新聞主題	發(fā)電機繞組溫升限值及影響因素

 

衡量發(fā)電機發(fā)熱程度是用“溫升”而不是用“溫度”來(lái)計算的，當“溫升”突然增大或超過(guò)最高工作溫度時(shí)，說(shuō)明發(fā)電機已發(fā)生故障。根據GB755一2008《旋轉電機定額和性能》中給出了旋轉發(fā)電機繞組和相關(guān)部件的溫升（溫度限值）及其有關(guān)規定。本文中只給出用于中小型連續工作制（基準條件）采用周?chē)諝忾g接冷卻發(fā)電機的有關(guān)部分?？紤]到熱分級為A級的絕緣材料已很少用，故沒(méi)有錄用熱分級為A級的有關(guān)部分。

一、絕緣材料的絕緣等級

絕緣材料按耐熱能力分為Y、A、E、B、F、H、C7個(gè)等級，其極限工作溫度分別為90、105、120、130、155、180℃、及180℃以上。
所謂絕緣材料的極限工作溫度，系指發(fā)電機在設計預期壽命內，運行時(shí)繞組絕緣中最熱點(diǎn)的溫度。根據經(jīng)驗，A級材料在105℃、B級材料在130℃的情況下壽命可達10年，但在實(shí)際情況下環(huán)境溫度和溫升均不會(huì )長(cháng)期達設計值，因此一般壽命在15～20年。如果運行溫度長(cháng)期超過(guò)材料的極限工作溫度，則絕緣的老化加劇，壽命大大縮短。所以發(fā)電機在運行中，溫度是影響繞組使用壽命的主要因素之一。

二、溫升的概念

溫升是指電子電氣設備中的各個(gè)部件高出環(huán)境的溫度。導體通流后產(chǎn)生電流熱效應，隨著(zhù)時(shí)間的推移，導體表面的溫度不斷地上升直至穩定。為驗證電子產(chǎn)品的使用壽命、穩定性等特性，通常會(huì )測試其重要元件的溫升，將被測設備置于高于其額定工作溫度(t＝25℃)的某一特定溫度(t＝70℃)下運行，穩定后記錄其元件高于環(huán)境溫度的溫升，驗證此產(chǎn)品的設計是否合理。穩定的判斷條件是在所有測試點(diǎn)在1個(gè)小時(shí)測試間隔內前后溫差不超過(guò)2k，此時(shí)測得任意測試點(diǎn)的溫度與測試最后1/4周期環(huán)境溫度平均值的差值稱(chēng)為溫升，單位為k。

 

溫升是發(fā)電機與環(huán)境的溫度差，是由發(fā)電機發(fā)熱引起的。運行中的發(fā)電機鐵芯處在交變磁場(chǎng)中會(huì )產(chǎn)生鐵損，繞組通電后會(huì )產(chǎn)生銅損，還有其它雜散損耗等。這些都會(huì )使發(fā)電機溫度升高。另一方面發(fā)電機也會(huì )散熱。當發(fā)熱與散熱相等時(shí)即達到平衡狀態(tài)，溫度不再上升而穩定在一個(gè)水平上。當發(fā)熱增加或散熱減少時(shí)就會(huì )破壞平衡，使溫度繼續上升，擴大溫差，則增加散熱，在另一個(gè)較高的溫度下達到新的平衡。但這時(shí)的溫差即溫升已比以前增大了，所以說(shuō)溫升是發(fā)電機設計及運行中的一項重要指標，標志著(zhù)發(fā)電機的發(fā)熱程度，在運行中，如發(fā)電機溫升突然增大，說(shuō)明發(fā)電機有故障，或風(fēng)道阻塞或負荷太重。

三、溫升與氣溫等因素的關(guān)系

對于正常運行的發(fā)電機，理論上在額定負荷下其溫升應與環(huán)境溫度的高低無(wú)關(guān)，但實(shí)際上還是受環(huán)境溫度等因素影響的。

（1）當氣溫下降時(shí)，正常發(fā)電機的溫升會(huì )稍許減少。這是因為繞組電阻R下降，銅耗減少。溫度每降1℃，R約降0.4%。

（2）對自冷發(fā)電機，環(huán)境溫度每增10℃，則溫升增加1.5～3℃。這是因為繞組銅損隨氣溫上升而增加。所以氣溫變化對大型發(fā)電機和封閉發(fā)電機影響較大。

