Formation Alternateur

FORMATION ALTERNATEUR

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LES CONTRAINTES L’alternateur est une machine complexe réunissant des concepts mécaniques, électriques, chimiques. Il est soumis à des contraintes:  Electriques  Thermiques  Mécaniques  Chimiques

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LES CONTRAINTES ELECTRIQUES Affectent tous les isolants de l'alternateur (isolation des barres statoriques, des bornes, du bobinage rotorique, ...)

LES CONTRAINTES THERMIQUES Affectent tous les éléments de l’alternateur, rotor, stator,paliers, excitateur doivent supporter des variations de température de plusieurs dizaines de degrés. D’une part cela génère des cyclages thermiques source de fatigue et d’autre part, les pertes cause de ces élévations de température doivent être évacuées sous peine d’atteindre des températures destructrices pour les matériaux (fusion, déformation, …) ceci met en relief le rôle essentiel des circuits de refroidissement.

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LES CONTRAINTES MECANIQUES Affectent toutes les pièces mécaniques même statiques

le stator est soumis aux efforts: électrodynamiques puisés qui sollicitent les calages de ses développantes. Les pièces tournantes sont soumises aux efforts centrifuges. Les dilatations différentielles entre divers constituants entraînent des contraintes aux interfaces ou sur les calages.

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LES CONTRAINTES CHIMIQUES Affectent essentiellement les conducteurs creux assurant le refroidissement des barres statoriques, mais également, des éléments sensibles comme les frettes rotoriques en acier NMF3, ou les joints d'étanchéité en caoutchouc.

C'est généralement sous l'action conjuguée de ces contraintes qu'apparaissent les avaries de matériel: les ruptures de tuyauteries inox d'alimentation des boîtes à eau des barres statoriques par fatigue vibratoire, le martèlement des barres statoriques lorsqu'elles sont mal calées, le claquage de barre statorique par humidification de l'isolant. P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH 2008

SURVEILLANCE PROTECTION 1. 2. 3.

Les systèmes de protections Les systèmes de surveillance-protection Les bilans de santé

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LES SYSTEMES DE PROTECTION Masse stator (Défaut d'isolement)

Défaut à la masse du bobinage (Fuite boîte à eau, blessure de l’isolant, corps étranger). Défaut à la masse du circuit externe. Transfos non identiques.

Contrôle de la chaîne de protection. Mesure globale d'isolement (si possible après vidange et séchage du circuit d'eau)

Différentielle longitudinale

Défaut entre phases dans bobinage ou dans les caissons des bornes. Désappairage des TC (fuite magnétique). Défaillance d'un TC ou de la connectique.

Déconnecter le stator côté neutre et côté phase. Mesure d'isolement interphase.

Déséquilibre

Piquage monophasé (rare en 400 kV). Fonctionnement biphasé temporaire (Incidents poste ou réseau). Défaillance d'un TC ou de la connectique.

Inspection de la surface externe du rotor et des becs de frette (points chauds) à l'occasion de la prochaine sortie du rotor, les régimes déséquilibrés entraînant des échauffements parasites par courants inverses.

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LES SYSTEMES DE PROTECTION Surcharge (Maximum intensité stator)

Puissance débitée importante à tension réseau faible. 

Rupture de synchronisme par perte d'excitation. 

Ramener l'intensité stator en dessous de la valeur d'alarme, en concertation avec le Centre Régional d'Exploitation du Système

Maximum de tension stator

Défaut du système d'excitation. Tension réseau trop haute.

S'assurer que le régulateur et ses boucles de retour sont opérationnels.

Rupture de synchronisme-

Défaut interne : manque excitation (défaut régulation ou ouverture du bobinage rotor).Défaut externe (défaut réseau mal éliminé) : absorption importante de réactif, etc.

En dehors d'un défaut externe identifié, recherche de l'origine interne pouvant se situer soit au niveau du système d'excitation-régulation de tension, soit au niveau du rotor par ouverture de l'inducteur (connexion interpolaire). Dans ce dernier cas, le défaut est bien souvent accompagné d'une masse rotor.

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LES SYSTEMES DE PROTECTION Masse rotor-

-Défaut d'isolement interne au rotor (excitation à diodes tournantes) -Rupture de téflon et humidification des isolants. Humidité H2 anormale. - Défaut d'isolement de l'induit de l'excitateur. - Pollution conductrice sur le dispositif de mesure d'isolement rotor à bagues et balais-

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Contrôle des paramètres du relais de mesure. Si aucune crainte de masses multiples et si vibrations et intensité rotor normales : arrêter le groupe à court terme selon les possibilités du réseau pour une mesure de l'isolement. Analyse, recherche du défaut et actions correctives. Si crainte de masses multiples ou si les vibrations ou intensité rotor sont anormales : arrêt immédiat de la machine (risque de fusion du fer rotor ou des frettes en cas de second défaut rotor) puis: mesure de l'isolement, . Analyse, recherche du défaut et actions correctives.

LES SYSTEMES DE PROTECTION Masse rotor (suite)

Ecitation à bagues - Défaut d'isolement de l'excitation. - Encrassement des bagues ou des puits de connexion d'alimentation du rotor par la poussière de balais.

20/02/2011

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Masse rotor 1 er stade : - vérification des balais de mise à la masse de l'arbre et de leur pression d'appui. - faire un suivi journalier de l'équilibrage des tensions d'excitation + et -, - en cas de doute sur l'isolement interne du rotor ou de l'excitation, arrêter le groupe selon les possibilités du réseau pour : . mesure de l'isolement, . analyse, . recherche du défaut et actions correctives. Masse rotor 2ème stade : - arrêt automatique de la machine (risque de fusion du fer rotor ou des frettes en cas de second défaut rotor) puis : . mesure de l'isolement, . analyse, . recherche du défaut et actions correctives.

LES SYSTEMES DE PROTECTION Surcharge rotor (Maximum intensité rotor)

- Puissance réactive débitée trop importante. - Défaillance du système d'excitation : Carte de commande . Boucle de limitation . Boucle stabilisatrice.

Recherche des causes du dysfonctionnement du régulateur de tension (réglages des butées, des limites de surexcitation). Risques : - vieillissement prématuré des isolants et des matériaux composites, - mouvements irréversibles

.

des conducteurs AP huile hydrogène anormale (pression d'huile faible) Si pression d'huile haute . "Entrée liquide alternateur"

- Mauvais fonctionnement du poste huile étanchéité (notamment régulation de pression). - Usure des anneaux d'étanchéité. - Détérioration de la portée de l'arbre. - Léchettes hors tolérance.

20/02/2011

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- Investigations immédiates sur le poste d'huile (débit d'huile, pression, encrassement des filtres, etc.). - Si le débit d'huile est élevé, il y a augmentation du jeu entre l'anneau et l'arbre (ex. : dégradation de la portée, coincement de l'anneau).

LES SYSTEMES DE PROTECTION Entrée liquide alternateur

20/02/2011

- Fuite d'eau aux réfrigérants d'hydrogène. - Fuite d'eau sur le circuit de refroidissement des barres statoriques (fortes brèches). - Fissuration ou rupture d'une liaison hydraulique (tube inox, téflon). - Fuites d'huile aux anneaux d'huile d'étanchéité. - Engorgement du/des palier(s)

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- Isoler le réfrigérant défectueux. - Arrêter la machine pour boucher le(s) tube(s) fuyard(s) ou remplacer le réfrigérant incriminé. - Une fuite de type forte brèche s'accompagne également d'une entrée d'hydrogène dans l'eau stator. - Arrêt immédiat de la machine car il y a risque d'amorçage à la masse du rotor par humidification des isolants. - Vérifier la AP huile H2. Action sur la régulation de AP. - Si fuites importantes et non maîtrisables, arrêter la machine pour contrôle des anneaux d'étanchéité ou du circuit d’huile d’étanchéité. - Contrôler l'état des retours d'huile du/des palier(s). - Faire un suivi des températures des coussinets.

