20-28m499 nuevo turboalternador refrigerado por aire de la clase 300 mva
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frigerados por aire son ms cortos y por
tanto aumenta la disponibilidad, especial-
mente porque dejan de ser necesarias las
complejas operaciones de limpieza con
dixido de carbono antes de abrir la m-
quina y las operaciones de llenado con hi-
drgeno antes de volver a poner al mqui-
na en servicio. Todas estas razones se tra-
ducen en el hecho de que la utilizacin de
alternadores refrigerados por aire, consi-
derada a lo largo de toda su vida til, tiene
ventajas econmicas en la mayora de los
casos, a pesar de que el rendimiento es
un poco ms bajo que el de la refrigera-
cin por hidrgeno.
La figura muestra el incremento de
potencia de los turboalternadores de ABB
refrigerados por aire durante los cuatro l-
timos decenios. Los turboalternadores re-
frigerados por aire, con potencia unitaria
de 90 MVA, estaban ya en servicio a prin-
cipios de los aos setenta. En 1984 se
puso en servicio una mquina de 188 MVA
[1, 2] y en 1993 se conect a la red el pri-
mer alternador de 225 MVA.
La evolucin, sin embargo, no se ha
detenido, porque ABB Kraftwerke AG ha
conseguido alcanzar e incluso superar el
umbral de los 300 MVA con un nuevo tipo
de alternador. Este objetivo fue alcanzado
dentro del proyecto de desarrollo TOPAIR,
recientemente terminado.
Para aumentar la potencia mxima con
refrigeracin por aire hasta ms de 300
MVA, no ha bastado simplemente con au-
mentar las principales dimensiones del al-
ternador, sino que ha sido necesario per-
feccionar distintos componentes cons-
tructivos y ampliar el acreditado sistema
de refrigeracin de ABB. Adems hubo
que realizar numerosos ensayos y comple-
jos clculos para optimizar el circuito de
refrigeracin. Esto ha permitido seguir
aplicando la acreditada refrigeracin axial
del rotor y la robusta refrigeracin estatri-
ca indirecta. Los ensayos de la mquina
prototipo de 300 MVA han terminado ya
con xito.
Vas para aumentar la
potencia de los alternadores
refrigerados por aire
La potencia S de una mquina elctrica
puede expresarse por la funcin si-
guiente:
1
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urante la historia ya casi centenaria
del turboalternador, la potencia unitaria ha
ido siempre aumentando. A mediados de
siglo se pas de emplear aire a utilizar flui-
dos de refrigeracin ms eficaces, como el
hidrgeno e incluso el agua, para la refri-
geracin directa de los devanados. Sin
embargo, han continuado producindose
avances en los alternadores refrigerados
por aire, debidos en buena parte a los pro-
gresos conseguidos en las turbinas de gas
que sirven fundamentalmente para el ac-
cionamiento de estos alternadores.
El aire es el medio de refrigeracin ms
fcil de manejar, pero su capacidad de re-
frigeracin es ms bien baja. El hidrgeno,
por ejemplo, tiene una conductibilidad tr-
mica siete veces ms alta y su densidad
es diez veces menor que la del aire a la
misma presin absoluta, y esto con idnti-
ca capacidad trmica especfica por uni-
dad de volumen. En contrapartida, la
construccin de alternadores refrigerados
por hidrgeno es ms compleja que en el
caso de refrigeracin por aire, ya que
exige una envoltura resistente a la presin,
sistemas especiales de estanqueidad e
instalaciones suplementarias para la pre-
paracin del gas refrigerante. La refrigera-
cin por aire tiene ventajas en cuanto a
costes de inversin, a pesar de que para
la misma potencia se precisa mayor volu-
men de construccin. Adems, el mante-
nimiento de estas mquinas es ms senci-
llo y ms barato. Las operaciones con el
hidrgeno requieren de un personal forma-
do especialmente para ello; adems, los
tiempos de revisin de los alternadores re-
Nuevo turboalter-nador refrigeradopor aire de laclase 300 MVAEl desarrollo profundizado de construcciones y principios de refrigeracin
ya acreditados ha permitido conseguir turboalternadores refrigerados por
aire de una clase de potencia que hasta hace algunos aos estaba reserva-
da exclusivamente a la refrigeracin por nitrgeno. De todas maneras se ha
conservado la eficaz ventilacin axial del rotor y la robusta refrigeracin in-
directa de los devanados estatricos. Hay que mencionar especialmente el
excelente rendimiento conseguido. El turboalternador de 300 MVA, en su
versin de 50 Hz, tiene un rendimiento slo 0,1 a 0,2% menor que un al-
ternador refrigerado por hidrgeno. A 60 Hz la reduccin es de 0,2 a 0,4%,
debido a las mayores prdidas de ventilacin. Generalmente, estas prdi-
das ligeramente superiores, que se deben a la refrigeracin por aire, se
compensan con los menores costes de inversin y mantenimiento, de modo
que el uso de alternadores refrigerados por aire normalmente trae consigo
ventajas econmicas.
