ES2713246T3 - Línea de salida de generador, en particular para un área de conexión en la base del generador - Google Patents

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Abstract

Línea de salida de generador (10) para la conexión eléctrica entre un generador y un transformador, con un conductor interno (11) cilíndrico y un área de conexión de tubo envolvente (12) cilíndrica dispuesta concéntricamente con respecto al conductor interno, donde el conductor interno (11) presenta un tubo conductor interno (11a) y un tubo conductor externo (11b), caracterizado porque el tubo conductor interno (11) y el externo (11b) del conductor interno están separados respectivamente en dirección transversal y están conectados uno con otro a modo de una cruz, de manera que las rutas de corriente en dirección longitudinal del conductor interno (11) cambian al menos una vez entre el tubo conductor externo (11b) y el tubo conductor interno (11a).

Description

DESCRIPCION
Linea de salida de generador, en particular para un area de conexion en la base del generador
La presente invencion hace referencia a una linea de salida de generador para la conexion electrica entre un generador y un transformador, y en particular hace referencia a una linea de salida de generador que puede utilizarse en un area de conexion en la base del generador.
Las conexiones de alta corriente, las asi llamadas lineas de salida de generador, consisten en la conexion electrica entre un bobinado del estator de un generador en el interior de una carcasa del generador y un transformador de maquina o de bloque asociado, en centrales electricas. La estructura constructiva de esa conexion electrica usualmente se encuentra aislada de forma monofasica, es decir que cada uno de los tres conductores de corriente del sistema de corriente trifasica de 3 fases esta dispuesto en un aislamiento separado, igualmente electricamente conductor, de una asi llamada envoltura de la linea de salida (denominada tambien como tubo envolvente), en una estructura coaxial. Lineas de salida de generador de esa clase se conocen por ejemplo por las solicitudes DE 2545 832 C2 y DE 19619729 A1. En la solicitud US 4, 132, 853 se describe por ejemplo un conducto con un conductor central que comprende un conductor electrico hueco, asi como un cilindro que esta dispuesto concentricamente alrededor del conductor electrico hueco, de modo que se forma un canal que se extiende longitudinalmente, para un flujo de refrigerante. Otros ejemplos se encuentran en las solicitudes US 2742582, GB 443017 y GB 725211.
Para comprender mejor la invencion en este punto se describe en detalle primero la estructura de una linea de salida de generador convencional, mediante las figuras 4 y 5. La linea de salida de generador 10 se compone esencialmente de un conductor interno 11 cilindrico y de un area de conexion de tubo envolvente 12 dispuesta concentricamente con respecto al conductor interno 11, como aislamiento del conductor interno. Los tres conductores internos 11 de las tres fases, con sus areas de conexion de tres tubos envolventes 12 aislados asociados, en un area de conexion en la base del generador 14, estan aproximados al lado inferior de un generador en los tres conductos del generador 16. Para aumentar la seguridad mecanica con respecto a vibraciones, los conductores internos 11 estan conectados a los conductos del generador 16 mediante bandas de extension 18 flexibles de cobre. Con el mismo fin, tambien el area de conexion de tubo envolvente 12 puede presentar un fuelle de extension (no representado). Ademas, el conductor interno 11, mediante un conducto de disco 20, por ejemplo de resina de colada, se encuentra de modo estanco con respecto a la pared interna del area de conexion de tubo envolvente 12. En las lineas de salida de generador 10 convencionales, tanto el conductor interno 11 cilindrico, como tambien el area de conexion de tubo envolvente 12, estan fabricados de aluminio puro Al99,5. A las lineas de salida de generador 10 se conectan tubos conductores 22 y tubos envolventes 23 con diametros respectivamente mas grandes que los conductores internos 11 o que el area de conexion de tubo envolvente 12.