LES SYSTEMES DE PROTECTION Conductivité eau stator élevée

- Défaut de fonctionnement du désioniseur ou désioniseur hors service.- Saturation des résines. - Eau d'appoint polluée. - Relargage des filtres.

-Vérifier

le fonctionnement du désioniseur. -Remplacer les résines. -Contrôler l'eau d'appoint. -Contrôler la température d'eau à l'entrée du stator (si > 50 °C, détérioration des résines). -Risques : échauffement excessif des téflons par augmentation des pertes diélectriques, - bouchage des conducteurscreux en cuivre.

Débit d'eau de refroidissement faible

20/02/2011

-Filtres

encrassés.- Vanne mal positionnée.- Fuite d'eau externe à la machine.- Perte de caractéristiques des pompes. - Perte de la source électrique alimentant les pompes P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH 2008

-Suivi

des débits. - Enclencher une pompe supplémentaire. - Nettoyer les filtres.

LES SYSTEMES DE PROTECTION - Défaut d'isolement du palier arrière ou du joint d'huile (pollution ou détérioration des isolants). - Défaut de montage (sondes blindées non isolées) tubulures d'huile non isolées).

- Procéder à la remise en état de l'isolation du palier arrière et/ou du joint d'huile d'étanchéité hydrogène, dans les plus courts délais. Risque de détérioration des coussinets et des soies d'arbre par passage de courant.

Températures des paliers élevées ou AT avant/arrière d'un coussinet élevée

-Température

-Action

20/02/2011

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Courant d'arbre

huile élevée. Défaut de montage. - Dérive des sondes (rare).Dérive de la chaîne de mesure de température. - Débit d'huile faible. - Courant d'arbre (piqûre des coussinets)

immédiate : baisser le point de consigne température huile - Actions différées : - nettoyage des réfrigérants d'huile, reprise du lignage, contrôle des coussinets, contrôle des pressions de soulèvement.

LES SYSTEMES DE SURVEILLANCEPROTECTION GRANDEUR SURVEILLEE Fuites d'hydrogène externes N.B. : une fuite d'H2 externe à l'alternateur peut conduire à la présence d'un mélange détonant dans certaines zones. L'emploi de détecteur d'H2 et le respect des consignes de sécurité sont obligatoires.

20/02/2011

ACTIONS A ENVISAGER CAUSES POSSIBLES Fuite aux réfrigérants d'H2. Usure ou détérioration des anneaux d'étanchéité. Détérioration ou mauvais montage de joints (flasques, trous d'homme, trous d'oeil, trappes). Rupture ou usure de tuyauteries auxiliaires. Mauvais fonctionnement du poste d’huile. Mauvais lignage des circuits. fuite par l'arbre du rotor. Fuite aux bagues d'amenée de courant.

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Suivi de la consommation en H2 (surveiller l'évolution). Contrôle de la concentration en H2 autour de l'alternateur et dans les circuits auxiliaires. Contrôle de la concentration en H2 dans les paliers. Contrôle de la concentration en H2 dans la source froide Localisation des fuites et isolation si possible (par ex. réfrigérant).

Fuites d'hydrogène externes Suite

20/02/2011

Fuites aux extrémités de l'arbre rotor alternateur (côté accouplement turbine ou côté accouplement arbre portebague)

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Baisse de la pression d'H2 selon la puissance débitée (tout en restant supérieure à la pression d'eau de refroidissement du stator). Ce fonctionnement est temporaire et suppose une surveillance thermique renforcée. Contrôle de la concentration en H2 dans l'enceinte de l’excitateur (si à diodes tournantes) Si consommation d'H2 inférieure aux limites permises et concentration inférieure à 4 % (2 % dans la bâche de refroidissement) poursuite de l'exploitation et intervention au prochain arrêt. Si consommation H2 supérieure aux limites permises ou concentration supérieure à 4 % (2 % dans la bâche de refroidissement) . arrêt de la machine au plus tôt pour élimination des fuites.

LES SYSTEMES DE SURVEILLANCEPROTECTION Conductivité eau stator élevée

Analyse chimique de l'eau de refroidissement du stator hors critère Taux d'O2 dissous hors critère

20/02/2011

- Saturation des résines du désioniseur. - Vanne mal réglée.

- Remplacement des résines.Vérifier le fonctionnement du

- Fuite d'H2 dans l'eau stator. Température d'eau élevée.Manque de respiration de la bâche (sauf stators avec conducteurs creux en inox).

- Retrouver les caractéristiques de l'eau par. appoint d'eau déminéralisée, aération forcée du ciel de bâche.

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désioniseur

.

LES SYSTEMES DE SURVEILLANCEPROTECTION Températures de l'hydrogène élevées

- Réfrigérants encrassés ou isolés. - Défaut d'éventage des réfrigérants. - Température (source froide) des réfrigérants élevée. -Défaut interne de ventilation. - Débit d'eau de la source froide trop faible.

-

Température d'hydrogène basse

- Température d'eau (source froide) des réfrigérants H2 basse.

-Action

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Ramener les températures à des valeurs admissibles - Eventer les réfrigérants d'hydrogène, action sur le point de consigne de température de la source froide des réfrigérants, - faire un bilan thermique des échangeurs, - baisser la puissance réactive et/ou active .Si aucun effet positif n'est enregistré, arrêter le groupe à court terme selon l’évolution des températures.

sur le point de consigne de température de la source froide - Baisser le débit d’eau entrant dans les réfrigérants d'H2.

LES SYSTEMES DE SURVEILLANCEPROTECTION Températures de l'enroulement stator élevées

-Débit

20/02/2011

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d'eau global faible. -- Bouchage de conducteurs creux. - Température eau entrée élevée. - Surcharge.

-Ramener les températures à des valeurs admissibles par : baisse du point de consigne de température d'eau de refroidissement. Pour éviter la condensation d'humidité sur les téflons, cette température de consigne doit rester supérieure au point de rosée de l'eau dans l'hydrogène, - nettoyage des filtres -Augmenter le débit d'eau à travers le désioniseur, augmenter la réfrigération d'H2, - Baisse des puissances réactive et/ou active -si aucun effet positif n'est enregistré, arrêter le groupe à plus ou moins court terme selon l'évolution des températures.

LES SYSTEMES DE SURVEILLANCEPROTECTION Débit d'eau de refroidissement du stator trop faible Pression d'eau de refroidissement du stator trop élevée

-Encrassement

des filtres. - Bouchage des conducteurs creux. - Régulation défectueuse.

-Surveiller

Niveau vibratoire des développantes stator et des connexions trop élevé

-Desserrage

-Rapprocher

20/02/2011

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des tirants. - Présence d'huile - Fréquence propre des développantes proche de 100Hz. - Fonctionnement en régime exceptionnel

la AP filtre. Remplacer les cartouches filtrantes - Vérifier les températures de l'enroulement stator.

les relevés

vibratoires - Effectuer une analyse vibratoire: Si le niveau reste élevé : - Baisser les puissances réactive et/ou active - Restaurer le calage du bobinage au prochain arrêt de tranche.