D
Dr. Carl-Ernst Stephan
Jrgen Baer
Hans Zimmermann
Prof. Dr. Gerhard Neidhfer
Dr. Roland Egli
ABB Kraftwerke AG
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S = k D2 L B A n
donde:
k constante
D dimetro del rotor
L longitud activa
B induccin en el entrehierro
A densidad especfica de corriente
n velocidad de rotacin
Desde el punto de vista del aprovecha-
miento magntico ya no es posible au-
mentar la induccin en el entrehierro. Tam-
bin puede excluirse un aumento sensible
de la densidad especfica de corriente, de-
bido a las limitaciones de la refrigeracin
por aire. Por el contrario, las dimensiones
permiten conseguir un notable aumento
de la potencia. Si, por ejemplo, se aumen-
tan un 10% el dimetro del rotor y la longi-
tud activa, conservando el grado de esbel-
tez, la funcin vista ms arriba da como
resultado una potencia 33% mayor, su-
puesta una potencia constante por unidad
de volumen. Partiendo de la potencia
mxima posible hasta ahora, de 225 MVA,
slo con este mtodo se pueden conse-
guir cerca de 300 MVA.
Al mismo tiempo que las dimensiones
principales aumentan linealmente, tambin
crece el espacio de ranuras, donde puede
colocarse ms cobre de devanado. El au-
mento de densidad de corriente, sin em-
bargo, est limitado por el calentamiento.
Aumentar las dimensiones de las mqui-
nas de mayor potencia disponibles actual-
mente tiene como consecuencia una
mayor tensin nominal y, por tanto, un ais-
lamiento estatrico de mayor espesor, lo
que hace mucho ms difcil la refrigeracin
indirecta de las barras de devanados.
El mayor dimetro del rotor aumenta
notablemente las prdidas por ventilacin.
De este modo, las prdidas por rozamien-
to superficial, que constituyen una parte
considerable de las prdidas por ventila-
cin y tambin de las prdidas globales,
aumentan segn la cuarta potencia del
dimetro del rotor y la primera potencia de
la longitud activa. Para conseguir una po-
tencia unitaria lo ms alta posible era por
tanto necesario aplicar medidas suple-
mentarias para reducir las prdidas y me-
jorar la refrigeracin.
Por otra parte, al aumentar el dimetro
del rotor crecen mucho las solicitaciones
mecnicas. Las fuerzas centrfugas en el
rotor provocan la aparicin de mayores so-
licitaciones mecnicas en los dientes y en
los devanados y abrazaderas. En el estator
tambin aumentan las fuerzas magnticas
ejercidas sobre el paquete de chapas y
sobre las cabezas de bobinas. Estas con-
secuencias obligan a aplicar un conjunto
de medidas con objeto de conseguir, en la
medida mencionada, un salto de potencia
de los alternadores refrigerados por aire.
Seleccin de problemas concretos
y soluciones constructivas
El aumento de potencia unitaria y su mejor
utilizacin traen consigo algunos proble-
mas especiales, principalmente en cuanto
a las prdidas elctricas suplementarias, a
las fuerzas mecnicas, a la eficacia trmi-
ca de la ventilacin de la mquina y a las
prdidas por ventilacin.
