CONALEPMICH.

PLANTEL:ZAMORA.

MATERIA:MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES

ELECTRICAS

REPORTE:PLANTAS GENERADORAS, TIPOS DE TURBINAS Y TRANSFORMADORES.

INGENIERO:VALENTIN CERVANTES DOMINGUEZ

ALUMNO:FERNANDO RAMOS ALBARRAN.

CARRERA:ELECTROMECANICO.

GRUPO:3103.

LUGAR: FECHA:ZAMORA, MICH. 05 /09 /06.

Plantas Generadoras

Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica. Podemos considerar que el esquema de una central eléctrica es:

La energía eléctrica se produce en los aparatos llamados generadores o alternadores. Un generador consta, en su forma más simple de:

Una espira que gira impulsada por algún medio externo. Un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual

gira la espira anterior.

Para realizar la conversión de energía mecánica en eléctrica, se emplean unos generadores, más complicados que constan de dos piezas fundamentales:

El estator: Armadura metálica, que permanece en reposo, cubierta en su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos. El rotor: Está en el interior del estator y gira accionado por la turbina. Esta formado en su parte interior por un eje, y en su parte más externa por unos circuitos, que se transforman en electroimanes cuando se les aplica una pequeña cantidad de corriente.

Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energía mecánica aplicada en las turbinas, se producen unas corrientes en los hilos de cobre del interior del estator. Estas corrientes proporcionan al generador la denominada fuerza electromotriz, capaz de producir energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.

Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina-generador" cuyo funcionamiento básico es, en todas ellas, muy parecido, variando de unas a otras la forma en que se acciona la turbina

Tipos de Plantas Generadoras.

1.-Termoeléctricas Clásicas: Se denominan centrales termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas centrales que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto. El apelativo de "clásicas" o "convencionales" sirve para diferenciarlas de otros tipos de centrales termoeléctricas (nucleares y solares, por ejemplo), las cuales generan electricidad a partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas distintas de los combustibles fósiles Una Central Termoeléctrica es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y, por tanto, obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera. El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que en su expansión sea capaz de mover los álabes de las mismas. Una central termoeléctrica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve el generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.

1. Cinta transportadora.2. Tolva.3. Molino. 4. Caldera. 5. Cenizas. 6. Sobrecalentador. 7. Recalentador. 8. Economizador. 9. Calentador de aire. 10.Precipitador. 11.Chimenea. 12.Turbina de alta presión. 13.Turbina de media presión. 14.Turbina de baja presión. 15.Condensador. 16.Calentadores. 17.Torre de refrigeración. 18.Transformadores. 19.Generador. 20.Línea de transporte de

energía eléctrica.

Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las centrales termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo de combustible empleado.

Una central termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de carbón, depósitos de fuel-oil) para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste. Si se trata de una central termoeléctrica de carbón (hulla, antracita, lignito,...) es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la central mediante chorro de aire precalentado. Si es una central termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para que fluidifique, siendo inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de combustible. Si es una central termoeléctrica de gas los quemadores están asimismo concebidos especialmente para quemar dicho combustible.Hay centrales termoeléctricas clásicas cuyo diseño les permite quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes (carbón o gas, carbón o fuel-oil, etc.). Reciben el nombre de centrales termoeléctricas mixtas.

Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustión del carbón, fuel-oil o gas, generando energía calorífica. La caldera convierte a su vez, en vapor a alta temperatura el agua que circula por una extensa red formada por miles de tubos que tapizan las paredes de la caldera. Este vapor entra a gran presión en la turbina de la central, la cual consta de tres cuerpos -de alta, media y baja presión, respectivamente- unidos por un mismo eje.

En el primer cuerpo (alta presión) hay centenares de álabes o paletas de pequeño tamaño. El cuerpo a media presión posee asimismo centenares de álabes pero de mayor tamaño que los anteriores. El de baja presión, por último, tiene álabes aún más grandes que los precedentes. El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente, por lo cual los álabes de la turbina se hacen de mayor tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la misma., Hay que advertir, por otro lado, que este vapor, antes de entrar en la turbina, ha de ser cuidadosamente deshumidificado. En caso contrario, las pequeñísimas gotas de agua en suspensión que transportaría serían lanzadas a gran velocidad contra los álabes, actuando como si fueran proyectiles y desgastando las paletas hasta dejarlas inservibles.

El vapor de agua a presión hace girar los álabes de la turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje que une a los tres cuerpos de la turbina (de alta, media y baja presión) hace girar al mismo tiempo a un generador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta es mandada a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador.

Por su parte, el vapor (debilitada ya su presión) es enviado a unos condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.

El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración, o descargando dicho calor directamente al mar o al río.