El plano de tension electrico de los generadores y de las lineas de salida de generador, dependiendo de la potencia del generador, se ubica actualmente entre 12 y 36 kV (el asi llamado plano de media tension). En correspondencia con ese plano de tension, la distancia de aislamiento entre el conductor interno y el tubo envolvente (potencial de tierra) debe ubicarse por lo menos entre 120 y 320 mm. Por ejemplo, en las centrales termoelectricas con potencias del generador de 600 a 900 MW y una tension del generador de 21 a 27 KV resulta una intensidad de corriente entre 18 y 25 kA, tanto en el conductor interno, como tambien en el tubo envolvente externo. Debido a esas corrientes se producen perdidas ohmicas que conducen a un aumento de temperatura del conductor interno y del tubo envolvente. Para poder observar las temperaturas maximas admisibles de 90°C, exigidas segun IEC, asi como ANSI, para los conductores internos, y de 70°C para el tubo envolvente, los diametros y los grosores de las paredes, tanto del conductor interno, como tambien del tubo envolvente, deben dimensionarse de forma correspondiente.
Las condiciones espaciales mayormente permiten realizar de aluminio las tres lineas de salida de generador monofasicas en todas las variantes de tension y corriente, e instalarlas. Solamente en el caso de un area de conexion en una base de generador, como se ilustra en la figura 4, debido a las exigencias tecnicas / electricas y a las condiciones de espacio muy estrechas, asi como a la distancia reducida de los conductos del generador en el generador, usualmente se utilizan construcciones de conductores internos de cobre. Esos tubos de cobre, debido a la conductancia electrica mejorada con respecto a tubos de aluminio, en el caso de un diametro mas reducido y de un grosor de la pared mas reducido, observando las temperaturas admisibles, pueden transmitir las mismas intensidades de corriente.
Junto con los costes de material mas elevados, el manejo mas complejo en cuanto a la tecnica de soldadura, y el peso mas elevado del cobre en comparacion con el aluminio, un problema particular reside en el hecho de establecer una conexion 24 especial de tecnica de soldadura blanda y soldadura dura electrica, de tecnica de soldadura dura / soldadura blanda entre el conductor interno 11 mas delgado de cobre y el tubo conductor 22 consecutivo con diametro mas grande, de aluminio. Por lo tanto, en particular para areas de conexion en la base del generador, se presenta la necesidad de desarrollar construcciones mas sencillas y economicas de lineas de salida de generador.
El objeto de la invencion consiste por lo tanto en proporcionar una linea de salida de generador con una estructura que economice en cuanto al espacio y que al mismo tiempo sea sencilla, la cual observe las exigencias electricas, asi como los valores limite termicos, y que en particular sea adecuada tambien para la utilizacion en areas de conexion en la base del generador, en el caso de potencias del bloque comparativamente elevadas, por ejemplo superiores a 18 KA.
Dicho objeto, segun la invencion, se soluciona debido a que el tubo conductor interno y el tubo conductor externo del conductor interno estan separados respectivamente en direccion transversal y estan conectados uno con otro a modo de una cruz, de manera que las rutas de corriente en la direccion longitudinal del conductor interno cambian al menos una vez entre el tubo conductor externo y el tubo conductor interno.
La invencion se basa en la consideracion de fabricar el conductor interno nuevamente de aluminio mas liviano, mas economico y mas facil de procesar, en lugar de utilizar cobre, logrando a pesar de ello una construccion que economiza en cuanto al espacio. Para esto, en la linea de salida de generador, para el conductor interno, se sugiere una asi llamada solucion de tubo doble, de un tubo interno y un tubo externo, cuya dimension externa es igual a la solucion convencional en la que se economiza en cuanto al espacio, del conductor interno anterior de cobre. Con esa solucion de tubo doble, la corriente total del generador debe dividirse aproximadamente en dos partes iguales. Durante la transmision de corriente continua a traves del conductor interno, al tubo interno y al externo se aplica tambien en efecto respectivamente aproximadamente 50% de la corriente total; pero esto no aplica para la transmision de corriente alterna.
En el caso de la transmision de corriente alterna, casi toda la corriente (> 95%) circula en el tubo externo del conductor interno. El motivo de ese efecto es la resistencia de corriente alterna diferente de los dos tubos, asi como el efecto pelicular que se encuentra presente en la corriente alterna. Los dos tubos concentricos del conductor interno representan electricamente un conductor tubular, a traves de cuya cubierta tubular externa circula casi toda la corriente. Puesto que debido a la configuracion de conexion de generador estandarizada el tubo externo del conductor interno posee el diametro anterior del conductor interno de cobre, debido a la peor conductancia del aluminio en comparacion con el cobre, puede esperarse una marcada superacion de las temperaturas admisibles del conductor interno. Por lo tanto, solamente la estructura de un conductor interno con construccion de tubo doble no soluciona aun el objeto antes mencionado.