Prdidas elctricas
suplementarias
Placas de sujecin del estator
La intensa utilizacin elctrica provoca
prdidas suplementarias, parcialmente en
la parte frontal del estator. En los turboal-
ternadores ABB de la gama inferior de po-
tencia se utilizan desde hace mucho tiem-
po placas de sujecin de aluminio macizo
en los tipos de mquinas refrigerados por
aire e indirectamente por hidrgeno. Para
las potencias ms altas se utilizan placas
de sujecin en lminas. La figura mues-
tra el campo magntico en la parte frontal
de un alternador equipado con una placa
de sujecin de aluminio. Se puede recono-
cer claramente el efecto de pantalla del
material, buen conductor, que mantiene
bajas las prdidas en la placa de sujecin.
Los detallados clculos realizados han de-
mostrado que esta solucin es tambin
ptima para una mquina refrigerada por
aire de la potencia mencionada. El calen-
tamiento medido en la placa de sujecin
durante los ensayos, respecto del aire re-
frigerante circulante, fue menor que 30 K
2
Aumento de la potencia unitaria de los turboalternadoresABB refrigerados por aire
S Potenciaa Ao de entrada en servicio
1
300
200
100
0
a
MVA
1960 1970 1980 1990 2000
S
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con corriente de cortocircuito permanente,
segn la clase de aislamiento F (que co-
rresponde a una potencia nominal de 340
MVA); esto permite esperar que en explo-
tacin a plena carga tambin habr un pe-
queo calentamiento de este orden de di-
mensin. El calentamiento de la placa de
sujecin no supone en modo alguno un l-
mite prctico para la explotacin del alter-
nador en subexcitacin.
Dedos de sujecin
y zona final del paquete de
chapas estatricas
No es posible apantallar el campo magn-
tico en los dedos de sujecin de los dien-
tes estatricos del mismo modo que en la
placa de sujecin . Por esta razn se
utiliza un material no ferromagntico, que
adems tiene una elevada resistencia
elctrica especfica; se trata del acero ino-
xidable 18/8. Con l se reducen al mnimo
las prdidas locales, y con ella el calenta-
miento. En los ensayos de marcha se
2
midi un calentamiento de menos de 25 K
en los dedos de sujecin, con corriente de
cortocircuito trifsica permanente segn la
clase de aislamiento F.
Se han estudiado con especial detalle
las zonas finales del paquete de chapas,
para determinar la graduacin ptima y la
posible necesidad de ranurar los dientes.
En la zona terminal de los dientes, la com-
ponente axial del campo magntico puede
provocar importantes prdidas por co-
rrientes de Foucault. Un detallado clculo
de estos campos ha permitido determinar
la longitud a partir de la cual los dientes
debern ser ranurados para mantener el
calentamiento local en un bajo nivel.
Devanado estatrico
El devanado esttorico se ha ejecutado
como devanado de barras Roebel en dos
capas. En caso de refrigeracin indirecta
las barras deben ser relativamente altas.
Para optimizar el dimensionado de la altu-
ra de las barras y el nmero de hilos ha
sido necesario realizar detallados estudios
sobre la posible necesidad de una trans-
posicin especial. Se estudiaron los distin-
tos tipos de transposicin buscando una
solucin econmica para las prdidas y
para los costes de fabricacin [3].
Efectos mecnicos y ruido
Cabeza de bobina estatrica
Para la misma concepcin constructiva de
la cabeza de bobina, el aumento del di-
metro reduce las frecuencias propias de
las vibraciones en cuatro nudos, las cuales
pueden aproximarse a la frecuencia doble
de la corriente estatrica que provoca las
vibraciones en cuestin. Adems, las fuer-
zas electrodinmicas aumentan notable-
mente durante las perturbaciones, por
ejemplo en caso de cortocircuito de cho-
que. Por eso fue necesario un soporte de
cabeza de bobina estatrica ms rgido.
La figura muestra la construccin ya re-
alizada, que permite adems un reajuste
posterior. Esta solucin ha demostrado su
eficacia desde hace ya tiempo en grandes
turboalternadores con devanado estatri-
co refrigerado por agua. Entre los angula-
res de soporte dispuestos perimetralmen-
te y las barras se encuentran los elemen-
tos para el posterior ajuste, constituidos
por conos dobles. Los angulares de so-
porte, por su parte, estn fijados por dos
anillos exteriores. Para ajustar la cabeza
de bobina se aprieta sta contra un anillo
interior, quedando as fijada. Finalmente se
introducen distanciadores entre las barras
del devanado. Una serie de paquetes de
resortes, montados entre el paquete de
chapa y el conjunto de cabezas de bobi-
na, impiden que stas se desplacen late-
ralmente.
