TEMA: Visita Técnica a las Centrales Hidroeléctricas Illuchi I y II OBJETIVO GENERAL:
Visitar las centrales hidroeléctricas Illuchi I y II con la finalidad de conocer como producen la generación, los efectos que ocurren en este proceso de transformación de energía mecánica a energía eléctrica, mediante el aprovechamiento de recursos hídricos, por medio de la observación de todos los elementos que componen la estructura de una central hidroeléctrica para complementación de los estudios ya adquiridos dentro de clases.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Comprender de una mejor manera el funcionamiento funcionamiento y el estudio estudio de cada una de las partes que componen una central hidroeléctrica. Analizar y verificar las conexiones conexiones de cada uno de de los elementos que componen la central, sus protecciones, casa de máquinas etc., hasta llegar a la transformación y distribución de la energía obtenida. Conocer el método que se emplea emplea para la distribución distribución y trasportación trasportación de la energía obtenida mediante la generación, para saber su corriente y voltajes nominales que puede alcanzar la central antes de ser llevada a una subestación para la distribución a cada uno de los usuarios.
MARCO TEORICO: CENTRAL HIDROELECTRICA ILLUCHI I
La central hidroeléctrica hidroeléctrica Illuchi I, fue construida construida en el año 1951, tiene tiene ya más de 60 años de operación en forma continua, por lo tanto ha terminado su vida útil técnica pero sigue operando gracias a un óptimo mantenimiento preventivo y correctivo de sus generadoras. La central hidroeléctrica Iluchi Iluchi I, es una central hidráulica, compuesta de cuatro turbinas marca Bell, tipo Pelton, que accionan cuatro generadores marca BBC que funcionan a un voltaje de 2400 voltios. La potencia potencia total instalada es es de 5244 kVA, distribuida en dos grupos grupos de 872 kVA de 1200 1200 rpm y dos de 1750 1750 kVA de 900 rpm. Las tuberías de presión de la central Illuchi 1 tienen una altura bruta de 310 m, una longitud de 1150 m y 558 mm de diámetro, y los siguientes espesores promedios: Grupo 1 – 2 4,40 - 4,42 mm 12,0 mm a la entrada de casa de máquinas y codos. Grupo 3 4,95 – 5,02 mm 11,0 mm a la entrada de casa de máquinas y codos. Grupo 4 7,05 – 7,18 mm 10 mm en el codo de entrada a la casa de máquinas.
La subestación de elevación está formada por tres transformadores de 23/2.4 kV, 1750 kVA, que trabajan en paralelo y se interconectan al sistema de ELEPCO, mediante una línea trifásica de de 23 kV hasta hasta la S/E El Calvario. Calvario.
Están constituidas por los grupos Turbina – Generador; están instalados 2 grupos de 862 KVA, 2 grupos de 1750 KVA con una potencia firme de 4200 KW ubicada en el sector de Pusuchisi cuyas características son:
Marca Teodoro Bell – año 1.951 Turbinas Pelton de eje horizontal Caída neta 290 mts. Caudal: Grupos de 872 KVA – 305 lts/seg. Grupos de 1750 KVA – 600 lts/seg. Regulador de velocidad 100/225 Kg. Tubería metálica de presión de 1200 mts y 558 mm de diámetro. Año de fabricación 1950.
La turbina es el alma de una central hidroeléctrica y dependiendo de la turbina que se use es la cantidad de electricidad que se produzca.
La turbina PELTON debe su nombre al ingeniero norteamericano Lester Allen Pelton (1.829-1.908). En 1.880 patentó una turbina con palas periféricas de muy particular diseño, de tal manera que el chorro proveniente de la tubería golpea el centro de cada pala o cuchara con el fin de aprovechar al máximo el empuje del agua. A las cucharas y palas se les nombran ÁLABES. El álabe tiene la forma de doble cuchara, con una arista diametral sobre la que incide el agua produciéndose una desviación simétrica en dirección axial, buscando un equilibrio dinámico de la máquina en esa dirección. En este tipo de turbinas Pelton se facilita la colocación del sistema de alimentación en un plano horizontal, lo que permite aumentar el número de chorros por rueda (4 a 6); con esto se puede incrementar el caudal y tener
mayor potencia por unidad. Se acorta la longitud del eje turbina- generador; se amenguan las excavaciones; se puede disminuir el diámetro de rueda y aumentar la velocidad de giro, se reduce en fin el peso de la turbina por unidad de potencia. En esta disposición solo se pueden instalar turbinas de uno o dos chorros como máximo, debido a la complicada instalación y mantenimiento de los inyectores.