LES SYSTEMES DE SURVEILLANCE- PROTECTION Niveau vibratoire des paliers

20/02/2011

-Balourd

mécanique. -Balourd thermique -Balourd magnétique -Défaut de lignage -Fissurations (arbre, barre rotor) - Températures d'huile des paliers hétérogènes. - Défaut d'accouplement - Ecart de température avant/arrière d'un coussinet - Taches magnétiques sur l'arbre perturbant les capteurs de vibration à induction. - Défaut de serrage chaisepalier,support, étriers, etc.

-Analyse

vibratoire pour identifier l'origine du phénomène (recherche de l'harmonique 2). - Si crainte de fissuration de l'arbre : arrêt immédiat de la machine pour investigation. - Si crainte de fissuration des barres rotoriques: - faire un suivi de la résistance ohmique du bobinage rotor à chaque arrêt de la ligne d'arbre - Si pas de crainte de fissuration : ramener les niveaux vibratoires en dessous des seuils de déclenchement par action sur : la puissance réactive, la température H2, etc. - Si aucun effet positif n'est constaté,intervenir immédiatement sur la ligne d'arbre : reprise du lignage, centrage rotor/stator, dépose du rotor - En cas de balourd thermique irréversible : mettre la ligne d'arbre sur vireur pendant 1 heure environ pour libérer les contraintes liées à la force centrifuge puis relancer le groupe.

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LES SYSTEMES DE SURVEILLANCE- PROTECTION Isolement palier arrière et joint d'huile Courant d'arbre

-Détérioration

des isolants - Défaut de montage (sondes blindées non isolées, tubulures d'huile non isolées) - Pollution.

-Procéder

Température élevée des paliers ou AT avant/arrière d'un coussinet

-Température

-Action

20/02/2011

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huile élevée. - Défaut de montage. - Dérive des sondes (rare) - Dérive de la chaîne de mesure de température - Débit d'huile faible - Courant d'arbre (piqûre des coussinets).

à la remise en état de l'isolation du palier arrière et/ou du joint d'huile d'étanchéité hydrogène, dans les plus courts délais. - Risque : détérioration des coussinets et des soies d'arbre par passage de courant.

immédiate : baisser le point de consigne température huile. - Actions différées : nettoyage des réfrigérants d'huile, reprise du lignage, contrôle des coussinets, contrôle des pressions de soulèvement.

BILAN DE SANTE 





 



Le bilan de santé de l'alternateur est établi à partir des grandeurs surveillées par les systèmes de surveillanceprotection et des relevés d'exploitation. Le bilan de santé est à pratiquer, a minima, 6 mois et 1 mois avant l'arrêt de tranche, si possible lors d'un fonctionnement à 100% de puissance active. Des bilans plus rapprochés sont à prévoir sur les machines reconnues à risque (défaut générique) ou en cas d'évolution de certaines grandeurs. Les relevés sont effectués en tenant compte des points de fonctionnement Puissance active, réactive et tension stator. Température de la source froide.

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Mesure d'isolement du bobinage La qualité de la mesure d'isolement dépend très étroitement de la stabilité de la tension délivrée à tout instant de l'essai et donc de la puissance de l'appareil (en général 100 mW). Les mégohmmètres reconnus performant sont les suivants : CHAUVIN ARNOUX- ISOL 5003 MEGGER -BM11, BM25

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Deux configurations électriques sont possibles pour cette mesure d'isolement :  la mesure phase par phase avec point neutre déséclissé  la mesure 3 phases réunies avec point neutre éclissé

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Situation requise pour procéder à une mesure de l'isolement du stator  alternateur à l'arrêt;  circuit de refroidissement des barres stator vidangé et séché par tirage au vide ;  bornes déconnectées des gaines coaxiales ;  température du stator si possible inférieure à 30°C ;  enceinte de l'alternateur en conservation  Neutre déséclissé pour une mesure phase par phase  Neutre non déséclissé pour une mesure des 3 phases

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Relever les conditions d'ambiance du stator  noter la température du bobinage ;  mesurer l'hygrométrie de l'air dans l'alternateur. 

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Mesure d'isolement du bobinage phase par phase  



 



Contrôler l'absence de tension entre phase et masse et entre phases ; Appliquer entre une phase et la masse une tension de 2500 V= pendant 10 minutes, avec relevé de la mesure de minute en minute (la première minute étant importante. R1 : la résistance d'isolement lue après 1 minute d'application de la tension R10 : la résistance d'isolement lue après 10 minutes d'application de la tension Après 10 minutes d'application du palier 2500 V=, relever la valeur de R10 /2500v- Si elle est supérieure à 3000 méghom, commuter rapidement le mégohmmètre sur le palier 5000 V=, sinon passer à la phase suivante. Appliquer entre la phase et la masse, une tension de 5000 V= pendant 10 minutes avec relevé des mesures de minute en minute. Les phases non mises sous tension sont relies électriquement à la masse. 20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Mesure d'isolement du bobinage 3 phases réunies

Si la mesure phase par phase ne peut être réalisée (point neutre non déséclissé), le contrôle d'isolement est effectué avec les trois phases réunies. La barre de neutre sert alors, de court circuit entre les phases. 20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Mesure d'isolement du bobinage A la fin de la messure, Mettre et laisser toutes les phases à la masse afin de neutraliser le courant d'absorption et éviter toute remontée de tension dangereuse.

Débrancher le mégohmmètre. 20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES 

Mesure d'isolement du bobinage statorique et index de polarisation

La mesure d'isolement se pratique en appliquant successivement deux niveaux de tension notablement différents (2 500 V puis 5 000 V) afin de vérifier qu'il n'y a pas d'écart à la loi d'ohm. Ces tensions sont appliquées sur chacune des phases, les deux autres étant reliées à la masse, afin de vérifier l'homogénéité de l'état de l'isolation. Générateur 2,5KV et 5KV

Schéma de principe de la mesure d'isolement 20/02/2011

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MESURE D’ISOLEMENT ET D’INDEX DE POLARISATION L'isolement lu sur le mégohmmètre évolue au fil de l'essai (effet de polarisation de l'isolation) de sorte que, par convention, la mesure d'isolement est relevée après 1 minute et 10 minutes d'application de la tension. Selon la température moyenne du bobinage, la résistance d’isolement d’un même bobinage peut varier d’un facteur 4. Il faut mesurer l’isolement que si la température est comprise entre 10 et 30°C et ramener la valeur à 20°C

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Coefficient de correction de température : R (à 20°C) = R (à – C°) / k

T(°c)

k

T(°c)

k

T(°c)

k

T(°c)

k

T(°c)

k

T(°c)

k

10

2

14

1,51

18

1,15

22

0,871

26

0,66

30

0,5

11

1,86

15

1,41

19

1,07

23

0,812

27

0,616

12

1,74

16

1,32

20

1

24

0,758

28

0,574

13

1,62

17

1,23

21

0,933

25

0,707

29

0,536

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES INDEX DE POLARISATION

IP = Isolement lu à 10 minutes Isolement lu à 1 minute

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES Les phases sont considérées homogènes si aucune résistance d'isolement n'est inférieure de 20% par rapport à la moyenne.  A partir des valeurs de la résistance d'isolement et de l'index de polarisation, il est possible de porter un premier jugement sur le bobinage statorique et sa capacité à être recouplé au réseau . 