Es fundamental encontrar un compro-
miso entre las necesidades de la fijacin
mecnica y la refrigeracin. Unos anillos
de soporte demasiado grandes impediran
la circulacin de aire de refrigeracin en la
cabeza de la bobina; por el contrario, un
anillo de soporte demasiado pequeo no
cumplira su funcin.
Para construir la cabeza del devanado
se precisaron complejos clculos para de-
terminar las solicitaciones mecnicas que
se producen en caso de perturbaciones.
Adems, era necesario predecir con la
3
Campo magntico en el espacio frontal del estator. Se reconoce claramenteel efecto de pantalla del material, buen conductor, de las placas de sujecin.
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mayor precisin posible la frecuencia pro-
pia de las vibraciones en cuatro nudos de
la cabeza de bobina. La figura muestra
a ttulo de ejemplo la forma propia calcula-
da. Los resultados permitieron proceder al
dimensionamiento de detalle.
Para determinar las frecuencias y las
formas propias se aplic el anlisis modal
experimental. Al acelerar y frenar el alter-
nador en el banco de ensayos se determi-
n la posicin de la resonancia o la corres-
pondiente frecuencia propia, siempre en
cortocircuito permanente y en estado ex-
citado de marcha en vaco. Tal como se
esperaba, las frecuencias propias estaban
lo suficientemente alejadas del valor doble
de la frecuencia nominal de la corriente. El
examen final del alternador, una vez termi-
nados los ensayos de cortocircuitos de
choque, no pudo descubrir dao alguno
en el conjunto de la cabeza de devanado o
en los otros componentes solicitados me-
cnicamente.
Suspensin del paquete
de chapas estatrico
El mayor dimetro de la culata del paquete
de chapas reduce la frecuencia propia de
la vibracin de cuatro nudos, incluso en
caso de aumento lineal de su altura. Las
vibraciones del paquete de chapas, refor-
zadas, produciran una mayor emisin de
ruidos de estructura slida a travs de la
envoltura del estator.
Con una construccin de soporte espe-
cialmente elstica se puede separar el pa-
quete de chapas y la envoltura. La figura
muestra la solucin aplicada en este
tipo de alternador. Los anillos, dispuestos
alrededor del paquete de chapas y solda-
dos con l, disponen de placas de fijacin
a ambos lados que actan como resortes
de hojas. Una vez bajado el cuerpo de
chapa hasta la parte inferior de la envoltu-
ra, se fijan los resortes de hojas sobre ste
por medio de piezas tubulares cortas, sol-
5
4
1
2
3
Soporte de la cabeza de bobina,que permite el reajustedel conjunto.
1 Anillos de soporte exteriores2 Dispositivo de reajuste3 Anillo de soporte interior
3
Forma propia calculada de la vibracin de cuatro nudos de la cabezade bobina estatrica
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dndose sucesivamente los extremos de
los tubos. Estos trabajos de soldadura
tambin pueden realizarse desde el exte-
rior, lo que reduce el riesgo de suciedad
durante el montaje. Aunque est constitui-
da por dos partes, la envoltura tiene una
gran rigidez.
Reduccin de ruido
La suspensin elstica del paquete de
chapas produce una notable reduccin de
los ruidos de estructura slida. De hecho,
la reduccin a la mitad de la amplitud de
las vibraciones atena el ruido en 6 dB.
La mayor parte del ruido de la mquina
es ruido areo [4], producido fundamental-
mente por los ventiladores y por el rotor
autoventilado. Debido al incremento de los
dimetros, los ruidos aerodimmicos del
nuevo tipo de alternador seran muy fuertes
si no se tomaran las medidas oportunas.
