新聞主題	發(fā)電機(jī)繞組溫升限值及影響因素

 

衡量發(fā)電機(jī)發(fā)熱程度是用“溫升”而不是用“溫度”來計(jì)算的，當(dāng)“溫升”突然增大或超過最高工作溫度時(shí)，說明發(fā)電機(jī)已發(fā)生故障。根據(jù)GB755一2008《旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能》中給出了旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)繞組和相關(guān)部件的溫升（溫度限值）及其有關(guān)規(guī)定。本文中只給出用于中小型連續(xù)工作制（基準(zhǔn)條件）采用周圍空氣間接冷卻發(fā)電機(jī)的有關(guān)部分。考慮到熱分級(jí)為A級(jí)的絕緣材料已很少用，故沒有錄用熱分級(jí)為A級(jí)的有關(guān)部分。

一、絕緣材料的絕緣等級(jí)

絕緣材料按耐熱能力分為Y、A、E、B、F、H、C7個(gè)等級(jí)，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(jī)在設(shè)計(jì)預(yù)期壽命內(nèi)，運(yùn)行時(shí)繞組絕緣中最熱點(diǎn)的溫度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，A級(jí)材料在105℃、B級(jí)材料在130℃的情況下壽命可達(dá)10年，但在實(shí)際情況下環(huán)境溫度和溫升均不會(huì)長(zhǎng)期達(dá)設(shè)計(jì)值，因此一般壽命在15～20年。如果運(yùn)行溫度長(zhǎng)期超過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(jī)在運(yùn)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(shè)備中的各個(gè)部件高出環(huán)境的溫度。導(dǎo)體通流后產(chǎn)生電流熱效應(yīng)，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)體表面的溫度不斷地上升直至穩(wěn)定。為驗(yàn)證電子產(chǎn)品的使用壽命、穩(wěn)定性等特性，通常會(huì)測(cè)試其重要元件的溫升，將被測(cè)設(shè)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(yùn)行，穩(wěn)定后記錄其元件高于環(huán)境溫度的溫升，驗(yàn)證此產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否合理。穩(wěn)定的判斷條件是在所有測(cè)試點(diǎn)在1個(gè)小時(shí)測(cè)試間隔內(nèi)前后溫差不超過2k，此時(shí)測(cè)得任意測(cè)試點(diǎn)的溫度與測(cè)試最后1/4周期環(huán)境溫度平均值的差值稱為溫升，單位為k。

 

溫升是發(fā)電機(jī)與環(huán)境的溫度差，是由發(fā)電機(jī)發(fā)熱引起的。運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)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(jī)溫度升高。另一方面發(fā)電機(jī)也會(huì)散熱。當(dāng)發(fā)熱與散熱相等時(shí)即達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度不再上升而穩(wěn)定在一個(gè)水平上。當(dāng)發(fā)熱增加或散熱減少時(shí)就會(huì)破壞平衡，使溫度繼續(xù)上升，擴(kuò)大溫差，則增加散熱，在另一個(gè)較高的溫度下達(dá)到新的平衡。但這時(shí)的溫差即溫升已比以前增大了，所以說溫升是發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，標(biāo)志著發(fā)電機(jī)的發(fā)熱程度，在運(yùn)行中，如發(fā)電機(jī)溫升突然增大，說明發(fā)電機(jī)有故障，或風(fēng)道阻塞或負(fù)荷太重。

三、溫升與氣溫等因素的關(guān)系

對(duì)于正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，理論上在額定負(fù)荷下其溫升應(yīng)與環(huán)境溫度的高低無關(guān)，但實(shí)際上還是受環(huán)境溫度等因素影響的。

（1）當(dāng)氣溫下降時(shí)，正常發(fā)電機(jī)的溫升會(huì)稍許減少。這是因?yàn)槔@組電阻R下降，銅耗減少。溫度每降1℃，R約降0.4%。

（2）對(duì)自冷發(fā)電機(jī)，環(huán)境溫度每增10℃，則溫升增加1.5～3℃。這是因?yàn)槔@組銅損隨氣溫上升而增加。所以氣溫變化對(duì)大型發(fā)電機(jī)和封閉發(fā)電機(jī)影響較大。

