Máquina síncrona

• Introducción
Las máquinas sÃ−ncronas como otras máquinas necesitan un control minucioso de determinadas
magnitudes para evitar fallos en su funcionamiento asÃ− como el deterioro de sus elementos.
Es de especial interés supervisar la temperatura en toda la máquina sobretodo en los aislamientos de los
bobinados, pues el deterioro de los aislantes podrÃ−a ocasionar cortocircuitos y con ello graves daños a la
máquina. Cómo en general es importante que los elementos de la máquina no se calienten excesivamente
controlaremos también las temperaturas y caudales en los intercambiadores de calor del sistema de
refrigeración.
En los devanados aparte de la temperatura deberemos asegurarnos de que no haya humedad, pues está
también podrÃ−a producir daños en sus aislantes. Por ello trataremos de que no haya fugas de agua en los
intercambiadores de calor controlando la humedad en la máquina mediante sensores.
Es necesario además controlar las presiones y temperaturas en los cojinetes, pues un sobrecalentamiento en
el aceite de su lubricación podrÃ−a ser peligroso, asÃ− como la falta de la propia lubricación.
Estas magnitudes deben ser vigiladas en todo momento con el fin de producir alarmas y/o disparos que nos
regularán el buen funcionamiento de la máquina.
• Medidas
2.1. Medidas de Temperatura
♦ Sondas Pt-100.
♦ Termopares.
♦ Termostatos bimetálicos
SONDAS Pt-100
En particular, los estándares de sensores de temperatura para instrumentación más tradicionales se basan
en la resistividad del platino, en el sensor conocido como "PT100". La precisión de estos instrumentos puede
llegar a la centésima de grado centÃ−grado.
Las sondas Pt-100 son un tipo de termo resistencia, que se basa en la variación de la resistencia eléctrica
de un material con la temperatura. Se diferencian dos tipos, los detectores metálicos (generalmente
denominados RTD) y los termistores. Los sensores RTD consisten en un hilo muy fino de un conductor (el
más utilizado es el platino), el cual presenta una resistencia que depende linealmente de la temperatura. En el
caso de la Pt100, con hilo de platino, su valor es de 100 Ω a 0° C. Esta resistencia se mide con un puente de
Wheatstone en conjuntos denominados de dos o tres hilos. Los circuitos de dos hilos unen directamente los
dos bornes de la sonda a uno de los dos brazos del puente, por lo que la longitud del cable de conexión entre
la sonda y el receptor influye en la precisión de la lectura. En el montaje de tres hilos esta influencia es
compensada, ya que dos de los tres hilos que unen la sonda de resistencia al puente se encuentran en brazos
opuestos del puente.
Los dos hilos que están unidos en el mismo terminal de la termorresistencia, tienen el recubrimiento del
mismo color. Cada hilo está sujeto con un tornillo de métrica 3mm, y hay otros 3 tornillos para la
conexión de cada hilo a los cables externos.
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Al igual que los termopares, generan señales eléctricas que pueden ser amplificadas y transmitidas a
grandes distancias. Por lo general, los RTD son más precisos y estables que los termopares, sin embargo su
uso está limitado a un rango de temperaturas más estrecho (el RTD de platino cubre el rango desde -260 a
630° C).
Los valores que la termorresistencia PT100 muestra a diferentes grados de temperatura se muestran en la
siguiente tabla:
ºC Valor Ohmico Coef.T. ºC Valor Ohmico Coef. T.
-50 80,25 0,396 60 123,24 0,383
-40 84,21 0,396 70 127,07 0,382
-30 88,17 0,396 80 130,89 0,381
-20 92,13 0,394 90 134,70 0,380
-10 96,07 0,393 100 138,50 0,379
0 100 0,390 110 142,29 0,378
10 103,90 0,389 120 146,07 0,376
20 107,79 0,388 130 149,83 0,375
30 111,67 0,387 140 153,58 0,375
40 115,54 0,386 150 157,33 0,372
50 119,40 0,384 160 161,05 0,372
En general las sondas Pt-100 son utilizadas en la instrumentación de nuestra maquina para medir la
temperatura de los devanados. Situamos muchas sondas en los devanados durante el montaje de la máquina,
ya que una vez empiece el funcionamiento de la misma no podremos introducir nuevas sondas si las que
tenÃ−amos nos fallan.