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES MESURES D’ISOLEMENT ET INDEX DE POLARISATION ISOLEMENT A 10 MINUTES ET A 20 °C DE

IP

HOMOGENEITE

COMMENTAIRE

CHAQUE PHASE > 3 000 MO

et

>2

et

< 20%

Isolation correcte Remise sous tension possible. Essai sous haute tension possible

> 300 MO

ou

>1,5

ou

> 20%

Isolation médiocre mais remise sous tension possible. Essai sous haute tension risqué

< 300 MO

ou

< 1,5

ou

> 20%

Isolation dégradée Remise sous tension interdite sans analyse de risque

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES MESURE D’ISOLEMENT SOUS HAUTE TENSION CONTINUE

 La

mesure d'isolement sous Haute Tension Continue (HTC) consiste à porter la (ou les) phase(s) à une tension supérieure à 5 kV pendant l'essai.  Cette mesure est uniquement effectuée lors d'une intervention majeure sur l'alternateur. 20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES INTERVENTIONS NECESSITANT DES MESURES D’ISOLEMENT SOUS HAUTE TENSION CONTINUE   

   

 



Resserrage des calages des développantes. Mise en place de calage additionnel dans les développantes. Reprise du calage des développantes sans intervention sur le bobinage. Recalage d'encoche radial ou latéral. Recalage des sorties machine. Intervention sur boîte à eau. Intervention sur les têtes de bobines ou cercles de connexions. Intervention sur une barre sans remplacement. Remplacement d'une barre (ou plusieurs). Rebobinage complet. Intervention sur une borne.

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES MESURE D’ISOLEMENT SOUS HAUTE TENSION CONTINUE 





S'assurer que les 3 phases supportent la tension simple 1,2 UN/ 3 alternatif (1,2 correspond à la prise en compte d'une marge de 10% au dessus de 1,1 UN -limite haute du domaine de tension exceptionnel de la machine qui peut être atteint en service normal). C'est aussi le seuil de la protection à maximum de tension -max U). Les mesures sont réalisées HTC: UHTC=1,6 UHTA S'assurer que le point neutre ne comporte pas de défaut latent

20/02/2011

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Opération

Tension

Niveau maxi

Durée de maintien au seuil final

Contrôle des barres neuves (essai individuel sur site)

HTC 2,6 Un HTA 1,4 Un

10 secondes

Contrôle de barres anciennes (essai individuel sur site)

HTC 2 Un (1)2,4 Un HTA 0,8 Un

10 secondes

Contrôle du bobinage restant en place

HTC 1,2 Un

1 minute

Contrôle des chignons des zones touchées par l'intervention

HTC inverse

2 Un ou 1,2 Un

10 secondes

Contrôles des barres affectées par les travaux après leur remise en place et leur calage latéral

1,6 Un HTC (1)2,2 Un

10 secondes

Contrôles de toutes les barres, déconnectées, après recalage radial

1,6 Un HTC (1)2,2 Un

10 secondes

Essai de requalification de fin de chantier

HTC 1,13Un (1)2 Un

1 minute (1) 6 minutes

20/02/2011

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1 En cas de rebobinage complet

LES CONTRÔLES ELECTRIQUES MESURE DES NIVEAUX DE DECHARGES PARTIELLES







Les décharges partielles mesurées sur une isolation statorique micacée sont un indicateur de toutes les lames d'air ou vacuoles présentes entre le cuivre et le circuit magnétique. La présence d'une lame d'air au sein du champ électrique constitue un diviseur capacitif sur lequel se reporte toute la contrainte diélectrique. Cette lame d'air claque ou amorce au rythme du champ électrique (100 Hz) et génère des impulsions à haute fréquence mesurables.

20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES MESURE DES NIVEAUX DE DECHARGES PARTIELLES 







La présence de décharges partielles au sein d'un bobinage statorique peut révéler trois types de site d'ionisation : Au coeur même de l'isolant, par manque d'accrochage du ruban isolant sur le cuivre ou du fait d'un manque d'imprégnation. Entre la surface externe de l'isolant et le circuit magnétique. En bout de partie droite, au raccord entre les vernis conducteur et semi-conducteur répartiteur de tension. Il s'agit dans ce cas d'ionisation d'air de faible énergie, peu nocive. Ces aigrettes s'appellent "effet couronne" ou "Corona".

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES MESURE DES NIVEAUX DE DECHARGES PARTIELLES

DP d'encoche aux interfaces vernis/circuit magnétique D

DP de sortie de fer (ou effet Corona) EXEMPLES DE SITES DE DECHARGES PARTIELLES EXTERNES

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DECHARGES PARTIELLES INTERPHASES DANS LES DEVELOPPANTES 20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES MESURE DES NIVEAUX DE DECHARGES PARTIELLES





La mesure de DP par tension appliquée présente un risque pour le bobinage qui va être porté à 0,8 Un - 50 Hz, côté neutre compris . Afin de limiter ce risque, il est impératif de mesurer l'isolement de chaque phase du stator avant de mettre le bobinage sous tension alternative. Le critère pour poursuivre l'essai est d'avoir un isolement de chaque phase supérieure 3000 Méghom à 10 minutes et à 20 °C

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Bobinage Stator

Côté Phases

Côté Neutre

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES ESSAI DE MAGNETISATION DU FER STATOR A FLUX REDUIT

L'induction appliquée est de l'ordre de 4 % de l'induction nominale et la puissance requise d'une dizaine de kVA. Cet essai est aussi connu sous le nom commercial de "test ELCID", appareillage le plus couramment utilisé. Pour cet essai, quelques spires d'excitation parcourues par une dizaine d'Ampères sont bobinées au travers du circuit magnétique. Tout défaut entre tôles se comporte alors comme un secondaire de transformateur en court circuit du fait du bouclage du courant par les clavettes d'empilage. 20/02/2011

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LES CONTRÔLES ELECTRIQUES ESSAI DE MAGNETISATION DU FER STATOR A FLUX REDUIT Spires d’excitation

Détecteur de courants de défaut entre tôles

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Table traçante

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CONTRÔLE DU CALAGE LATERAL DES BARRES Ce contrôle a pour objet de s'assurer que les barres statoriques sont fermement plaquées sur les faces des encoches du circuit magnétique. Ce bon maintien est primordial afin d'empêcher toute vibration des barres et de ce fait, toute érosion du mur isolant. La méthode consiste à déterminer le coefficient de serrage des barres en mesurant de proche en proche la chute d'une tension appliquée au travers d'un évent, sur le vernis conducteur d’une barre

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CONTRÔLE DU CALAGE RADIAL

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CONTRÔLE DE SERRAGE DU CIRCUIT MAGNETIQUE

L'empilage de tôles du circuit magnétique stator doit être maintenu serré afin d'éviter les vibrations des dents sous l'effet des harmoniques de réaction d'induit. Le contrôle du serrage s'effectue soit par mesure du couple de serrage des tiges traversantes du circuit magnétique, soit par mesure de la pression résiduelle au sein de chaque paquet de tôles. 20/02/2011

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CONTRÔLES MECANIQUES CONTRÔLE DES FRETTES ROTOR



Le contrôle des frettes du rotor a pour objet de s'assurer qu'aucune fissure n' affecte leur tenue mécanique présente et surtout à venir.



Les fissures naissant en peau interne des frettes, elles sont impossibles à visualiser frette en place et il faudrait les déposer.



La méthode de contrôle retenue basée sur la détection par onde ultrasonore (Rotoscan) permet de s'affranchir des démontages pour déceler les éventuelles fissures.