Por lo tanto, se desea que en la solucion de tubo doble para el conductor interno, en los dos tubos del conductor interno, predomine aproximadamente el mismo flujo de corriente. Segun la invencion, esto se logra debido a que las rutas de corriente, en direccion del eje longitudinal del conductor interno, cambian al menos una vez entre el tubo externo y el tubo interno del conductor interno. A traves del cambio de las rutas de corriente desde el tubo interno hacia el tubo externo y de forma inversa, puede compensarse la resistencia de corriente alterna, la variable de influencia electrica para la division de corriente, entre las dos rutas de corriente y, con ello, tambien el flujo de corriente entre las dos rutas de corriente. A traves de la division de la corriente del generador en el tubo interno y el externo es posible observar los valores limite de temperatura, aun cuando para el conductor interno se utilice aluminio en lugar de cobre.
De manera ventajosa, las rutas de corriente, en direccion del eje longitudinal del conductor interno, cambian una vez en una posicion central en direccion longitudinal del conductor interno, entre el tubo externo y el tubo interno, de modo que una division de corriente tiene lugar aproximadamente en dos partes iguales.
Para lograr una division de corriente lo mas uniforme posible, el tubo interno y el tubo externo del conductor interno, ademas, deben estar dispuestos de forma concentrica.
Del modo ya mencionado, la linea de salida de generador de la presente invencion es adecuada en particular tambien para la utilizacion en un area de conexion en la base del generador.
La ventaja lograda con la invencion consiste en particular en el hecho de que para una construccion que economiza en cuanto al espacio, y compacta, de una linea de salida de generador, puede utilizarse aluminio para el conductor interno. La utilizacion de aluminio ofrece ventajas en cuanto a los costes, ya que los costes de material son mas reducidos y el procesamiento es mas sencillo que en el caso del cobre. Ademas, no se necesitan uniones de tecnica de soldadura blanda y soldadura dura entre material de cobre y de aluminio. El peso mas reducido del aluminio ofrece ademas ventajas durante el transporte y el manejo en el lugar.
Un ejemplo de ejecucion preferente de la invencion se explica en detalle mediante el dibujo que se adjunta. Las figuras muestran:
Figura 1: una representacion esquematica de la conexion de tres lineas de salida de generador segun la presente invencion en un area de conexion en la base del generador;
Figura 2: una representacion ampliada del detalle B de la figura 1, el cual muestra la estructura de un ejemplo de ejecucion preferente de una lfnea de salida de generador segun la invencion;
Figuras 3a y 3b: una representacion ampliada del conductor interno de la lfnea de salida de generador de la figura 2, asf como un esquema equivalente del mismo;
Figura 4: una representacion esquematica de la conexion de tres lfneas de salida de generador convencionales en un area de conexion en la base del generador; y
Figura 5: una representacion ampliada del detalle E de la figura 4, el cual muestra la estructura de la lfnea de salida de generador convencional.
A continuacion se presenta una descripcion de un ejemplo de ejecucion preferente de una lfnea de salida de generador segun la presente invencion, la cual, ventajosamente, puede utilizarse en un area de conexion en la base del generador. Con el fin de una mayor claridad, para los mismos componentes o elementos se utilizan las mismas cifras de referencia que en el caso de la lfnea de salida de generador convencional de las figuras 4 y 5.
En la base del generador 14 de un generador esta proporcionada una abertura de la base del generador 26, a traves de la cual son conducidas hacia el exterior las tres conexiones electricas del sistema de corriente trifasica de 3 fases, mediante piezas de conexion 28 y conductos del generador 16, desde la carcasa del generador. Las lfneas de salida de generador 10 de las tres fases se componen respectivamente de un conductor interno 11 cilmdrico y de un area de conexion de tubo envolvente 12 dispuesto concentricamente con respecto al conductor interno 11, para el aislamiento monofasico del conductor interno 11. Los conductores internos 11 estan conectados con los conductos del generador 16 mediante bandas de extension flexibles 18 de cobre, para garantizar una seguridad mecanica con respecto a vibraciones, para la conexion electrica. Por el mismo motivo, tambien el area de conexion de tubo envolvente 12 puede estar provista de un compensador de extension a modo de fuelle o de tubo corrugado (no representado).