（3）空氣濕度每高10%，因導熱改善，溫升可降0.07～0.38℃，平均為0.19℃。

（4）海拔以1 000 m為標準，每升100 m,溫升增加溫升極限值的1%。

四、極限工作溫度與最高允許工作溫度

通常說(shuō)A級的極限工作溫度為105℃，A級的最高允許工作溫度是90℃。那么，極限工作溫度與最高允許工作溫度有何不同？其實(shí)，這與測量方法有關(guān)，不同的測量方法，其反映出的數值不同，含義也不一樣。

（1）溫度計法

其測量結果反映的是繞組絕緣的局部表面溫度。這個(gè)數字平均比繞組絕緣的實(shí)際最高溫度即“最熱點(diǎn)”低15℃左右。該法最簡(jiǎn)單，在中、小發(fā)電機現場(chǎng)應用最廣。

（2）電阻法

其測量結果反映的是整個(gè)繞組銅線(xiàn)溫度的平均值。該數比實(shí)際最高溫度按不同的絕緣等級降低5～15℃。該法是測出導體的冷態(tài)及熱態(tài)電阻，按有關(guān)公式算出平均溫升。

 

溫升試驗電阻法阻值曲線(xiàn)圖

 

（3）埋置溫度計

試驗時(shí)將銅或鉑電阻溫度計或熱電偶埋置在繞組、鐵心或其它需要測量預期溫度最高的部件里。其測量結果反映出測溫元件接觸處的溫度。大型發(fā)電機常采用此法來(lái)監視發(fā)電機的運行溫度。

（4）目測法

一般溫升試驗過(guò)程中，目測讀取阻值數據，然后用筆手工記錄下當前時(shí)刻的繞組阻值和對應時(shí)刻的時(shí)間點(diǎn)，并且根據記錄下的一組繞組阻值和時(shí)間刻度，以時(shí)間刻度為橫坐標，以繞組阻值為縱坐標，手工繪制出繞組阻值隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

各種測量方法所測量到的溫度與實(shí)際最高溫度都有一定差值，因此需將絕緣材料的“極限工作溫度”減去此差值才是“最高允許工作溫度”。

五、發(fā)電機各部位的溫度限度

1、與繞組接觸的鐵心

溫升（溫度計法）應不超過(guò)所接觸的繞組絕緣的溫升限度（電阻法），即A級為60℃，E級為75℃，B級為80℃，F級為100℃，H級為125℃。

2、滾動(dòng)軸承溫度

應不超過(guò)95℃，滑動(dòng)軸承的溫度應不超過(guò)80℃。因溫度太高會(huì )使油質(zhì)發(fā)生變化和破壞油膜。

3、用空氣間接冷卻繞組的溫升限值

發(fā)電機在額定狀態(tài)下長(cháng)期運行而達到熱穩定時(shí)，發(fā)電機各部分溫升的最大允許限值稱(chēng)為溫升限值。發(fā)電機繞組的溫升限值主要取決于發(fā)電機絕緣結構所能允許的極限溫度和最高冷卻介質(zhì)溫度，它們之間的關(guān)系為溫升限值一極限溫度一最高冷卻介質(zhì)溫度一熱點(diǎn)裕度繞組的熱點(diǎn)裕度是指額定負載時(shí)繞組最熱點(diǎn)的穩定溫度與繞組平均溫度之差。

4、對在非基準條件下試驗或運行的發(fā)電機繞組溫升限值的修正

基準條件是指環(huán)境溫度最高為40℃，海拔不超過(guò)1000m的工作條件。規定的數值即為發(fā)電機在這種工作條件下運行時(shí)其繞組溫升的限值。若發(fā)電機熱試驗或運行時(shí)所處的工作環(huán)境超過(guò)了基準條件時(shí)，則有可能對發(fā)電機的散熱產(chǎn)生一定的影響，有必要時(shí)需規定的數值進(jìn)行修正。

5、集電環(huán)、換向器以及電刷和電刷機構升或度限值

 

開(kāi)啟式和封閉式發(fā)電機集電環(huán)、換向器以及電刷和電刷機構的溫升或溫度應不至于損壞其本身或任何相鄰部件的絕緣。集電環(huán)和換向器的溫升或溫度應不超過(guò)由電刷等級和集電環(huán)與換向器材質(zhì)組件在整個(gè)運行范圍內能承受的電流的溫升或溫度值。在GIB755中曾經(jīng)規定，當采用溫度計法測量其溫度時(shí)。

 

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