新聞主題	發電機繞組溫升限值及影響因素

 

衡量發電機發熱程度是用“溫升”而不是用“溫度”來計算的，當“溫升”突然增大或超過最高工作溫度時，說明發電機已發生故障。根據GB755一2008《旋轉電機定額和性能》中給出了旋轉發電機繞組和相關部件的溫升（溫度限值）及其有關規定。本文中只給出用于中小型連續工作制（基準條件）采用周圍空氣間接冷卻發電機的有關部分。考慮到熱分級為A級的絕緣材料已很少用，故沒有錄用熱分級為A級的有關部分。

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，系指發電機在設計預期壽命內，運行時繞組絕緣中最熱點的溫度。根據經驗，A級材料在105℃、B級材料在130℃的情況下壽命可達10年，但在實際情況下環境溫度和溫升均不會長期達設計值，因此一般壽命在15～20年。如果運行溫度長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部件高出環境的溫度。導體通流后產生電流熱效應，隨著時間的推移，導體表面的溫度不斷地上升直至穩定。為驗證電子產品的使用壽命、穩定性等特性，通常會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境溫度的溫升，驗證此產品的設計是否合理。穩定的判斷條件是在所有測試點在1個小時測試間隔內前后溫差不超過2k，此時測得任意測試點的溫度與測試最后1/4周期環境溫度平均值的差值稱為溫升，單位為k。

 

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

三、溫升與氣溫等因素的關系

對于正常運行的發電機，理論上在額定負荷下其溫升應與環境溫度的高低無關，但實際上還是受環境溫度等因素影響的。

（1）當氣溫下降時，正常發電機的溫升會稍許減少。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）對自冷發電機，環境溫度每增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電機和封閉發電機影響較大。

（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，這與測量方法有關，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。這個數字平均比繞組絕緣的實際最高溫度即“最熱點”低15℃左右。該法最簡單，在中、小發電機現場應用最廣。

（2）電阻法

其測量結果反映的是整個繞組銅線溫度的平均值。該數比實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及熱態電阻，按有關公式算出平均溫升。

 

溫升試驗電阻法阻值曲線圖

 

（3）埋置溫度計

試驗時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。大型發電機常采用此法來監視發電機的運行溫度。

（4）目測法

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

各種測量方法所測量到的溫度與實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、滾動軸承溫度

應不超過95℃，滑動軸承的溫度應不超過80℃。因溫度太高會使油質發生變化和破壞油膜。

3、用空氣間接冷卻繞組的溫升限值

發電機在額定狀態下長期運行而達到熱穩定時，發電機各部分溫升的最大允許限值稱為溫升限值。發電機繞組的溫升限值主要取決于發電機絕緣結構所能允許的極限溫度和最高冷卻介質溫度，它們之間的關系為溫升限值一極限溫度一最高冷卻介質溫度一熱點裕度繞組的熱點裕度是指額定負載時繞組最熱點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電機繞組溫升限值的修正

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

5、集電環、換向器以及電刷和電刷機構升或度限值

 

開啟式和封閉式發電機集電環、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。集電環和換向器的溫升或溫度應不超過由電刷等級和集電環與換向器材質組件在整個運行范圍內能承受的電流的溫升或溫度值。在GIB755中曾經規定，當采用溫度計法測量其溫度時。

 

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