Como puede observarse en particular en la figura 2, el conductor interno 11, mediante un conducto de disco 20 de resina de colada, se encuentra de modo estanco con respecto a la pared interna del area de conexion de tubo envolvente 12. Ademas, el conductor interno 11 se convierte en un tubo conductor interno 22 con un diametro mas grande, y el area de conexion de tubo envolvente 12 se convierte en un tubo envolvente 23 con diametro mas grande. Tanto el conductor interno 11, como tambien el area de conexion de tubo envolvente 12, estan fabricados de aluminio, en particular de aluminio puro Algg,5.
El diametro externo Da del conductor interno de aluminio 11 de la lfnea de salida de generador 10 segun la invencion corresponde al diametro externo del conductor interno de cobre de la construccion convencional de las figuras 4 y 5, de modo que pueden mantenerse las configuraciones existentes para soluciones de conexion de generador monofasicas, es decir la realizacion de la base del generador 14 y la disposicion compacta de los conductos del generador 16.
Como se representa en las figuras 2 y 3a), el conductor interno 11 cilmdrico 11 de aluminio esta disenado como la asf llamada construccion de tubo doble, es decir, que el conductor interno 11 esta estructurado en base a un tubo conductor interno 11a y a un tubo conductor externo 11 b, asf como en base a una conexion 30 a modo de una cruz. El tubo conductor interno 11a y el tubo conductor externo 11b, preferentemente, estan dispuestos concentricamente uno con respecto a otro, y los dos estan fabricados de aluminio. Para establecer la conexion 30 a modo de una cruz, el tubo conductor interno y el externo 11a, 11b estan separados por ejemplo en la direccion transversal del conductor interno 11 y, a continuacion, se unen nuevamente mediante tecnica de soldadura dura, a traves de una interconexion en X, con perfiles planos de aluminio.
A traves de esa construccion de tubo doble del conductor interno 11, las rutas de corriente en el conductor interno 11 cambian en direccion longitudinal del conductor interno 11 en el punto de la conexion 30 a modo de una cruz, entre el tubo conductor interno 11a y el tubo conductor externo 11b. De ese modo se logra que tambien en el caso de una transmision de corriente alterna, la corriente del generador total iGen se divida en el tubo conductor interno 11a y en el tubo conductor externo 11 b.
Para producir una division regular de la corriente del generador IGen hacia el tubo conductor interno 11a y hacia el tubo conductor externo 11b, la conexion 30 a modo de una cruz 30 debe estar dispuesta en la posicion central en direccion longitudinal, es decir, en la mitad de la longitud L/2 del conductor interno 11. Ademas, las geometrfas del conductor interno 11, es decir el diametro y los grosores de las paredes de los tubos conductores 11a y 11b, deben ser iguales en la primera y en la segunda seccion.
En este punto cabe senalar que la presente invencion no esta limitada a un cambio de las rutas de corriente en el centro del conductor interno 11. En principio tambien es posible prever varios cambios de las rutas de corriente entre el tubo conductor interno 11a y el tubo conductor externo 11b. Por ejemplo, un primer cambio puede tener lugar aproximadamente en 1/4 y un segundo cambio aproximadamente en 3/4 del conductor interno 11. La conexion 30 a modo de una cruz tampoco esta limitada a la construccion antes indicada, pero debe tener la menor impedancia posible.
