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Las centrales hidroeléctricas, requieren que todos sus componentes estén en condiciones óptimas para su buen funcionamiento, el generador es una de las principales partes con más supervisión en cuanto a mantenimiento se refiriere, Por tanto, es necesario identificar los tipos de fallas, desgastes o daños a los que está expuestos, con el fin de diseñar un plan de mantenimiento eficiente.

3.1 GENERADORES ELÉCTRICOS

3.2.1 Fallas o Desgastes del Generador de Energía. Los generadores representan el equipo más caro en un sistema eléctrico de potencia y se encuentran sometidos, más que ningún otro equipo del sistema, a los más diversos tipos de condiciones anormales. A continuación se pueden observar las principales fallas o desgastes del generador de energía.

3.2.1.1 Desequilibrado del Generador. El desequilibrio de un rotor es el resultado de una distribución másica desigual en el mismo, lo cual produce vibraciones. Estas vibraciones, que se deben a la interacción entre la componente másica desequilibrada y la aceleración radial debida al giro, las cuales conjuntamente generan una fuerza centrípeta, se transmiten a los cojinetes del rotor, de tal forma que cualquier punto de los mismos experimenta una fuerza radial por revolución. En un grupo hidroeléctrico los componentes susceptibles de presentar desequilibrio másico son: el rodete de la turbina hidráulica, el rotor del alternador y el cuerpo de la excitatriz. El desequilibrio puede deberse a posibles defectos en la construcción, fabricación, montaje y operación del grupo hidroeléctrico.

3.2.2.2 Generador con Neutro desconectado de tierra. Se trata de una de las alternativas con mayor difusión, particularmente con esquema en bloque, es decir generador conectado sin interruptor en el lado de alta tensión. Como consecuencia del bajo nivel de las corrientes capacitivas que circulan en este caso para un cortocircuito de una fase a tierra, la protección longitudinal no podrá individualizar el cortocircuito.

3.2.2.3 Cortocircuito. En los generadores se pueden presentar diferentes tipos de cortocircuitos en varias de sus partes a continuación se mencionan:

Cortocircuito entre fases. Este tipo de cortocircuitos genera la circulación de elevadas corrientes. Estas pueden producir daños significativos en el lugar del cortocircuito. Se trata de uno de los cortocircuitos más perjudiciales que puede tener lugar en el estator de un generador, ya que en el caso de no ser despejado prontamente puede originar la destrucción de las láminas del estator en el área del cortocircuito.

Cortocircuito entre fase y tierra. El núcleo del estator se ve forzadamente comprometido cuando tiene lugar un cortocircuito entre fase y tierra del estator de un generador, debido a que, independientemente de la conexión del neutro del generador con respecto a tierra, la carcasa del generador se encuentra conectada a tierra. El daño que originará el cortocircuito a tierra en las láminas del estator estará supeditado a la intensidad de la corriente del cortocircuito y al tiempo que circule dicha corriente.

Cortocircuito entre espiras misma fase y fases abiertas. Un cortocircuito entre espiras de una misma fase debe ser localizado y el generador desconectado del sistema, debido a que puede convertirse con facilidad en un cortocircuito de fase a tierra comprometiendo el núcleo del estator.

Cortocircuito a tierra del campo. Debido a que los circuitos de campo operan desconectados de tierra, un cortocircuito o contacto a tierra no ocasionará ningún daño ni afectará la operación del generador. No obstante, la existencia de un cortocircuito a tierra incrementa la tensión a tierra en otros puntos del enrollado de campo cuando se inducen en éste tensiones debido a fenómenos transitorios en el estator. Como consecuencia, aumenta la probabilidad que ocurra un segundo cortocircuito a tierra67_.

3.2.2.4 Sobrecalentamiento.

Sobrecalentamiento del estator. Las principales causas del sobrecalentamiento del estator de un generador radican en: el desperfecto en el sistema de refrigeración, la Sobrecarga, el Cortocircuito de varias láminas del estator.