Por eso se han dispuesto amortiguadores
acsticos especiales en las zonas finales
de la envoltura, que absorben los sonidos
areos y reducen la propagacin hacia el
exterior. Las pequeas aberturas y los in-
tersticios que permiten el paso sin dificulta-
des del ruido al exterior tendran un efecto
especialmente desfavorable, por eso se ha
tenido gran cuidado en hacer la envoltura
lo ms estanca posible al sonido.
Los ensayos de marcha del prototipo
han demostrado la eficacia de estas medi-
2
1
3
2
1
Conduccin del airede refrigeracin en el alternadorde nuevo desarrollo
1 Cmaras en el estator2 Ranuras de base del rotor3 Refrigerador
flechas azules Aire froflechas rojas Aire caliente
Suspensin elstica del paquetede chapas en la envoltura.Los anillos (1), colocados alrededordel paquete de chapas y soldadoscon ste, disponen a ambos ladosde una placa de fijacin (2)que acta como resortes de hojas.
6
5
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das. A la velocidad y a la tensin nomina-
les, el nivel acstico medido segn DIN
45635 alcanz 94 dB (A), casi idntico al
medido durante la marcha puramente me-
cnica. Este resultado prueba claramente
que las vibraciones del paquete de chapas
tienen lugar en su mayor parte sin afectar
a la envoltura.
Ventilacin y refrigeracin
El nuevo tipo de alternador se basa funda-
mentalmente en algunos progresos del
probado sistema de refrigeracin y en la
correspondiente optimizacin del sistema.
Fue necesario hacer detalladas investiga-
ciones, tanto tericas como experimenta-
les en el laboratorio de flujo. Las noveda-
des son de un lado la reduccin de prdi-
das de ventilacin [5] y del otro la ventajosa
configuracin del circuito de refrigeracin y
la ventilacin mejorada de los componen-
tes del alternador con prdidas. En la figu-
ra puede verse el esquema de refrigera-
cin con la circulacin de aire elegida.
Sistema de refrigeracin
y calentamientos
En el rotor, los conductores del devanado
de excitacin han sido ejecutados como
perfiles huecos refrigerados axialmente. Al
abandonar los ventiladores, el aire pasa
por debajo de ambas abrazaderas del
rotor. Una parte del aire de refrigeracin
penetra por ambos lados en la zona de
cabezas de bobinas, atraviesa los conduc-
tores huecos y abandona el rotor por la ra-
nura situada en la base. Al contrario de lo
usual en los turboalternadores de ABB re-
frigerados por aire, la refrigeracin por aire
en la parte activa tiene lugar en dos sec-
ciones por cada mitad de la mquina, en
lugar de en una sola seccin. Una parte
del aire refrigerante penetra por debajo de
la abrazadera directamente hasta los con-
ductores de ranuras y abandona el rotor
despus de un determinado recorrido. La
segunda seccin est alimentada por aire
fro que entra por una ranura situada de-
bajo del devanado y sale por el centro de
la mquina. Las relaciones entre distancias
se han seleccionado para conseguir una
distribucin lo ms homognea posible de
la temperatura en el devanado. Este con-
cepto se utiliza ya con xito en los turboal-
6
ternadores refrigerados por hidrgeno de
la gama superior de potencias.
En el estator, el paquete de chapas
est subdividido en varios paquetes para
la ventilacin y la refrigeracin; entre ellos
se forman con distanciadores numerosas
ranuras de refrigeracin. El aire circula ra-
dialmente por las ranuras, agrupadas en
cmaras, alternativamente de fuera a den-
tro y de dentro a fuera. El sistema de refri-
geracin ha sido optimizado respecto de
las mquinas anteriores, ms cortas, al
habrsele aadido varias cmaras. Gra-
cias a esta medida y a la distribucin del
escape de aire del rotor se obtiene una
distribucin muy homognea de la tempe-
ratura en el devanado estatrico y en el
paquete de chapas . Las temperaturas7
medidas durante los ensayos de marcha
han confirmado la correccin de los valo-
res previamente calculados.
Estudios especiales de fluidos
En los turboalternadores refrigerados por
aire, las prdidas de ventilacin representan
una parte importante de las prdidas tota-
les. Por tanto, se hubieron de aplicar las
medidas adecuadas al alternador de alta
potencia ya descrito para reducir el caudal
de aire refrigerante hasta el mnimo necesa-
rio y para concentrar en lo posible las prdi-
das de carga sobre las secciones a refrige-
rar. La cuidadosa concepcin aerodinmica
de la circulacin del aire ha permitido reducir
an ms las prdidas por ventilacin.