Pt-100 en Turbogenerador Industrial
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Pt-100 en generador diesel de baja velocidaTermopares en turbogenerador industrial
La medición con las Pt-100 es la forma más utilizada para medir la temperatura en la máquina pero
existen otros métodos como los termopares o reostatos que se detallan a continuación.
TERMOPARES
El termopar es un aparato de medida constituido por una pareja de metales o aleaciones diferentes con un
extremo común donde se relaciona la diferencia de potencial que se genera con la temperatura a que se
somete dicha unión.
El funcionamiento de estos aparatos está basado fundamentalmente en dos efectos termoeléctricos:
Efecto Seebeck:
Establece que al calentar la unión de dos metales o aleaciones de diferente composición se genera una
diferencia de potencial entre los extremos libres, que es función de la diferencia máxima de temperaturas
alcanzada.
Efecto Thomson:
Cuando existe un gradiente térmico en un hilo conductor entre dos puntos, se genera una diferencia de
potencial entre ambos proporcional a la diferencia de temperaturas y en el sentido de las temperaturas
decrecientes. Este efecto es reversible, por lo que al aplicar a un conductor una diferencia de potencial se
modifica la temperatura de sus extremos. Debe señalarse que la diferencia de potencial debida al efecto
Seebeck es de mucha mayor magnitud que la fem Thomson.
Al punto común de los hilos del termopar, generalmente obtenido por soldadura autógena, se le conoce por
unión caliente, mientras que los puntos extremos de ambos hilos que se conectan al aparato de medida
constituyen la unión frÃ−a.
Propiedades del termopar:
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• Relación unÃ−voca y casi lineal entre la fem y la temperatura, constituyendo un aparato muy
preciso a temperaturas superiores a 500ºC e inferiores a 1200ºC,
• Alta resistencia a los fenómenos de oxidación y corrosión,
• Alto poder termoeléctrico, con lo que se reduce el precio de los milivoltÃ−metros y los errores de
medida,
• Estabilidad termoeléctrica,
• El mayor inconveniente es la pérdida de potencial que se produce en los metales desde la unión
(punto caliente) hasta el lugar de medida del potencial (punto frÃ−o) que va a ocasionar un error en la
medida que debe ser corregido.
Debido a la gran exactitud de los sensores Pt100 en la medida de la temperatura y al ser limitada la exactitud
de los termopares, el uso de los termopares para la instrumentación de máquinas eléctricas ha quedado
reducido.
En la máquina de los “automáticos” (generador diesel de baja velocidad), no hay termopares instalados
pero si en la máquina de los eléctricos (turbogenerador industrial) donde 4 termopares (2 por cada
cojinete) miden la temperatura del los cojinetes con la posibilidad de dar alarma a la sala de control
(autómata) en caso de un sobrecalentamiento excesivo.
Si por ejemplo aparece un exceso de velocidad del eje al rozar con el cojinete provoca un aumento de
temperatura.
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Termopares de la máquina de los eléctricos.
TERMOSTATOS BIMETÔLICOS
Dispositivo constituido por dos láminas de metal con diferente coeficiente de dilatación, esto va a dar lugar
a una distinta deformación producida por el calentamiento de la superficie en la que esta colocado el
termostato produciendo asÃ− un contacto cerrando o abriendo de esta manera el circuito eléctrico.
El contacto puede estar:
• N.abierto, el contacto se cierra al llegar a la temperatura marcada
• N.cerrado, el contacto se abre al llegar a la temperatura marcada.
En la máquina, cada termostato tiene 2 circuitos asociados con las funciones de:
1)ALARMA: Da una señal de alarma a la sala de control
2)DISPARO: El termostato corta la corriente (Tripping)
Siendo la temperatura de disparo más restrictiva que la de alarma, es decir, la temperatura a la cual el
termostato da la alarma es inferior lógicamente a la temperatura de disparo.
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Estos dispositivos se utilizan para regular la refrigeración en nuestra máquina sÃ−ncrona “automáticos”
(Generador diesel de baja velocidad).