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. A medida que la espira gira, el flujo magnético a través de ella cambia con el tiempo, induciéndose una fuerza electromotriz, y si existe un circuito externo, circulará una corriente eléctrica. Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía (hidráulica, térmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada. 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. Está 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 produce 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, o sea, dicho de otro modo en que fuente de energía primaria se utiliza, para convertir la energía contenida en ella en energía eléctrica.
Teniendo la Central Illuchi 1 los siguientes generadores. Generador 1 y 2: Pot. 872 KVA; cosφ 0,8; con una excitación de 35 V, 235 Amp, RPM 1200-2200.
Generador 3 y 4: Pot. 1750 KVA; cosφ 0,8; con una exitación de 58 V, 224
Amp, RPM 900-1620.
CASA DE MAQUINAS Y CONEXIONES ELECTRICAS: Los tableros integrados de control y potencia de 2400 voltios de todos los grupos, son muy antiguos, con elementos de control e instrumentación que están operativos, pero que en caso de daño, se hará muy difícil su reemplazo, por ser muy difícil encontrarlos por su obsolescencia en las fábricas de origen, se muestra el diagrama del tablero de control de la central Illuchi 1 para cada grupo generador, en donde se encuentra el selector para la apertura o cierre del disyuntor, conmutador de voltaje, amperímetro para cada fase, medidor de energía, cosfímetro y los diferentes relés para la protección del generador.
Cada tablero para el respectivo grupo generador, está dividido en tres partes que fundamentalmente son: • Llegada: donde se reciben las señales para medición y protección de los
generadores. • Salida: donde se tiene un voltímetro, para medir el voltaje a la salida de la
subestación, se tiene también el conmutador para activar o desactivar el disyuntor. • Excitación: aquí se tiene un voltímetro y amperímetro para controlar el voltaje
y corriente respectivamente en la excitación del generador, también existe un sincronoscopio diferencial. ELEMENTOS ENCONTRADOS EN LOS TABLEROS DE CONTROL
SUBESTACIÓN DE LA CENTRAL ILLUCHI I La central cuenta con su respectiva subestación que está ubicada junto a la casa de máquinas. La subestación Illuchi 1 dispone de tres transformadores con su equipo de protección y seccionamiento, luego distribuye su energía hacia la subestación El Calvario mediante una línea de transmisión a un nivel de voltaje de 22 kV. Los equipos de la subestación como son transformadores, seccionadores, están indicados de igual manera indicados Transformador Principal: Conexión Triangulo –Estrella
AQUÍ SE NUESTRA EL DIAGRANA UNIFILRR DE LA CENTRAL
En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas arriba" de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales. El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas.
Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos. La Central Illuchi 1 presenta estas características, ya que consta con su embalse, del cual el agua es llevada a la casa de máquinas por medio de una tubería, para allí mover las turbinas, y producir la energía eléctrica. De acuerdo a la clasificación que se suele usar en nuestro país se puede indicar que la central Illuchi 1 es una central en cascada, ya que forma parte de un grupo de centrales que aprovechan el agua de centrales aguas arriba. La central Illuchi 1 es la primera central del sistema en cascada.
CENTRAL HIDROELECTRICA ILLUCHI II
Es una central hidroeléctrica pero con diferentes características con respecto a la anterior, ya que es una central de paso. Además esta central es más actual con respecto a la anterior, ya que fue construida en el año 1984 por lo tanto sus equipos tienen mayor vida útil, y se encuentran funcionando de una manera adecuada. Esta central utiliza el agua turbinada que sale de la Central Illuchi 1 para producir la energía eléctrica; esto con el fin de aprovechar la energía potencial del agua. En esta central de Illuchi II consta de 2 generadoras con las siguientes características: Generador 1: Pot. 3250 KVA; cosφ 0,8; con una excitación de 80 V, 345 Amp,
RPM 720-1274.