100
50
150
C
T
Temperatura de clculo en el estator
azul Aire froverde Aire fro en el entrehierrorojo Devanado estatrico
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Cada vez con ms frecuencia se renen
los circuitos de refrigeracin de las mqui-
nas elctricas en redes de flujo. Basndo-
se en los repartos de flujo de refrigeracin
calculados de este modo se puede deter-
minar la temperatura previsible de los
componentes sujetos a prdidas. Los re-
sultados de los clculos, sin embargo,
slo son precisos si se conocen los par-
metros del modelo de clculo. En un siste-
ma de ventilacin con varias cmaras es-
tatricas y varias zonas de salida del rotor,
el entrehierro de la mquina es una zona
difcil de controlar tericamente, desde el
punto de vista del movimiento de fluidos,
puesto que en este sistema los nmeros
de Mach pueden llegar a 0,7. Con el fin
de conseguir unas bases de clculo ms
precisas se ha construido un modelo de
rotor-estator para realizar estudios ex-
perimentales en el laboratorio de mecni-
ca de fluidos. El modelo ha sido construi-
do conservando la analoga de Reynolds y
de Mach en el entrehierro, pero con un
radio de curvatura diferente. El rotor tiene
un dimetro de 400 mm y gira a una velo-
cidad de hasta 10 500 min-1.
La configuracin del modelo ha permiti-
do ajustar todos los casos de corriente
que se presentan en el entrehierro. Permi-
te, por ejemplo, modelizar la salida del aire
refrigerante de la cabeza de bobina del
rotor, as como la salida del aire en la parte
activa. Durante los ensayos efectuados en
el modelo se determinaron experimental-
mente los flujos parciales de las distintas
circulaciones. La medicin de las prdidas
de carga permiti construir funciones de
coeficientes de resistencia destinadas a si-
mular la red de corriente de aire.
8
1
STGT
a
32
1
ST
b
2
Variantes de disposicionesdel alternador
GT Turbina a gasST Turbina a vapor
1 Salida de bornes2 Anillo colector3 Acoplamiento para el accionamiento
a ambos lados en caso de explotacin combinada (opcional)
9
Modelo de rotor/estator para ensayos de corriente 8
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Otras particularidades
constructivas
En el proyecto de desarrollo se han intro-
ducido otras soluciones constructivas es-
peciales, en parte especficas de este tipo
de alternadores y en parte con valor ms
general. Al contrario de lo usual en tipos
constructivos anteriores con refrigeracin
de aire, los conductores de excitacin del
rotor han sido fabricados como perfiles
huecos dobles para responder a las eleva-
das fuerzas centrfugas, una tcnica ya
puesta a prueba en grandes rotores refri-
gerados por hidrgeno. El segundo ejem-
plo es el nuevo acuado de las ranuras del
estator: los acuados dobles de forma es-
pecial garantizan una precompresin pre-
cisa sobre el relleno de ranuras; adems
son reajustables y admiten intervalos me-
nores entre revisiones y mayores intervalos
entre reajustes.
La nueva serie
de mquinas
La serie de turboaltenadores de nuevo de-
sarrollo WX/WY23 (Tabla 1) con refrigera-
cin por aire cubre la gama superior de
potencias, de 200 a 350 MVA, completan-
do as la serie del tipo 21, construida
desde hace ya mucho tiempo. Estos alter-
nadores se utilizan en las nuevas turbinas
de gas GT24 y GT26, pero tambin en ac-
cionamientos con turbinas de vapor. Se
suministran las dos variantes representa-
das en la figura . Ya se han registrado
los primeros encargos.