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CONTRÔLES MECANIQUES CONTRÔLE DES FRETTES ROTOR Sa limite de détection est actuellement de 1 mm de profondeur. Sachant que la limite d'usinage d'une frette en peau interne est de 0,4 mm, toute détection de fissure entraîne le remplacement de la frette à terme. Par ailleurs, les cinétiques de détérioration (oxydation, fissuration) des matériaux dans les conditions d'exploitation conduisent à préconiser un contrôle des frettes en NMF3 tous les 5 ans et un contrôle des frettes en NMF18 tous les 10 ans. 20/02/2011

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CONTRÔLES MECANIQUES CONTRÔLE DE L’ETANCHEITE DU CIRCUIT D’EAU DE REFROIDISSEMENT DES BARRES STATORIQUES

Ce contrôle a pour objectif de s'assurer que le circuit d'eau de refroidissement des barres stator est étanche à l'hydrogène dans sa partie interne à l'enceinte alternateur. Il est réalisé sous vide en test de remontée de pression (RDP) La méthode utilisée pour réaliser la mise sous vide sera expliquée ultérieurement.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Stator de l'alternateur Les diverses anomalies succeptibles d'affecter les stators des alternateurs peuvent être regroupées en 4 familles

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

LE STATOR 



 

les anomalies d'ordre mécanique, affectant soit le calage du bobinage dans les encoches ou les développantes, soit la carcasse ou le circuit magnétique, les anomalies d'ordre électrique, affectant l'isolation à la masse ou les systèmes répartiteurs de potentiel, les anomalies d'ordre hydraulique, affectant l'étanchéité du circuit d'eau ou la filtration, les anomalies d'ordre chimique, affectant la stabilité de la couche d'oxyde de cuivre et conduisant au bouchage des conducteurs creux.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Calage d'encoche du bobinage statorique Le calage radial d'encoche

Le calage radial a pour but de maintenir les barres statoriques plaquées en fond d'encoche. 

les efforts électrodynamiques entre barres sont de type pulsés à la fréquence de la réaction d'induit (100 Hz).



Le calage est sollicité par ces efforts alternés en plus de la dilatation radiale des barres en cuivre



dans les encoches comportant des barres de phases différentes, la tendance à la répulsion des conducteurs -lorsqu'ils sont parcourus par des courants de sens opposés- entraîne une sollicitation de leur calage plus importante que dans les encoches à deux conducteurs de même phase.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE



Calage type souple Matelas de fond d’encoche Barre de fond d’encoche isolée Bande de nivellement Cale entre barres Bande de nivellement Barre d’entrefer isolée Bande de glissement Ressort ondulé Cale avec coin

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CALAGE ELASTIQUE PAR RESSORTS ONDULES 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE 

Calage de type dur :

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Calage latéral d’encoche Le calage latéral a pour but de maintenir les barres statoriques plaquées contre les parois des encoches du circuit magnétique. • Calage latéral "ALSTOM" ALSTOM utilise une technique à ressorts et coin/contre-coin. Cette technique présente l'avantage de contrôler l'effort de placage et de permettre, après dépose des ressorts, une extraction aisée des barres en cas de nécessité.

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Barre stator

Circuit magnétique

Ressort latéral conducteur

Vernis conducteur

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE



Calage latéral d’encoche de type dur : Calage latéral "CEM" ou "ABB" En ce qui concerne les alternateurs CEM ou ABB, le calage latéral dur qui y est employé vieillit plutôt bien. Son inconvénient étant de ne pas permettre une dépose aisée des barres en cas de masse stator par exemple. De plus, l'absence d'évents de ventilation radiaux, le long du circuit magnétique ne permet de contrôler le serrage latéral par la méthode électrique, qu'en partie centrale du fer stator.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Calage des développantes du bobinage statorique 

La partie du bobinage stator située à l'extérieur du circuit magnétique se comporte mécaniquement comme une structure en porte-à-faux soumise aux contraintes électrodynamiques.



Le calage des têtes de bobine a pour but de maintenir l'ensemble des développantes monolithique afin qu'il garde sa cohésion sous l'effet des vibrations normales (première harmonique de réaction d'induit) mais aussi lors de situations exceptionnelles telles que faux couplages, ou courts-circuits.

Les fréquences propres des paniers de développantes sont voisines de 100 Hz le phénomène de résonance qui apparaît alors conduit à la détérioration très rapide des calages et des isolants. P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH 2008 20/02/2011 

ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Calage des développantes du bobinage statorique 

Les niveaux vibratoires mesurés en exploitation dépendent de la rigidité, donc de la cohésion des développantes et des contraintes électrodynamiques générées par le courant statorique. En cas d'indication anormale, il y a lieu d'abaisser le courant stator afin de diminuer les forces d'excitation.



Les constructeurs proposent un montage sur cône monobloc (commercialisé sous le nom de bobinage STAR - Système de Traitement Accéléré des Rebobinages).



Ce principe de fixation sur un cône rigide en fibre de verre, développé en premier lieu par Westinghouse et commercialisé sous l'appellation Rigiflex, est aussi utilisé de longue date chez les principaux constructeurs d'alternateurs de très grande puissance (SIEMENS-KWU, ABB).

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Calage des développantes

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CALAGE DE DEVELOPPANTES

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)

(ALTERNATEUR DE 1120MVA

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CALAGE DE DEVELOPPANTES (ALTERNATEUR DE 1120MVA)

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CALAGE TRICONIQUE DES TÊTES DE BOBINES

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RUPTURE DU CALAGE DES DEVELOPPANTES APRES CC AUX BORNES 20/02/2011

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FRACTURES DE LIAISON APRES CC AUX BORNES 20/02/2011

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VIBRATIONS DE DEVELOPPANTES STATORIQUES 20/02/2011

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20/02/2011

CAMBOUIS DÛS A DES VIBRATIONS DEVELOPPANTES P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH 2008

CAMBOUIS PROVENANT DE L’USURE DES CALAGES DANS UNE MACHINE GRASSE 20/02/2011

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VIBRATIONS DU CALAGE D’ENCOCHES 20/02/2011

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Calage des développantes du bobinage statorique sur cône Tiges de serrage des développantes

Collecteur d’eau

Circuit magnétique

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Tirand

Cercle de connexions

Cône

Plateau de serrage

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Boîtes à eau Barre

ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Cercles de connexion et descentes aux bornes 

 



Les connexions électriques série/parallèle et les liaisons vers les bornes font appel à des barres de cuivre creuses refroidies à l'eau. La géométrie tortueuse de ces pièces conduit à les cintrer ou à les rabouter par brasage à l'argent. Sous l'effet des vibrations mécaniques et électrodynamiques, ces pièces sont sollicitées en fatigue. Fissuration des descentes aux bornes Renforcement des calages et contrôles périodiques par analyse modale.



Fissuration des connexions en Té



Amélioration du dessin de la pièce et fixation des descentes aux bornes par des supports viscoélastiques (silent bloc).

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BRIDAGE DES DESCENTES AUX BORNES D’ALTERNATEUR

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DESCENTES AUX BORNES

VIBRATIONS DU CERCLE DE CONNEXION 20/02/2011

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BORNE DE SORTIE

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CONNEXION CIRCULAIRE

Brasure B

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Brasure A

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FISSURATION D’UNE CONNEXION

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Serrage du circuit magnétique 



Le circuit magnétique est constitué d'un empilage de tôles isolées de 0,5 ou 0,35 mm d'épaisseur, sur 8 à 9 m de hauteur. Compte tenu du nerf des tôles minces poinçonnées (effet de ressort), un effort permanent de pression doit être maintenu pour éviter d'une part le foisonnement des tôles et d'autre part les vibrations des dents sous l'effet des harmoniques de réaction d'induit.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Serrage du circuit magnétique 

Le circuit magnétique est constitué d'un empilage de tôles isolées de 0,5 ou 0,35 mm d'épaisseur, sur 8 à 9 m de hauteur.



Compte tenu du nerf des tôles minces poinçonnées (effet de ressort), un effort permanent de pression doit être maintenu pour éviter d'une part le foisonnement des tôles et d'autre part les vibrations des dents sous l'effet des harmoniques de réaction d'induit.