Generador 2: Pot. 3250 KVA; cosφ
0,8; con una excitación de 80 V, 245
Amp, RPM 1200-2200. Interruptor, equipo de maniobra, estructuras, conductores, aisladores de la subestación 13,8 kV (F.E..=1), se encuentran en óptimo estado.
La línea de transmisión hacia la subestación el Calvario se encuentra muy bien, por lo tanto no requiere ningún tipo de modificación. EQUIPOS Y TUBERÍAS Las unidades de esta central se encuentran operativas, con condiciones de funcionamiento dentro de los parámetros normales, en lo relacionado a vibraciones y temperaturas de cojinetes; no presentan fugas de aceite en el regulador ni existen ruidos extraños durante su funcionamiento. Para esta central como es más moderna ya no existe un ruido exceptivo como en la central Illuchi I con mejoramiento y tecnología más avanzada. TUBERÍAS Las tuberías de presión de la Central Illuchi 2 tienen una longitud de 1723 m y 558 mm de diámetro, tienen los siguientes espesores promedios: 16 Grupo 1: 11,38 – 11,97 mm 12,0 mm a la entrada de casa de máquinas
14,9 mm de bifurcación Grupo 2: 8,05 – 8,23 mm 12,00 mm a la entrada de casa de máquinas y codo
PARTE ELÉCTRICA De manera similar que la central Illuchi 1, para considerar el estado de los equipos se ha empleado el factor de estado, ya que permite realizar un análisis de los equipos considerado la vida útil de los mismos y que tan a menudo están operando. La instrumentación y los relés de protección son fabricados por ABB, muy antiguos, de tipo electromecánico, y no se encuentran disponibles en el mercado.
El mando del regulador de velocidad, limitador de apertura y el regulador de voltaje de las unidades es motorizado desde los tableros de control.
Los interruptores de unidad de 2400 V, son del tipo Metalclad, pero sus daños en la parte mecánica han ocasionado la indisponibilidad de motores de carga de los resortes, por lo que está operación debe hacerlo el operador en forma manual con manivela.
Esta central genera a un voltaje de 2400 V, que alimenta un transformador de elevación de 2400/13800 V, para transmitir energía a través de un interruptor de salida.
En esta central también encontramos una casa de máquinas que permite tener el control de toda la subestación y conocer los datos que producen las generadoras así como alarmas para prevenir alguna falla y daños dados dentro de la central.
TABLEROS DE CONTROL DE ILLUCHI II
Aquí la descripción de todos los elementos existe dentro del tablero de control 1.- Disyuntor para el grupo generador 1. 2.- Disyuntor para el grupo generador 2. 3.- Punto neutro para el generador 1.
4.- Punto neutro para el generador 2. 5.- Medidores analógicos para las diferentes magnitudes eléctricas que intervienen en los generadores. 6.- Panel indicador de alarmas. 7.- Selector de cuatro posiciones para realizar la medida de voltaje entre fase y fase en el panel de salida. 8.- Medidores en el panel de salida. 9.- Sincronoscopio. 10.- Selector para la regulación de voltaje de campo, que puede ser manual o automática (para los dos grupos) 11.- Limitador de apertura de las válvulas 12.- Relés electromecánicos de protección para los generadores. 13.- Diagrama unifilar para el grupo generador correspondiente. 14.- Diagrama unifilar de la subestación. 15.- Relé de protección diferencial para el transformador. 16.- Panel de alarmas para la subestación. Además consta de unas alarmas para la posición del transformador y cada uno de los elementos se los indica a continuación describiendo como son y lo fundamental dentro una central hidroeléctrica.