Sobrecalentamientos del rotor. La circulación de corrientes de secuencia negativa en el estator de un generador, producidas por cortocircuitos asimétricos internos o externos al generador y cargas desequilibradas, originan un campo rotatorio que gira con una velocidad igual al doble de la síncrona con respecto al rotor e inducen en el fierro de éste corrientes de una frecuencia doble de la fundamental. Dichas corrientes originan un sobrecalentamiento del rotor y pueden producir importantes daños si el generador continúa operando en esas condiciones68_.

3.2.2.5 Sobretensiones. La sobre velocidad originada por pérdidas de carga o desperfectos en el regulador de tensión producen sobretensiones.

3.2.2.6 Pérdida de excitación. En el caso que un generador pierda su excitación, trabaja como generador de inducción girando a una velocidad mayor a la síncrona. Los generadores con rotor cilíndrico no están adecuados para estas operaciones, debido a que no tienen enrollados amortiguadores que puedan llevar las corrientes

67 _{INSTITUTO ARGENTINO DE ENERGÍA. Protección de generadores [en línea]. Buenos Aires: IAE [citado}

10 abril, 2017]. Disponible en Internet: <URL: http://www.iae.org.ar/archivos/educ7.pdf>

68 _{INSTITUTO ARGENTINO DE ENERGÍA. Protección de generadores [en línea]. Buenos Aires: IAE [citado}

inducidas en el rotor. El tiempo para alcanzar un sobrecalentamiento peligroso puede ser tan corto como 2 a 3 minutos. El estator de cualquier clase de generador síncrono puede sobrecalentarse debido a la sobre corriente en los enrollados del estator mientras la máquina está operando como un generador de inducción.

3.2.2.7 Respaldo-fallas externas al generador. Es preciso instalar en los generadores protecciones de respaldo que impidan que el generador continúe entregando corriente de cortocircuito para fallas en el sistema eléctrico externo, como consecuencia de la no operación de las protecciones principales respectivas.

3.2.2.8 Motoreo. El efecto de un desperfecto en la máquina motriz es que el generador comienza a operar como motor tomando energía del sistema.

3.2.2.9 Fallas en la Resistencia de aislamiento del Estator. Envejecimiento del aislamiento del estator, de su contaminación y de la estabilidad del aislamiento, provocando avería intempestiva que siempre genera indisponibilidad e importantes daños añadidos.

3.2.2.10 Daños o fallas en barniz y cuñas. Presencia de grietas y cierta cantidad de polvo amarillento sobre las cuñas en las ranuras, lo que indica un desgaste de estas, además de defecto por propagación de fracturas en las cuñas del rotor, deterioro de por desprendimiento de cuñas centrales, daño del núcleo, generación de puntos calientes, lo que trae como consecuencia falla del aislamiento del devanado por temperatura excesiva de operación.

3.2.2.11 Fallas de refrigeración. Fallas en los generadores con enfriamiento directo de agua, genera defectos de desconexión o falla de las resistencias equipotenciales, además se da un proceso de deterioro de descargas externas en zonas críticas, ionización del hidrógeno, como consecuencia se genera el rompimiento dieléctrico del gas y falla entre ductos de enfriamiento de diferente fase.

Como se puede observar los generadores hidroeléctricos pueden presentar diferentes tipos de fallas, desgastes, pérdidas de potencia etc., provocando un mal funcionamiento paulatino; así mismo se observa que en estos generadores pueden presentar otro tipo de fallas como corto circuitos, trayendo consecuencias graves como pequeños incendios afectando no sólo la maquinaría, sino posiblemente a las personas que estén cerca.

También se observa que el control de algunas de estas fallas sólo requieren seguimientos que permita medir su funcionamiento, mientras que las más graves, requieren de intervenciones a sus partes físicas o de reparaciones, por tanto para el plan de mantenimiento predictivo se debe hacer un recuento detallado de todas

estas fallas para planificar actividades de inspección minuciosas que tengan en cuenta cada una de éstas y no se pase nada por alto.

4. DISEÑO DE UN PLAN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO PARA LOS