Refrigeración de grandes alternadores sincrónicos para turbinas hidráulicas

1. Refrigeración de grandes alternadores sincrónicos para turbinas hidráulicas • El circuito de refrigeración está estudiado con particular cuidado para obtener la máxima uniformidad de temperatura en las distintas partes del alternador, asimismo con las mínimas pérdidas de ventilación. • Los refrigeradores están montados en la parte externa del estator.

3. Detalle del circuito de refrigeración

4. Turboalternadores refrigerados por hidrógeno • La velocidad de rotación de un turboalternador de 60 Hz es de 3600 v.p.m. o si es de cuatro polos 1800 v.p.m. • Las pérdidas por ventilación a 3600 v.p.m. son superiores en un orden del 60% de las que se producen a 3000 v.p.m. razón por la cual el empleo del hidrógeno presenta algunas ventajas.

5. Densidad 14,4 veces menor que la del aire (menores pérdidas por ventilación 1/10 a 1/12) Conductividad térmica 7 veces mayor (mejor utilización de los materiales activos) Viscosidad 2 veces menor Coeficiente de transmisión del calor 1,35 veces mayor. Ausencia de polvo y humedad La sobrepresión del hidrógeno en el interior de la máquina puede alcanzar 2 kg/cm2 o más, dependiendo de la eficacia de los órganos de estanqueidad. El poder refrigerante del gas aumenta con el incremento de la presión Propiedades físicas comparadas con el aire

6. Ventajas • La vida de los aislantes de los devanados de alta tensión es mayor por no haber oxígeno, que en presencia de efluvios provoca la formación de agentes corrosivos. • Debido a la reducida densidad del gas, el zumbido provocado por el sistema de refrigeración disminuye.

7. Otras consideraciones • La pureza del hidrógeno en el interior debe ser superior al 95%, no obstante debe considerarse la posibilidad de que se formen mezclas explosivas hidrógeno-aire. • Las operaciones de llenado y vaciado de la máquina, los equipos de regulación de pureza, presión y humedad, como así también los elementos de seguridad y señalización, incrementan el costo de la máquina comparada con máquinas refrigeradas por aire.

8. Además del empleo de hidrógeno, el enfriamiento directo de los conductores ha permitido lograr el incremento de la potencia unitaria de los turboalternadores, evacuando el calor directamente del cobre, en lugar de disiparlo a través del aislamiento. Se tiene un menor salto de temperatura entre el cobre y el hierro, permitiendo de este modo alcanzar longitudes del paquete magnético crecientes, requeridas por las mayores potencias. El enfriamiento directo se obtiene formando los devanados con conductores huecos por los que se hace circular el fluido refrigerante.

9. Detalle de la refrigeración a hidrógeno dentro de los conductores huecos

10. Tipo de ventilación en función de la potencia • La figura muestra para distintos rangos de potencia, los distintos tipos de refrigeración utilizados por un fabricante de reconocido prestigio.

11. Detalle constructivo del arrollamiento estatórico a doble estrato de grandes alternadores.

12. Transposiciones • Las barras están constituidas por planchuelas de cobre electrolítico trafilado y recocido, revestidas cada una de ellas con hilo de vidrio y una resina. Las planchuelas son de pequeño espesor para reducir las pérdidas por adensamiento de la corriente, y transpuestas en el tramo de la ranura con el sistema Roebel para eliminar las pérdidas por corrientes de circulación. • Se observa el refuerzo del aislamiento en los puntos de transposición.