una falla en el sistema de aislamiento en el generador eléctrico. es necesario considerar los siguientes puntos: Una operación adecuada, realizar evaluaciones periódicas (Diagnósticos periódicos) y realizar el mantenimiento requerido. Estos esfuerzos acarrean una degradación progresiva en los aislamientos pudiendo ocasionar su ruptura antes de lo esperado. Por lo tanto es necesario estudiar los factores que degradan los aislamientos para así poder determinar de una manera más exacta las propiedades eléctricas de cada material aislante. Dimensionar adecuadamente los niveles de aislamiento del dispositivo eléctrico a proteger en función de las necesidades a cubrir es la base para favorecer y prolongar el funcionamiento de dicho dispositivo eléctrico. El presente trabajo establece un procedimiento y criterio de mediciones de Tangente de Delta y Capacitancias y así diagnosticar el estado actual de los aislamientos del estator del generador. El propósito de un diagnóstico de esta clase es detectar defectos incipientes y determinar el grado deterioro que va sufriendo el sistema de aislamiento de cualquier generador eléctrico. Es importante indicar que los análisis derivados de estas mediciones son de tipo comparativo, por tanto es importante contar con valores de referencia y así evaluar la degradación en el tiempo. La prueba de tangente delta de un aislamiento, también denominada factor de disipación y, también, equivalente al factor de potencia, es una medida de las pérdidas dieléctricas del aislamiento. Su valor puede verse afectado por la humedad y suciedad en la superficie del aislamiento que permite una circulación de corriente a tierra a través de la superficie del mismo aumentando las pérdidas. El valor de tangente delta aumenta con las descargas parciales en el aislamiento. Por esta razón, se recomienda efectuar la prueba a dos valores de tensión, Esta forma de medición se conoce como “Tip-up” y es una medición indirecta de las descargas parciales. La capacitancia del devanado se reduce con la formación de huecos en el aislamiento y aumenta si este se satura con agua. La medición periódica de la capacitancia puede ser útil para determinar delaminación por sobrecalentamiento o contaminación con agua en el devanado. Para poder detectar cambios significativos en la capacitancia se necesita medirla con equipos de prueba con resolución de tres decimales. Para este informe se realizaron pruebas a máquinas rotativas, donde se analizaron básicamente los Generadores, lo cual constituyen una pequeñísima muestra de la amplia gama de máquinas eléctricas existentes. Para estas pruebas se realizaron con la maleta de pruebas OMICRON CPC1 00+CPTD1 +CP CRS00, éste equipo de prueba realiza mediciones de tangente de Delta o factor de potencia del aislamiento incluyendo también medición de la Capacitancia con una buena resolución de más de tres decimales y se pueden realizar ambas mediciones al mismo tiempo. El presente informe de suficiencia consta de cinco capítulos que se detallan a continuación: En el Capítulo I se desarrolla, con la finalidad de presentar de una manera clara y concisa los objetivos que motivaron a realizar el presente trabajo y a qué necesidad responde. Se definen también los alcances, limitaciones y la síntesis de este informe de suficiencia acerca de la medición de Tangente de Delta. En el capítulo II se presenta inicialmente la descripción sobre el funcionamiento del generador síncrono su clasificación y un resumen de los conceptos básicos sobre la constitución del aislamiento de los devanados y tipo de sistemas aislantes. En el Capítulo III se describe la teoría básica de Tangente de Delta, la teoría de aislamiento, su representación a través de un modelo y el diagnóstico de pérdidas dieléctricas a través de las mediciones de tangente de delta. En el capítulo IV se explica con detalle el procedimiento experimental que se lleva acabo para poder realizar las mediciones de tangente de delta, capacitancia y Tip-Up, además se hace una descripción de los equipos a usar para las mediciones, las cuales son tres maletas de prueba CPC 100, CP TD1 y la CPCR 500 de la marca Omicron Electronics En el Capítulo V se describe como se interpreta los resultados de la medición de Tangente de Delta, Capacitancia y Tip-Up para un generador síncrono de 11 MVA, para luego analizar las tendencias de dichas mediciones para después compararlas con la norma IEEE y con las recomendaciones de Doble engineering Company. Asimismo, se presentan las Conclusiones, Recomendaciones y la Bibliografía