Para minimizar los efectos de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la central posee una chimenea de gran altura (las hay de más de 300 metros), que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia central.

2.- Hidráulicas: La función de una central hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. Un sistema de captación de agua provoca un desnivel que origina una cierta energía potencial acumulada. El paso del agua por la turbina desarrolla en la misma un movimiento giratorio que acciona el alternador y produce la corriente eléctrica.

1. Agua embalsada 2. Presa

3. Rejas filtradoras

4. Tubería forzada

5. Conjunto de grupos turbina-alternador

6. Turbina

7. Eje

8. Generador

9. Líneas de transporte de energía eléctrica

10.Transformadores

Principales componentes de una Central Hidroeléctrica

1. La Presa: El primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica es la presa o azud, que se encarga de atajar el río y remansar las aguas. Con estas construcciones se logra un determinado nivel del agua antes de la contención, y otro nivel diferente después de la misma. Ese desnivel se aprovecha para producir energía. Las presas pueden clasificarse por el material empleado en su construcción en:

- Presa de tierra- Presa de hormigón

Las presas de hormigón son las más utilizadas y se puede a su vez clasificar en:De gravedad: tienen un peso adecuado para contrarrestar el momento de vuelco que produce el agua.De bóveda: Necesita menos materiales que las de gravedad y se suelen utilizar en gargantas estrechas. En estas la presión provocada por el agua se transmite íntegramente a las laderas por el efecto del arco.

2. Los Aliviaderos: Los aliviaderos son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas. Se encuentran en la pared principal de la presa y pueden ser de fondo o de superficie. La misión de los aliviaderos es la de liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego. Para evitar que el agua pueda producir desperfectos al caer desde gran altura, los aliviaderos se diseñan para que la mayoría del líquido se pierda en una cuenca que se encuentra a pie de presa, llamada de amortiguación.Para conseguir que el agua salga por los aliviaderos existen grandes compuertas, de acero que se pueden abrir o cerrar a voluntad, según la demanda de la situación.

3. Tomas de agua: son construcciones adecuadas que permiten recoger el líquido para llevarlo hasta las máquinas por medios de canales o tuberías. Las tomas de agua de las que parten varios conductos hacia las tuberías, se hallan en

la pared anterior de la presa que entra en contacto con el agua embalsada. Estás tomas además de unas compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y producir desperfectos.

4. El canal de derivación: se utiliza para conducir agua desde la presa hasta las turbinas de la central. Generalmente es necesario hacer la entrada a las turbinas con conducción forzada siendo por ello preciso que exista una cámara de presión donde termina el canal y comienza la turbina. Es bastante normal evitar el canal y aplicar directamente las tuberías forzadas a las tomas de agua de las presas.

5. Chimeneas de equilibrio: Debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberías forzadas y álabes de las turbinas. A estas sobrepresiones se les denomina "golpe de ariete". Cuando la carga de trabajo de la turbina disminuye bruscamente se produce una sobrepresión positiva, ya que el regulador automático de la turbina cierra la admisión de agua.La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Cuando existe una sobrepresión de agua esta encuentra menos resistencia para penetrar al pozo que a la cámara de presión de las turbinas haciendo que suba el nivel de la chimenea de equilibrio. En el caso de depresión ocurrirá lo contrario y el nivel bajará. Con esto se consigue evitar el golpe de ariete. Actúa de este modo la chimenea de equilibrio como un muelle hidráulico o un condensador eléctrico, es decir, absorbiendo y devolviendo energía.

6. Casa de máquinas: Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando.

7. Turbinas Hidráulicas: Una turbina hidráulica es un elemento que aprovecha la energía cinética y potencial del agua para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica. Hay 3 tipos principales de turbinas hidráulicas:

El tipo más conveniente dependerá en cada caso del salto de agua y de la potencia de la turbina. En términos generales:

La rueda Pelton conviene para saltos grandes: Un chorro de agua convenientemente dirigido y regulado, incide sobre las cucharas del rodete que se encuentran uniformemente distribuidas en la periferia de la rueda. Debido a la forma de la cuchara, el agua se desvía sin choque, cediendo toda su energía cinética, para caer finalmente en la parte inferior y salir de la máquina. La regulación se logra por medio de una aguja colocada dentro de la tobera.

1. Rodete 2. Cuchara 3. Aguja 4. Tobera 5. Conducto de

entrada 6. Mecanismo

de regulación

7. Cámara de salida

La turbina Francis para saltos medianos: El agua entre en una dirección y salga en otra a 90º, situación que no se presenta en las ruedas Pelton. Las palas o álabes de la rueda Francis son alabeadas (tiene cierta inclinación o forma curveada)

Estas turbinas en vez de toberas, tienen una corona distribuidora del agua. Esta corona rodea por completo al rodete. Para lograr que el agua entre radialmente al rodete desde la corona distribuidora existe una cámara espiral o caracol que se encarga de la adecuada dosificación en cada punto de entrada del agua. El rodete tiene los álabes de forma adecuada como para producir los efectos deseados.