Alarma # 2
Tablero de alarma salida del transformador
Leyenda para disposición de tablero de control y medida
SUBESTACIÓN Y LÍNEA DE TRANSMISIÓN Esta subestación presenta un esquema de barra simple, en el que se tiene simplemente el transformador trifásico 6500 kVA en aceite de 2,4/13,8 kV, un disyuntor en aceite, los TP y TC para las señales de medición y protección. El diagrama unifilar presenta la siguiente configuración:
La subestación y la línea de transmisión que se conecta a la Subestación El Calvario
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CENTRAL ILLUCHI 2 El funcionamiento de esta central es el mismo que el de la central Illuchi1, ya que cuenta con la misma constitución, el mismo tipo de turbinas (pero más modernas), el mismo tipo de tubería de presión, pero vale indicar que la Central Illuchi 2 aprovecha el agua turbinada que proviene de la Central Illuchi 1 para generar la energía eléctrica a través de canal de tuberías.
Adiconal ha esto se encuentran una un cuarto de serviios auxiliares para luminarias y otros elementos que se necesitan para el funcionamiento dentro de la central.
ANALISIS DE LA VISITA: Las centrales hidroeléctricas Illichi 1 y 2 son creadas con la necesidad de generar energía eléctrica mediante el aprovechamiento del recurso hídrico existente en la provincia de Cotopaxi fue una de las tres primeras centrales construidas en la provincia ya que se aprovecha la existencia de ojos de agua y lagunas existentes en la zona para ser transportado por la construcción de un túnel perforado tipo baúl con dimensiones 1.85m de altura por 1.5m y una longitud de 340m y 260m y otra longitud de 600m para llegar a tener un caudal de 200 litros por segundo para obtener una generación de 8.059200 kw-h que gebera las centrales tanto Illuchi 1 y 2 mensualmente, la central Illuchi I genera 5.244 kw mientras que Illuchi II genera 6.500 kw después de cumplir la transportación de agua por el túnel llega a un tanque de presión ubica en Illuchi 1 a una altura de 3700msm con un almacenamiento de 300 metros cúbicos ya embalsado esto permite el acceso a tres tuberías construidas de 1200m que bajan a las turbinas para generar el proceso de conversión de energía cinética a energía mecánica para por medio de la caída de agua con gran presión mover las turbinas Paltón de doble cuchara para generar el movimiento mecánico y por medio de las excitatrices para generar un voltaje de 2400v, entonces llegamos a las turbinas en Illuchi 1 donde vamos tener dos grupo de generadoras en el primer grupo los Generador 1 y 2: Pot. 872 KVA; cosφ
0,8;
con una excitación de 35 V, 235 Amp, RPM 1200-2200 mientras que en el segundo grupo los Generador 3 y 4: Pot. 1750 KVA; cosφ
0,8; con una
exitación de 58 V, 224 Amp, RPM 900-1620 para luego llevar a los tableros de control donde se encuentran los aparatos de medición de voltaje potencia amperaje y además consta de un interruptor principal que funciona en aceite y este opaca el arco eléctrico al momento de abrir el circuito y por ultimo llegar a la parte de la subestación don se encuentra un transformador elevador que eleva los voltajes de 2.400 a 22.000v con un enfriamiento con aire natural con seccionadores de porcelana y polietileno con fusibles y protecciones en aceite para luego ser transportado por medio aéreo con un cable de cobre hasta llegar a al subestación el Calvario uno de los puntos a tener en cuenta es que en esta subestación no tiene un neutro sino un cable guardia y por ende el voltaje total se define al dividir para raíz de tres y otra punto a tener es que se implanto un sistemas de enfriamiento mediante agua que se lo in vento criollamente además de poseer una cabina de control que es monitoreado por un operario y además que la central ya cumplió su vida útil por lo que se realizan mantenimientos más seguidamente en todas las generadoras para que sigan dando un óptimo trabajo y en sus armarios poseen relés que dan una protección a todos los elementos al momento de sufrir subidas de voltaje o de amperaje dando alertas algún falla existente. Illuchi 2 es una central hidroeléctrica mucho más moderna cumple el mismo funcionamiento que en la central Illuchi 1 ya que el agua que sale de Illuchi 1 es llevada igual por medio de tuberías hasta Illuchi 2 para cumplir el mismo mecanismo, mediante el almacenamiento baja por dos tuberías hasta llegar a las turbinas y generar energía electrica en el Generador 1: Pot. 3250 KVA; cosφ 0,8; con una excitación de 80 V, 345 Amp, RPM 720-1274 mientras tanto que en el Generador 2: Pot. 3250 KVA; cosφ 0,8; con una excitación de