Como puede observarse en base al esquema equivalente de la construccion de tubo doble de la figura 3b, por una parte, las resistencias inductivas Xa del tubo conductor externo 11b en la primera y en la segunda seccion son iguales (Xa1=Xa2) y las resistencias Ra del tubo conductor externo 11b en la primera y en la segunda seccion son iguales (Ra1=Ra2), y por otra parte las resistencias inductivas Xi del tubo conductor interno 11a en la primera y en la segunda seccion son iguales (Xi1=Xi2) y las resistencias Ri del tubo conductor interno 11a en la primera y en la segunda seccion son iguales (Ri1=Ri2). De este modo, tambien las resistencias de corriente alterna Za del tubo conductor externo 11b son iguales en la primera y en la segunda seccion (Za1=Za2), asi como las resistencias de corriente alterna Zi del tubo conductor interno 11a en la primera y en la segunda seccion son iguales (Zi1=Zi2). Ademas, la resistencia de corriente alterna de una ruta de corriente que en la primera seccion conduce a traves del tubo conductor externo 11b y en la segunda seccion a traves del tubo conductor interno 11a, se compone de Z = Za1 + Zi2 , y la resistencia de corriente alterna de la otra ruta de corriente que en la primera seccion conduce a traves del tubo conductor interno 11a y en la segunda seccion a traves del tubo conductor externo 11b, se compone de Z = Zi1 + Za2. Con Za1=Za2 y Zi1=Zi2 resulta por tanto que las resistencias de corriente alterna Z en las dos rutas de corriente son iguales. En el caso de las mismas resistencias de corriente alterna Z en las dos rutas de corriente debe circular tambien la misma corriente en las dos rutas de corriente, a saber I = lGen/2.
A traves de esa division uniforme preferente del flujo de corriente a traves del tubo conductor interno 11a y del tubo conductor externo 11b del conductor interno 11 tambien las perdidas ohmicas se dividen automaticamente de modo uniforme en ambos tubos conductores 11a y 11b, de modo que pueden observarse las temperaturas admisibles para el conductor interno 11, aun cuando para el tubo conductor interno y externo 11a, 11b del conductor interno 11 se utilice aluminio con una peor conductancia electrica que el cobre.
Como se representa en las figuras 2 y 3a), el tubo conductor interno y el externo 11a y 11b del conductor interno 11 presentan ademas aberturas de ventilacion 32 para poder enfriar el conductor interno 11 desde el exterior y desde el interior con aire de refrigeracion, en particular mediante conveccion natural.
En un ejemplo de ejecucion de una linea de salida de generador 10 segun la invencion, ya probado en la practica, con la estructura antes descrita, por ejemplo la longitud L del conductor interno 11 se ubica aproximadamente entre 1,0 y 2 m, el diametro del area de conexion del tubo envolvente 12 se ubica aproximadamente entre 1,3 y 1,5 m, el diametro externo del tubo conductor externo 11b del conductor interno 11 se ubica aproximadamente en 600 mm, y el diametro externo Di del tubo conductor interno 11a se ubica aproximadamente en 400 mm. Los grosores de las paredes del tubo conductor interno y externo 11a y 11b estan seleccionados aproximadamente en 20 mm.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Linea de salida de generador (10) para la conexion electrica entre un generador y un transformador, con un conductor interno (11) cilindrico y un area de conexion de tubo envolvente (12) cilindrica dispuesta concentricamente con respecto al conductor interno, donde el conductor interno (11) presenta un tubo conductor interno (11a) y un tubo conductor externo (11b), caracterizado porque el tubo conductor interno (11) y el externo (11b) del conductor interno estan separados respectivamente en direccion transversal y estan conectados uno con otro a modo de una cruz, de manera que las rutas de corriente en direccion longitudinal del conductor interno (11) cambian al menos una vez entre el tubo conductor externo (11b) y el tubo conductor interno (11 a).
2. Linea de salida de generador segun la reivindicacion 1, en donde los tubos conductores interno y externo (11a, 11b) estan fabricados de aluminio.
3. Linea de salida de generador segun la reivindicacion 1 o 2, en donde las rutas de corriente en direccion del eje longitudinal del conductor interno (11) cambian una vez en una posicion central en la direccion longitudinal del conductor interno entre el tubo conductor externo (11b) y el tubo conductor interno (11 a).
4. Linea de salida de generador segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el tubo conductor interno (11) y el tubo conductor externo (11b) del conductor interno (11) estan dispuestos de forma concentrica.
5. Linea de salida de generador segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la linea de salida de generador (10) esta dispuesta en un area de conexion del generador, en la base del generador (14).
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