La turbina de hélice o turbina Kaplan para saltos pequeños:

Las turbinas Kaplan tienen álabes móviles para adecuarse al estado de la carga. Estas turbinas aseguran un buen rendimiento aún con bajas velocidades de rotación.

2.5- Hidráulicas por bombeo.1. Embalse superior 3. Galería de conducción4. Tubería forzada 5. Central 6. Turbinas y generadores8. Desagües

9. Líneas de transporte de energía eléctrica 10. Embalse inferior o río

Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidráulicos de un país.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía. Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador. Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hacer el ciclo productivo nuevamente. Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores.

Otras Formas de generar energía eléctrica:

3.- Energía Solar: Una Central Solar es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica. Llega la energía solar a un campo de helióstatos, estos la transmiten a una torre, la cual tiene la capacidad de captar esta energía y la almacena para después convertirla en vapor el cual hace mover unas turbinas las cuales a la vez mueven un generador, y así generando la energía eléctrica que es elevada por unos transformadores para después ser transportada mediante las líneas de transmisión, esa es la forma más común en la generación de energía eléctrica por medio de una fuente solar.

4.- Energía Nuclear: es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto, obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en un reactor nuclear: es un dispositivo en donde se produce una reacción nuclear (esto es, las interacciones entre núcleos atómicos y partículas elementales; por extensión, se incluyen también las interacciones entre partículas elementales) una de las más usadas es la reacción en cadena: en la que se libera el neutrón de un átomo y este golpea y libera los neutrones del otro, este a su vez libera a otros dos y así sucesivamente. Esto es conocido como fisión en cadena y no generan productos radioactivos.

5.- Energía Eólica: Las centrales eólicas se basan en la utilización del viento como energía primaria para la producción de energía eléctrica. La energía eólica ha sido un recurso empleado desde tiempos remotos en diferentes partes del mundo y para diversos propósitos.

Pruebas a Transformadores.

1. Inspección visual: Se realizará una inspección más minuciosa para comprobar si el equipo recibido por el cliente no tiene defectos de fábrica en acabados, ajuste de piezas, pintura e indicativos de las características de los transformadores, además se solicitará información al proveedor acerca del protocolo de pruebas del equipo en el caso de que aún no la haya entregado y corroborar que el número de serie del protocolo coincide con el del transformador así como de sus demás datos. Si no se tiene ninguna observación que hacer al respecto con el proveedor se prosigue con el presente procedimiento.

Una de las características de los transformadores son sus marcas:HI----H2----H3--Para el borne primarioXI----X2----X3----X0--Para el borne secundario (Donde X0 es el neutro.

2. Rigidez dieléctrica del aceite: El aceite es un elemento que en los transformadores nos sirve para mantener su temperatura y evitar el contacto de bobina con bobina en los devanados, por lo cual el tanque de dicho transformador esta lleno de este aceite

Los bancos de radiadores que se encuentran a los lados de los transformadores, la temperatura más caliente concentrada en el transformador está en la parte de arriba y la fría en la parte de abajo, el calor de arriba es enfriado con un ventilador (el cual es accionado cuando un interruptor de temperatura detecta el calor cierra, y energiza una bobina A la cual están conectados dichos ventiladores para el enfriamiento de la temperatura, puede conectarse otro interruptor de temperatura y otra bobina B que accione cuando la temperatura sea más elevada y que esta energice otro grupo de ventiladores) y después de estar frío este se concentra en la parte de abajo, lo mismo ocurre con el aceite que se encuentra en los devanados. Esto se usa para mejorar la capacidad del transformador; por ejemplo, si su capacidad es de 1000KVA aumenta hasta 1100KVA.

Entonces la prueba que se le hace a este aceite es verificar su grado de aguante de temperatura y de humedad y esta última tiene que ser la menor posible para que no valla a unir las bobinas al

momento de subir las cuchillas y hacer un corto o se caliente demasiado el transformador y ocasione un incendio de las bobinas al dejar pasar el arco eléctrico.

La prueba de aceite se hace aumentando los KVA (en un prototipo pequeño) y hasta los que aguante para hacer el arco eléctrico es su resistencia; por ejemplo, si aguanta hasta los 1000 KVA esta es la resistencia o la rigidez dieléctrica de dicho aceite.

3. Prueba al tanque del transformador: Se le conecta una bomba y se cierra completamente, se le saca el aire y se deja al vacío, si el tanque se deforma quiere decir que no soportó el vacío y debe de fabricarse otro que soporte esas condiciones.