80 V, 345 Amp, RPM 720-1274 esta central posee equipos de medición mas
modernos y un disyuntos principal que funciona con el mecanismo de vacío para extinguir el arco eléctrico además de una serie de alarmas que dan avisos de fallas y sobrecargas que existan en la central además poseen reguladores de velocidad para cuando existe un alto voltaje estos cierren el caudal y no se produzcan daños lo mismo ocurre cuando hay bajo voltaje este incrementa el caudal y da más fuerza a las turbina para complementar el voltaje que se requiere luego llega a ala subestación den igual existe un transformador elevador que tiene rangos de volteje de 2.400 hasta 13.800 con un amperaje de 6500KVA también poseen los transformadores de medición de Tc y Tp para observar los distintos niveles de voltaje amperaje potencia y estos son más exactos al momento de la medición para luego ser trasladados a la subestación el calvario también poseen un cuarto de servicios auxiliares para luminarias y otros elementos que se requieren el funcionamiento dentro de la central hidroeléctrica. SISTEMA DE OBSERVACION: Uno de los inconvenientes en la central Illuchi 1 es el ruido excesivo que producen las generadoras por ya haber cumplido su vida útil además que la falta de recursos económicos no prestan para cambiar las generadoras y con el medio que vivimos no damos uso a los recursos que poseen los gobiernos para invertir en pequeñas centrales sino que tratan de crear grandes proyectos para beneficios políticos, otro problema es la de no haber proveído un calentamiento en los generadores y aplicar mecanismos de refrigeración que son criollos pero sirven para suplir los problemas que generan las maquinas además de no modernizar los equipos de medida para tener mediciones exactas. Otro problema que observe es la de que en la subestación no poseen una buena protección algunos equipos además que al estar adoquinado la baso donde se asienta la central es un peligro porque se acumula el agua y lo ideal sería tener un suelo con lastre para absorber humedad. En Illuchi 2 el beneficio de contar ya con máquinas más nuevas el ruido es menos peligroso y los equipos son más exactos. Otro problema es que en algunos armarios no han sido conectados todos los elementos que vienen en ellos sin saber por qué o que falla hubo para no ser conectados CONCLUSIONES
Una CENTRAL HGIDROELECTRICA es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la función de generar energía eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico y para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento mediante el cuarto de máquinas donde nos puede indicar alguna anomalía en el sistema eléctrico. La simbología y nomenclatura que se encuentra en la casa de control ayudan a la pronta interpretación del diagrama eléctrico de la conformación de la central hidroeléctrica Illuchi I y II en los cuales se representa en forma simbólicamente el equipo mayor en un solo hilo (diagrama unifilar).
Dentro
de las centrales de Illuchi se da manteamientos preventivos y correctivos con mayor frecuencia porque muchos de estos generadores ya cumplieron su tiempo útil pero siguen funcionando gracias a estos mantenimientos
RECOMENDACIÓN Se debe tener cuidado al ingresar a cuarto de control ya que accidentalmente se puede accionar algún dispositivo y causar problemas en la subestación. deben ser Todos los elementos de protección como los relés reseteados cada vez que ocurra una falla ya que estos se quedan enclavados por seguridad del sistema. Todas las máquinas. elementos de la central de Illuchi deben estar puestos a un mallado a tierra para que no exista un diferencial de potencial ya que puede dañar las maquinarias de la central y tengan un mejor tiempo de vida.
BIBLIOGRAFIA http://dspace.epn.edu.ec/bitstream/15000/8879/7/T%2011047%20CAPIT ULO%202.pdf http://dspace.epn.edu.ec/bitstream/15000/8879/7/T%2011047%20CAPIT ULO%202.pdf http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/g enerador.html