xito del ensayo de marcha
del prototipo
Durante el verano de 1995 el primer alterna-
dor de esta serie super con xito numero-
sos ensayos de marcha, tanto de tipo como
de desarrollo . Se pusieron a prueba
sobre todo los aspectos siguientes:
medida de la caracterstica de marchade vaco y de cortocircuito,
determinacin del calentamiento de losdevanados y de las prdidas,
cortocircuitos de choque en marcha envaco y en precarga, de un lado para
determinar las reactancias y las cons-
tantes de tiempo (tambin en el eje
transversal) y del otro para establecer
la resistencia a los cortocircuitos,
10
9
cortocircuito permanente bipolar paradeterminar la reactancia y la resistencia
inversas,
medidas en parada para determinar lasreactancias subtransitorias en los ejes
longitudinal y transversal,
medidas suplementarias de la tempera-tura de las placas y dedos de sujecin
en los anillos y conexiones del devana-
do estatrico, as como del aire de re-
frigeracin en distintos puntos del alter-
nador,
medidas de la presin para comprobarla distribucin del aire refrigerante,
medidas de las vibraciones mecnicasdel rbol y de los soportes de cojine-
tes, del paquete de chapas y de la en-
voltura, as como de las cabezas de
bobinas estatricas,
medidas del ruido para determinar elnivel acstico.
Para los ensayos de marcha se montaron 70
sensores de vibraciones, 80 puntos de me-
dicin de la presin y 200 puntos de medi-
cin de la temperatura. Estos ensayos de
marcha sern objeto de un informe especial.
El prototipo ha satisfecho plenamente
todas las exigencias e incluso ha sobre-
Tabla 1:Datos tcnicos de los nuevos turboalternadores refrigerados por aire
Serie constructiva WX23Z/WY23Z
Gama de potencia 200...310 MVA /clase B200...350 MVA /clase F50 Hz, cos = 0,8
200...280 MVA /clase B200...340 MVA /clase F60 Hz, cos = 0,85
Tensin 15,75 ... 21 kV segn la potencia y la frecuencia
Velocidad 3000 min1 a 50 Hz3600 min1 a 60 Hz
Excitacin esttica
Normas CEI (ejecucin normal 50 Hz)ANSI (ejecucin normal 60 Hz)
Las potencias indicadas se refieren a una temperatura de entrada del airede refrigeracin de 40 C.
Tabla 2:Datos tcnicos del prototipo
Potencia nominal MVA 300/clase B 1)
Tensin kV 19Frecuencia Hz 50Factor de potencia/sobreexcitado 0,8Rendimiento 2) Carga 4/4 % 98,75
Carga 3/4 % 98,57Relacin cortocircuito-marcha en vaco 2) 0,51Reactancia transitoria xd
3) p.u. 0,21Reactancia subtransitoria xd
3) p.u. 0,17
1) Temperatura del aire fro 40 C, Norma CEI2) Determinado por mediciones, rendimiento segn el procedimiento
de prdidas individuales3) Valores de medicin en estado no saturado
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pasado algunas expectativas. Esto es v-
lido tanto para la suavidad de marcha y
para las vibraciones como tambin para el
calentamiento y las prdidas. En la Tabla
2 se indican los datos nominales del pro-
totipo y algunos valores de medicin im-
portantes. Hay que mencionar especial-
mente el excelente rendimiento, ligera-
mente inferior al de los alternadores
refrigerados por hidrgeno. Durante la
marcha en plena carga a 300 MVA, el ca-
lentamiento, calculado con los calenta-
mientos parciales, medidos y supuestos,
en marcha en vaco y en marcha en corto-
circuito, estar por debajo del lmite de la
clase de aislamiento B.
Tomando como base los conocimientos
disponibles y algunas novedades, por
ejemplo sobre el aislamiento de devana-
dos estatricos [6], se pueden entrever ya
hoy en da posibilidades de aumentar an
ms la potencia de los alternadores refri-
gerados por aire.
Bibliografa
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ternateurs refroidis lair de 18 130 MVA,
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[6] Stephan, C.-E.; Liptk, G.; Schuler, R.:
Micadur-Plus, nuevo sistema de devanados
estatricos de mquinas elctricas. Tcnica
ABB 8/95, 2834.
Direccin de los autores
Dr. Carl-Ernst Stephan
Jrgen Baer
Hans Zimmermann
Prof. Dr. Gerhard Neidhfer
Dr. Roland Egli
ABB Kraftwerke AG
CH-5242 Birr, Suiza
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Prototipo de potencia nominal 300 MVA en el banco de pruebas 10
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