En dessous d'une pression résiduelle de 3 bars, il y a risque de micro-mouvement des tôles et d'usure du vernis isolant.



Ces micro mouvements se traduisent par la présence d'une poussière mate, de couleur ocre rouge visible sur l'alésage du stator (oxyde de fer)

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Court-circuit entre tôles Un court-circuit entre tôles peut avoir pour origine :  soit une disparition du vernis isolant par micro érosion  soit une blessure du circuit magnétique (rayure lors d'une sortie de rotor, coup d'outil, etc.),  soit une fusion du fer en extrémité par manque de protection du bouclier de flux,  soit une détérioration du vernis isolant par échauffement 





Les courts-circuits superficiels peuvent généralement être éliminés par meulage à la meule puis l'isolement entre tôles est reconstitué par tamponnage de la zone meulée à l'acide phosphorique (création d'un phosphate isolant). En cas de disparition du vernis isolant (desserrage du circuit magnétique ou suréchauffement), il y a lieu d'insérer des intercalaires isolants (feuille de mica). En cas de fusion du fer en profondeur, seul le détôlage du circuit magnétique permet une réparation sûre du stator. De telles réparations sont à confier au constructeur de l'alternateur.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Court-circuit entre tôles du circuit magnétique 20/02/2011

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Court-circuit entre tôles du circuit magnétique 20/02/2011

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Court-circuit entre tôles du circuit magnétique 20/02/2011

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COURT- CIRCUIT ENTRE TÔLES REPARABLE PAR MEULAGE 20/02/2011

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POINT CHAUD SUR CIRCUIT MAGNETIQUE

20/02/2011

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20/02/2011

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COURT6CIRCUIT ENTRE TÔLES REPARABLE PAR MEULAGE 20/02/2011

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FUSION DU FER PAR SUREXCITATION 20/02/2011

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FUSION DU FER PAR SUREXCITATION 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Vibrations de carcasse du stator  Les vibrations de carcasse sont, généralement, la conséquence de vibrations d'autres éléments de l'alternateur : 

vibrations du rotor transmises par les paliers et le génie-civil,



vibrations des développantes transmises par le circuit magnétique,



vibrations du circuit magnétique transmises par les clavettes de fixation



il faut en priorité traiter la cause racine des vibrations et si nécessaire, réparer les dommages causés à la carcasse ellemême (fissure de soudure, ...).

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FISSURATION DES STRUCTURES PAR VIBRATIONS 20/02/2011

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FUITES D’HUILE DANS LA CARCASSE 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Bouclier de flux  Le bouclier- ou amortisseur- de flux, disposé aux extrémités du stator, a pour rôle d'empêcher la pénétration des lignes de flux axiales dans la tôlerie stator.  Le principe de fonctionnement de ce bouclier de flux est basé sur la loi de Lenz, de sorte que des courants très importants peuvent y être générés.  Bien que le bouclier soit en cuivre, ces courants entraînent des échauffements notables (> 200 °C) et donc, des contraintes thermiques.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Plateau amortisseur de flux ou bouclier de flux

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Plateau de serrage

ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Isolation à la masse du bobinage statorique 

•

•   

Les alternateurs modernes sont isolés avec des des systèmes d'isolation "thermodurcissables" de classe F (selon norme CEI 85). Rubans de verre et papier mica imprégnés de résine epoxy Moins sensibles au vieillissement que les isolants à l’asphalte MICADUR CEM ABB ISOTENAX ALSTOM THERMALASTIC WESTIGHOUSE et JEUMONT SCHNEIDER

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Ces isolants peuvent être mis en péril par 3 phénomènes :  érosion mécanique : par vibration et micromouvements, l'isolant s'use parfois jusqu'au cuivre - rendant un défaut "masse stator" inévitable,  humidification : une fuite de boîte à eau en tête de développante peut dégénérer en amorçage à la masse du fait de la migration de l'eau au sein des couches d'isolant des développantes ou entre isolant et brins élémentaires.  Pollution par l’huile faisant glisser les calages 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE 

érosion mécanique : par vibration et micro-mouvements, l'isolant s'use - parfois jusqu'au cuivre - rendant un défaut "masse stator" inévitable,



humidification : une fuite de boîte à eau en tête de développante peut dégénérer en amorçage à la masse du fait de la migration de l'eau au sein des couches d'isolant des développantes ou entre isolant et brins élémentaires. l'isolation dans les développantes n'étant pas pressée et ni mise au gabarit comme en partie droite, une migration de l'eau à travers les porosités est possible



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BARRE DE STATOR PERFOREE PAR UN CORPS ETRANGER 20/02/2011

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Amorçage dans un coude de développante 20/02/2011

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AMORCAGE LORS D’UN ESSAI DIELECTRIQUE 20/02/2011

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VIBRATIONS DES BARRES STATORIQUES DANS L’ENCOCHE 20/02/2011

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POLLUTION D’UN STATOR REFROIDI PAR L’AIR 20/02/2011

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CRAQUELURES D’ISOLANT EN SORTIE (ASPHALTE)

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INSPECTION PAR CAMERA DANS L’ENTREFER

20/02/2011

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INSPECTION PAR CAMERA DANS L’ENTREFER

20/02/2011

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INSPECTION PAR CAMERA DANS L’ENTREFER

20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE 



Répartiteur de potentiel dans les développantes Le système répartiteur de champ électrique a pour rôle d'adoucir les lignes de champ entre la surface des développantes (qui sont à potentiel flottant) et le vernis conducteur des parties droites (qui est au potentiel de masse). Ce répartiteur de champ évite l'apparition d'aigrettes (arcs électriques de faible énergie appelé effet corona ou effet couronne) dues à la différence de potentiel entre la surface des développantes et la partie droite.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

matériaux semi-conducteurs : qu'il s'agisse d'une peinture ou d'un ruban appliqué sur les développantes, le principe consiste à transformer en courant de circulation, la tension de surface des développantes grâce à une matière semi-conductrice. Il s'agit donc d'un répartiteur résistif de tension, 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Développantes recouvertes d’un vernis semi-conducteur

Partie droite des barres stator recouvertes de vernis conducteur graphité 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

électrodes internes à potentiel flottant : le principe consiste à fixer le potentiel dans l'épaisseur de l'isolant des développantes grâce à 2 ou 3 électrodes équipotentielles noyées dans l'isolation. Celles-ci réalisent un diviseur capacitif de tension tel que la tension en surface de l'isolant est suffisamment faible pour ne pas générer d'aigrettes.

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Développantes avec répartiteur de potentiel à 3 électrodes flottantes typiques d'un alternateur 24kV

Tresse de mise à la Parties droites recouvertes masse de de vernis conducteur l’électrode graphité de surface 20/02/2011

Electrodes internes à potentiel flottant

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Cette solution originale conçue par ALSTOM, privilégie le défaut à la masse immédiat détectable par la protection "Masse Stator"

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE  





Boîtes à eau du bobinage statorique Le refroidissement direct à l'eau déminéralisée du bobinage statorique conduit les constructeurs à disposer des boîtes à eau aux extrémités des barres afin de répartir l'eau dans les conducteurs creux. l'étanchéité de la plaque tubulaire doit être parfaite afin que l'humidité ne migre pas par capillarité au sein de l'isolant et cause un amorçage à la masse. Dans la technologie CEM ou ABB, la boîte à eau est déportée au-delà de la liaison électrique entre barres (séparation des fonctions). Ainsi, la plaque tubulaire est parfaitement accessible pour réaliser les brasures d'étanchéité.