2.2 Medida de Presión
• Transmisor con salida 4…20 mA
• Presostatos
Transmisor con salida 4…20 mA
Sirven para medir temperatura, humedad y presión.
Son especialmente útiles para medir presión en el sistema de refrigeración de la máquina.
Con el transcurrir de los años la transmisión 4-20mA, ha sido aceptada como una técnica estándar de
transmisión de información entre el punto del sensado y el área de control, esto como un medio análogo
ya que emplea la variable corriente análoga para tal fin.
Inicialmente los datos son extraÃ−dos del proceso mediante un examen analÃ−tico e interpretación. Luego
de generarse una apropiada interpretación el siguiente paso es el tomar una decisión sobre la acción
apropiada.
Finalmente la acción necesaria podrá ser implementada.
Presostato
Necesitamos que la presión en los cojinetes de la maquina sea el adecuado, para que su lubricación sea
efectiva y asegurarnos de que no hay fugas de lubricante en el mismo.
Para ello se utiliza el presostato, para medir la presión en un espacio determinado.
El presostato actuara según le hallamos configurado para dar una determinada señal a unas determinadas
presiones.
Los presostatos son elementos que ante una señal neumática a determinada presión conmutan un contacto
eléctrico, cuando no tiene presión el contacto vuelve a su posición inicial.
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Mediante un dispositivo externo se marca la presión a la que deberá conmutar el contacto.
Se utilizan para detectar caÃ−das de presión por debajo de un umbral crÃ−tico que condicione o ponga en
peligro el correcto funcionamiento de un automatismo neumático.
(http://demo.imh.es/Electroneumatica/Ud03/modulos/m_en001/ud04/html/en0_ud04_138_con.htm )
3. Detección de fugas de agua en los intercambiadores de calor
Si en el intercambiador de calor hay una fuga en el lÃ−quido refrigerante, acabará aumentando la
temperatura en los devanados del generador, con los consecuentes riesgos para el mismo.
Por ello es necesario controlar si hay fugas de agua en el intercambiador de calor, para ello se utilizó un
sensor de humedad
No existe una tecnologÃ−a de medición que sea apropiada para todas las aplicaciones.
El sensor actuara según le hallamos configurado para dar una determinada señal a unas determinadas
presiones.
Aparte de controlar las fugas de agua del intercambiador de calor, estos sensores también servirán para
controlar la condensación de agua tras el uso de la maquina, la cual puede estropear el aislante de la misma,
controlando el funcionamiento de unos calefactores que actuaran para reducir al máximo esta
condensación, enfriando la maquina lentamente.
4. Calefacción
Si la máquina esta parada la disminución de la temperatura puede hacer que aparezcan condensaciones en
los devanados lo que podrÃ−a producir fallos en la maquina si se vuelve al funcionamiento sin eliminar antes
esa humedad depositada en el asilante de los devanados. Para solucionar esta situación existe un sistema de
calefacción que funcionará durante el tiempo que la maquina este parada si es necesario. De esta forma se
podrá volver al funcionamiento de la maquina sin ningun problema.
5. Interconexión de toda la instrumentación con un sistema de control
Todos los sistemas de seguridad descritos anteriormente se deben Ã−nter conexionar, para un óptimo control
de la maquina.
Tenemos:
9-PTCs en el devanado estatorico
4-PTCs en los cojinetes
2-termómetros en los cojinetes
2-caudalimetros en los cojinetes
2-presostatos en los cojinetes
6-presostatos en la bomba de lubricante
2-caudalimetros en la bomba de lubricante
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2 presostatos en la bomba de lubricante
4-PTCs en el flujo de aire frÃ−o
2-PTCs en el flujo de aire caliente
2-interruptores de temperatura en el flujo de aire frÃ−o
2-interruptores de temperatura en el flujo de aire caliente
2-termómetros (a la entrada y salida del flujo de agua)
2-PTCs (a la entrada y salida del flujo de agua)
1-sensor de humedad
1- termostato (calefacción)
AsÃ−, si por ejemplo el PTC en el flujo de aire frÃ−o da la señal de alarma, sabremos que el devanado se
calentara en un margen de tiempo muy pequeño, y que el fallo se encuentra en el intercambiador de calor.
T
+
To
V
V = f (T - To)
( T > To )
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