4. Resistencia de aislamiento: Verificar que los aislamientos del transformador bajo prueba cumplen con la resistencia mínima soportable bajo la operación a la que serán sometidos, así como de comprobar la no inadecuada conexión entre sus devanados y tierra para avalar un buen diseño del producto y que no exista defectos en el mismo.

5. Verificar el correcto nivel del aceite.6. Apretar y aislar bien las cuchillas.7. Puesta en marcha.

Transformador Eléctrico

El Transformador es un dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas .La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de intensidad de corriente por voltaje (potencia) es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente.

Tipos de transformadores.1. Para la distribución:

Transformador tipo poste: Los transformadores de distribución tipo poste, monofásicos y trifásicos, son el elemento básico en las redes de distribución de energía eléctrica, en los sistemas urbanos y rurales. Son los que hacen posible al usuario final la utilización de la energía eléctrica de bajo consumo. En los desarrollos habitacionales, residenciales y de micro industrias. Los transformadores de este tipo son de pequeña capacidad y tamaño reducido. Los transformadores tipo poste son construidos de acuerdo a la Norma Nacional NMX-J-116-ANCE o a las especificaciones CFE-K0000.01 o LFC-GDD-174 sumergidos en aceite mineral con enfriamiento natural (CLASE OA); con elevación de temperatura de 65°C. Sobre un ambiente promedio de 30°C y un máximo de 40°C y frecuencia de 60 Hz, en capacidades de 10 hasta 167 KVA para monofásicos y de 15 hasta 150 KVA para equipos trifásicos. Las clases de voltaje cubiertas son desde 1.2 hasta 34.5 KV.Transformador tipo pedestal: Se usa en las potencias de 1500 kVA, estos tipos de transformadores proyectan para ser montados en una base concreta y capaz para medios externos dónde ellos están sujetos al mal tiempo, así como para los medios subterráneos. Se pintan de color verde para la anticorrosión (norma).

2. Para la transmisión:Transformador de Potencia: El transformador de potencia es un equipo fijo que convierte una tensión y una corriente a otra mediante el principio de inducción electromagnética. El tipo de transformador es de potencia, es decir, que aumenta la corriente y disminuye la tensión de una energía primaria a otra secundaria. Transformador de corriente: Es un equipo que protege y regula las corrientes que entran y salen del transformador de potencia.

Transformador tipo estación: Se usan para transformar la energía en las subestaciones, son más grandes y ocupan más espacio que los dos anteriores. Trabajan con una potencia de 500 KVA -100 MVA.

Sistemas de tierras.

La correcta conexión a tierra de todo el sistema eléctrico, es un factor de suma importancia para la seguridad del personal y del equipo eléctrico en sí. El propósito que se persigue con la existencia de los sistemas de tierra es:

a) Protección para el personal operativo, autorizado o no autorizado.

b) Protección a los equipos e instalaciones contra tensiones peligrosas.

c) Evitar que durante la circulación de falla a tierra, se produzcan voltajes entre distintos puntos de la instalación.

Una instalación de puesta a tierra se compone esencialmente de electrodos, que son los elementos que están en íntimo contacto con el suelo (enterrados) y de conductores, utilizados para enlazar a los electrodos entre si y a éstos, con los gabinetes de los equipos y demás instalaciones expuestas a corrientes nocivas.

Su clasificación:

a) Sistema de Tierras para Electrónica: Utilizado para la puesta a tierra de los equipos electrónicos y de control. La resistencia a tierra máxima en este sistema debe ser de 2 Ohms, en el caso de no alcanzar la resistencia deseada, se instalara, algún elemento químico para reducir la resistividad del terreno y alcanzar así, la resistencia a tierra requerida.

b) Sistema de Tierras para Fuerza: Utilizado para conectar a tierra todos los elementos de la instalación que en condiciones

normales de operación no están sujetos a tensiones, pero que pueden tener voltajes con respecto a tierra a causa de fallas accidentales en los circuitos eléctricos. La resistencia a tierra en cualquier punto del sistema, no debe ser mayor a 10 Ohms

c) Sistema de Tierras en Pararrayos: Como su nombre lo indica, se destina para drenar a tierra las corrientes producidas por descargas atmosféricas y se conforma con electrodos tipo copperweld. La resistencia a tierra en cualquier punto del sistema, no debe ser mayor a 10 ohms.

d) Tierra Física:

Se usa para proteger los equipos y la instalación en caso de una sobrecarga ocasionada por el transformador de suministro.

Interruptores en alto volumen de aceite.

Es un equipo fijo usado en las subestaciones construido y diseñado para interrumpir grandes cantidades de corriente. Su función principal es disipar el arco que se forma internamente entre los contactos al interrumpir las cargas.

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/paginaprincipal.html