20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Boite à eau avec conducteurs inox de technologie ABB 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Dans la technologie ALSTOM, la boîte à eau remplit la double fonction d'éclisse électrique et d'alimentation en eau. L'étanchéité est réalisée par brasage à l'argent de 4 colonnes de conducteurs (pleins et creux). 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE CONDUCTEURS ALTERNES DANS LA BARRE

PROCEDE ROEBEL

20/02/2011

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Exemple de manque de brasure argent

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Conducteurs creux Le refroidissement direct à eau des bobinages statoriques a amené les constructeurs à inclure des conducteurs creux au sein des barres. Ces conducteurs creux, généralement en cuivre, peuvent présenter des cas de bouchage par formation et dépôt d'oxyde de cuivre. Les enseignements tirés des cas de bouchage sont les suivants : le conditionnement aéré de la bâche à eau, le suivi des températures d'encoche et l'analyse des coefficients d'encrassement doivent permettre de déceler les phénomèmes d’encrassement. 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Phénomène de bouchage des conducteurs creux

Eau en circulation

CuO (Oxyde de cuivre) CUIVRE CUIVRE

20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Phénomène de bouchage des conducteurs creux

Eau en circulation

CUIVRE CUIVRE

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Température(°C)/Concentration en Cu++(µg/kg)

EVOLUTION DE LA CONCENTRATION EN CUIVRE DISSOUS LE LONG D'UN CONDUCTEUR CREUX 70

Limite de solubilité du CuO

60

T°C de l’eau

50 40 30 20 10

Concentration en Cu++

0 1

2

3

4

5

6

Longueur de la barre (m) 20/02/2011

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7

8

ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

ALTERNATEUR - STATOR ■ CONDUCTEUR CREUX BOUCHON EN FORME D'OGIVE

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ALTERNATEUR STATOR CONDUCTEUR CREUX VAGUELETTES D'OXYDE DE CUIVRE CuO

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Rotor de l'alternateur L'essentiel des anomalies rencontrées en fonctionnement avec les rotors de turboalternateur sont d'ordre vibratoire. Toutefois, compte tenu des sollicitations élevées que subissent les pièces en rotation, des anomalies ont aussi été rencontrées sur les divers composants du rotor : fût, frette, bobinage, amortisseurs, amenée de courant, étanchéité à l'hydrogène.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE

Vibrations d'origine thermique On appelle vibration d'origine thermique (ou balourd thermique), un phénomène vibratoire (crise régulière ou état permanent) liée soit à un coincement du bobinage rotorique qui ne peut se dilater ou se rétracter librement, soit à des points chauds locaux au sein du bobinage entraînant une dilatation dissymétrique (court-circuit, défaut de ventilation). Les balourds thermiques sont sensibles aux variations de charge actives et réactives 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE - Vibrations d'origine mécanique Les vibrations d'origine mécanique (ou balourd mécanique) sont liées soit à un réel défaut d'équilibrage du rotor (après réparation, ou déplacement de pièce interne au rotor), soit à un défaut d'alignement des paliers, joints d'huile, ou accouplement, ou encore, aux conséquences d'un mauvais équilibrage de la turbine (rotor BP3). Les balourds mécaniques sont insensibles aux variations de charge actives et réactives 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Désordres liés à la vitesse de virage La vitesse de virage ne devient véritablement gênante pour le rotor alternateur que si elle est inférieure à la vitesse assurant un placage centrifuge des conducteurs dans les encoches. Aux faibles vitesses de rotation, on peut constater:  des usures d'isolant ou de cuivre par micro érosion du contenu d'encoche  des Mouvement du calage sous frette. Pour des groupes 1500tr/min, cette vitesse limite se situe généralement vers 70 tr/min. A la conception, le choix de la vitesse de virage est souvent lié à la turbine et au niveau d'investissement à consentir : plus la vitesse est élevé, plus le vireur est puissant (alimentation en 6,6 kV au lieu de 380 V) donc plus cher.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Anomalies affectant le fût rotor Le fût du rotor représente la plus grosse pièce massive de l'alternateur Un très grand soin est apporté à sa construction : forgeage monobloc ou polybloc.

Anomalies rarement constatées: • fusions de dents plus ou moins importantes • Phénomène de fissuration transversale de l'arbre au niveau des puits de connexion sur les rotors

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE - Frettes Des aciers spécialement forgés, à haute limite élastique (plus de 600/700 MPa) sont utilisés.

En fonctionnement, les frettes sont situées dans une zone très dense en flux d'extrémité, elles sont donc soumises aux courants de Foucault. Elles doivent être réalisées dans un acier amagnétique. La matière : acier amagnétique NMF3 ou NMF18 (NMF : Non Magnétique pour Frette) NMF3 : 18 % Mn, 5 % Cr, n'est pas un acier inoxydable et est sensible à la corrosion sous tension en présence d'humidité. NMF18 : 18 % Mn, 18 % Cr, est un acier inox et est insensible à la corrosion en eau pure.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Le formage

Afin d'obtenir les excellentes propriétés de résistance des matériaux, la frette est formée par expansion hydraulique. La déformation de la matière, pour lui donner ses dimensions radiales, se situe dans le domaine plastique; les propriétés mécaniques sont alors anisotropes. Ainsi, le module d'Young tangentiel R02% vaut 900 MPa lorsque les modules axiaux et radiaux valent 700 Mpa.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Le montage sur le rotor Les frettes devant maintenir serrées les têtes des bobines rotor, leur montage s'effectue en les chauffant pour les dilater. Au refroidissement, elles se serrent (frettage) sur les extrémités du rotor où elles sont alors verrouillées. La matière de la frette est alors en tension. Lors de cette opération, la température de la frette, même locale, doit rester inférieure à 400 °C, sinon il y a fragilisation du métal par formation de carbure. C'est pourquoi le chauffage au chalumeau - rampe de flambards - a été abandonné au profit de l'induction, plus homogène. 20/02/2011

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MISE EN TEMPERATURE D’UNE FRETTE PAR INDUCTION 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Les modes de ruine dégradation de surface (écaillage, corrosion, ...) qui, sans correspondre à une destruction, peut parfois conduire au rebut de la frette, destruction de type explosion - ou éclatement - de frette en rotation (YAINVILLE (1977), SKAERBACK (1978), GRAND GULF (1978), SCHOLVEN (1985), COMANCHE(1994) ...).

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Le mode de conservation : en ambiance sèche En exploitation : le rotor et les frettes sont en ambiance d'hydrogène sec. Il convient alors de surveiller l'hygrométrie dans l'enceinte alternateur En arrêt pour maintenance : les frettes en NMF3 risquent de se dégrader lors des arrêts de tranche lorsqu'elles ne sont pas conservées à l'abri de l'humidité. Par conséquent, il est impératif de respecter les règles de conservation à l'arrêt : tapis chauffant, bâche avec dessiccateur réchauffeur, etc 20/02/2011

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ASPECT NORMAL D’UNE FRETTE DE ROTOR 20/02/2011

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ASPECT SURCHAUFFE D’UNE FRETTE DE ROTOR 20/02/2011

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CORROSION SOUS FRETTE ROTOR

RESTE D’UNE FRETTE ROMPUE PAR CORROSION SOUS TENSION

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DEGATS SUITE A RUPTURE DE FRETTE 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Bobinage rotorique Le bobinage rotorique doit réussir le compromis entre une bonne tenue mécanique et un isolement correct par rapport au fût rotor.  Ouverture du bobinage rotorique par rupture de spire ou de connexion...  L'ouverture en charge du bobinage rotorique par rupture de spire ou de connexion entraîne systématiquement la formation d'un arc électrique, suivie très rapidement d'un amorçage à la masse par brûlure des isolants, ionisation de l'atmosphère et projection ou transfert de cuivre fondu au droit du défaut. 20/02/2011