（3）空氣濕度每高10%，因?qū)岣纳疲瑴厣山?.07～0.38℃，平均為0.19℃。

（4）海拔以1 000 m為標(biāo)準(zhǔn)，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A級(jí)的極限工作溫度為105℃，A級(jí)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(cè)量方法有關(guān)，不同的測(cè)量方法，其反映出的數(shù)值不同，含義也不一樣。

（1）溫度計(jì)法

其測(cè)量結(jié)果反映的是繞組絕緣的局部表面溫度。這個(gè)數(shù)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(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最廣。

（2）電阻法

其測(cè)量結(jié)果反映的是整個(gè)繞組銅線溫度的平均值。該數(shù)比實(shí)際最高溫度按不同的絕緣等級(jí)降低5～15℃。該法是測(cè)出導(dǎo)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(yàn)電阻法阻值曲線圖

 

（3）埋置溫度計(jì)

試驗(yàn)時(shí)將銅或鉑電阻溫度計(jì)或熱電偶埋置在繞組、鐵心或其它需要測(cè)量預(yù)期溫度最高的部件里。其測(cè)量結(jié)果反映出測(cè)溫元件接觸處的溫度。大型發(fā)電機(jī)常采用此法來監(jiān)視發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度。

（4）目測(cè)法

一般溫升試驗(yàn)過程中，目測(cè)讀取阻值數(shù)據(jù)，然后用筆手工記錄下當(dāng)前時(shí)刻的繞組阻值和對(duì)應(yīng)時(shí)刻的時(shí)間點(diǎn)，并且根據(jù)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(biāo)，以繞組阻值為縱坐標(biāo)，手工繪制出繞組阻值隨時(shí)間變化的曲線。

各種測(cè)量方法所測(cè)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(jī)各部位的溫度限度

1、與繞組接觸的鐵心

溫升（溫度計(jì)法）應(yīng)不超過所接觸的繞組絕緣的溫升限度（電阻法），即A級(jí)為60℃，E級(jí)為75℃，B級(jí)為80℃，F(xiàn)級(jí)為100℃，H級(jí)為125℃。

2、滾動(dòng)軸承溫度

應(yīng)不超過95℃，滑動(dòng)軸承的溫度應(yīng)不超過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(jī)在額定狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行而達(dá)到熱穩(wěn)定時(shí)，發(fā)電機(jī)各部分溫升的最大允許限值稱為溫升限值。發(fā)電機(jī)繞組的溫升限值主要取決于發(fā)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)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(fù)載時(shí)繞組最熱點(diǎn)的穩(wěn)定溫度與繞組平均溫度之差。

4、對(duì)在非基準(zhǔn)條件下試驗(yàn)或運(yùn)行的發(fā)電機(jī)繞組溫升限值的修正

基準(zhǔn)條件是指環(huán)境溫度最高為40℃，海拔不超過1000m的工作條件。規(guī)定的數(shù)值即為發(fā)電機(jī)在這種工作條件下運(yùn)行時(shí)其繞組溫升的限值。若發(fā)電機(jī)熱試驗(yàn)或運(yùn)行時(shí)所處的工作環(huán)境超過了基準(zhǔn)條件時(shí)，則有可能對(duì)發(fā)電機(jī)的散熱產(chǎn)生一定的影響，有必要時(shí)需規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行修正。

5、集電環(huán)、換向器以及電刷和電刷機(jī)構(gòu)升或度限值

 

開啟式和封閉式發(fā)電機(jī)集電環(huán)、換向器以及電刷和電刷機(jī)構(gòu)的溫升或溫度應(yīng)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(yīng)不超過由電刷等級(jí)和集電環(huán)與換向器材質(zhì)組件在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)能承受的電流的溫升或溫度值。在GIB755中曾經(jīng)規(guī)定，當(dāng)采用溫度計(jì)法測(cè)量其溫度時(shí)。

 

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