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Défaut d'isolement à la masse des rotors Les quelques faiblesses d'isolement rotorique sont attribuées soit à des reprises d'humidité lors d'arrêt de tranche, soit à de la pollution issue d'une dégradation mécanique ou d'un amorçage électrique par ailleurs. 20/02/2011

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Défaut unique à la masse Un tel défaut n'interdit pas a priori la poursuite de l'exploitation de la machine, pour autant qu'un certain nombre de précautions soient prises, comme la mise en service d'un suivi de l'isolement en continu, la limitation du courant d'excitation, etc 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Perte d'isolement par défauts multiples à la masse 



Ce type d'anomalie qui, en service, s'accompagne généralement d'une augmentation anormale du courant d'excitation et du niveau vibratoire du rotor, il est susceptible d'entraîner des dégâts plus ou moins graves : d'une simple fusion de cuivre avec quelques points d'amorçage à la masse, à des fusions plus considérables de fer et de cuivre, suivant la position des défauts et le mode de déclenchement de la machine lors de leur apparition (manuel ou automatique). De plus, les éléments éjectés du rotor affectent souvent le stator (effet de missile sur les développantes). Ces dégâts, graves en général, ne peuvent bien souvent être corrigés que dans les ateliers d'un réparateur.

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FORTE POLLUTION D’UN ROTOR 20/02/2011

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Amenées de courant d'excitation au rotor Les amenées de courant rotor comportent les éléments suivants : la connexion centrale dans l'arbre, les tiges radiales, les connexions le long de l'arbre, plus les bagues (excitation par balais) 20/02/2011

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COUPE SOUS FRETTE DU BOBINAGE ROTOR 20/02/2011

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RUPTURE SOUS CALAGE DE FRETTE 20/02/2011

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DEVERSEMENT DE SPIRES 20/02/2011

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DECALAGE DES CALES D’ENCOCHES 20/02/2011

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INSPECTION D’UN ROTOR SOUS FRETTE 20/02/2011

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20/02/2011 FUSION

DU CUIVRE ET DU P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH FER PAR OUVERTURE2008 D’UNE SPIRE EN MARCHE

FISSURE D’UNE CONNEXION D’ARRIVEE COURANT 20/02/2011

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FISSURATION DE CONNEXION INTERPOLAIRES SOUS FRETTE P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH 2008

INSPECTION D’UN ROTOR SOUS FRETTE 20/02/2011

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INSPECTION D’UN ROTOR SOUS FRETTE 20/02/2011

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AMORCAGE SUR CALE ROTORIQUE 20/02/2011

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P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH DESTRUCTION D’UN BOBINAGE2008 ROTORIQUE

ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Etanchéité à l'hydrogène Les joints assurant l'étanchéité au niveau des puits de connexion du rotor sont sujets à vieillissement. La fonction etanchéité ne peut être assurée pour toute la durée de vie du rotor (durcissement de la matière après une douzaine d'années d'exploitation).

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Joint ' d'étanchéité

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PUIT DE CONNEXION ROTORIQUE 20/02/2011

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EXEMPLE DE JOINT D’ETANCHEITE D’UNE CONNEXION

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Etanchéité à l'hydrogène Dans la machine, l'alimentation en eau du bobinage statorique s'effectue par un réseau de tuyaux isolants (téflon), chacun relié d'un côté au collecteur d'eau et de l'autre côté à une boîte à eau. Les principales causes de fuites vieillissement des joints en nitrile/butyle fissuration de tubulure inox fissuration de cercles de connexions sur les stators fuite de boîte à eau sur les stators.

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Circuit d'étanchéité d'hydrogène à huile L'enceinte alternateur étant sous pression d'hydrogène, l'étanchéité aux passages de l'arbre en rotation est assurée par un joint liquide à fuite permanente d'huile.

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Bagues ou anneaux Les bagues d'amenée d'huile en bronze permettent de créer, autour de l'arbre, un film d'huile sans discontinuité. Le jeu est minime entre bague et arbre (de l'ordre de 100 um) afin de limiter le débit d'huile (environ 150 l/min par anneau sur les alternateurs ALSTOM, et 350 l/min par anneau sur les alternateurs CEM). les anomalies rencontrées sur les anneaux concernent : leur usure par frottement sur l'arbre, leur coincement dans leur logement (alternateurs 1300 MW en particulier), la mauvaise fixation du ressort de placage. 20/02/2011

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Palier à double isolement

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PALIERS ALTERNATEUR 900MW ALSTHOM

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Portée d'arbre

La portée d'arbre en vis-à-vis des bagues est du type soie. L'état de surface y est irréprochable afin qu'il n'y ait ni fuite d'huile, ni fuite d'hydrogène. Toutefois, en fonctionnement, il a été observé des usinages de la portée par des copeaux métalliques fichés dans les bagues en bronze.

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Filtration La filtration de l'huile est indispensable afin d'éliminer toute particule susceptible de se coincer entre arbre et bague Les jeux théoriques entre bague et arbre étant de 80 um côté air et 160 um côté hydrogène, la maille de filtration doit être inférieure à 40 um (avec une efficacité de 95 % au moins). 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Paliers Une injection d'huile assure d'une part le soulèvement de l'arbre avant la mise en virage (pression de l'ordre de 120 à 140 bars), d'autre part le graissage permanent lors de la marche (pression de l'ordre de 30 bars).

L'essentiel des défaillances ou anomalies des paliers alternateur sont liées soit à une perte d'isolement du palier côté opposé turbine (COT), soit à une détérioration du régule des coussinets. D'autre part, un mauvais alignement des paliers ou leur désaxage peut causer un échauffement des coussinets, en particulier un échauffement différentiel entre l'avant et l’arrière

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Palier à double isolement

Palier à double isolement

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PALIERS ALTERNATEUR 900MW ALSTHOM

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Isolement des paliers Courant d'arbre Les machines électriques tournantes présentent toutes la particularité d'avoir un rotor en matériau conducteur au sein d'un champ magnétique tournant. Le rotor reposant sur 2 paliers, il y aurait circulation d'un courant (appelé courant d'arbre) si les 2 paliers étaient reliés à la masse, schéma électrique analogue à un transformateur d'intensité à une seule spire.

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Palier à double isolement

Palier à double isolement

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PALIERS ALTERNATEUR 900MW ALSTHOM

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Isolement des paliers - Courant d'arbre

Dispositif de mise à la masse de l’arbre rotor 20/02/2011

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ELEMENTS DE RETOUR D’EXPERIENCE Coussinets

Les coussinets des paliers qu'ils soient elliptiques ou à patins sont sensibles à la détérioration de leur état de surface (régule) ce qui a pour effet de dégrader le film d'huile avec des conséquences sur la température et sur la stabilité du film. Une des causes de détérioration des coussinets est liée au passage de courant d'arbre ; dans ce cas, le régule et les soies de l'arbre rotor comportent des piqûres. Un manque de graissage est catastrophique.

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USURE D’UN PALIER 20/02/2011

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USURE D’UN PALIER 20/02/2011

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DEGATS SUITE A LA PERTE DE GRAISSAGE D’UN PALIER P.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH 2008

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DEGATS SUITE AP.ADRAGNA/ECTI/VEIL-TECH LA PERTE DE GRAISSAGE D’UN PALIER 2008

DEGATS SUITE A LA PERTE DE GRAISSAGE D’UN PALIER 20/02/2011

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