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发电机绕组温升限值及影响因素 |
衡量发电机发热程度是用“温升”而不是用“温度”来计算的，当“温升”突然增大或超过最高工作温度时，说明发电机已发生故障。根据GB755一2008《旋转电机定额和性能》中给出了旋转发电机绕组和相关部件的温升（温度限值）及其有关规定。本文中只给出用于中小型连续工作制（基准条件）采用周围空气间接冷却发电机的有关部分。考虑到热分级为A级的绝缘材料已很少用，故没有录用热分级为A级的有关部分。
一、绝缘材料的绝缘等级
绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C7个等级，其极限工作温度分别为90、105、120、130、155、180℃、及180℃以上。
所谓绝缘材料的极限工作温度，系指发电机在设计预期寿命内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。根据经验，A级材料在105℃、B级材料在130℃的情况下寿命可达10年，但在实际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿命在15～20年。如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。所以发电机在运行中，温度是影响绕组使用寿命的主要因素之一。
二、温升的概念
温升是指电子电气设备中的各个部件高出环境的温度。导体通流后产生电流热效应，随着时间的推移，导体表面的温度不断地上升直至稳定。为验证电子产品的使用寿命、稳定性等特性，通常会测试其重要元件的温升，将被测设备置于高于其额定工作温度(t＝25℃)的某一特定温度(t＝70℃)下运行，稳定后记录其元件高于环境温度的温升，验证此产品的设计是否合理。稳定的判断条件是在所有测试点在1个小时测试间隔内前后温差不超过2k，此时测得任意测试点的温度与测试最后1/4周期环境温度平均值的差值称为温升，单位为k。
温升是发电机与环境的温度差，是由发电机发热引起的。运行中的发电机铁芯处在交变磁场中会产生铁损，绕组通电后会产生铜损，还有其它杂散损耗等。这些都会使发电机温度升高。另一方面发电机也会散热。当发热与散热相等时即达到平衡状态，温度不再上升而稳定在一个水平上。当发热增加或散热减少时就会破坏平衡，使温度继续上升，扩大温差，则增加散热，在另一个较高的温度下达到新的平衡。但这时的温差即温升已比以前增大了，所以说温升是发电机设计及运行中的一项重要指标，标志着发电机的发热程度，在运行中，如发电机温升突然增大，说明发电机有故障，或风道阻塞或负荷太重。
三、温升与气温等因素的关系
对于正常运行的发电机，理论上在额定负荷下其温升应与环境温度的高低无关，但实际上还是受环境温度等因素影响的。
（1）当气温下降时，正常发电机的温升会稍许减少。这是因为绕组电阻R下降，铜耗减少。温度每降1℃，R约降0.4%。
（2）对自冷发电机，环境温度每增10℃，则温升增加1.5～3℃。这是因为绕组铜损随气温上升而增加。所以气温变化对大型发电机和封闭发电机影响较大。
（3）空气湿度每高10%，因导热改善，温升可降0.07～0.38℃，平均为0.19℃。
（4）海拔以1 000 m为标准，每升100 m,温升增加温升极限值的1%。
四、极限工作温度与最高允许工作温度
通常说A级的极限工作温度为105℃，A级的最高允许工作温度是90℃。那么，极限工作温度与最高允许工作温度有何不同？其实，这与测量方法有关，不同的测量方法，其反映出的数值不同，含义也不一样。
（1）温度计法
其测量结果反映的是绕组绝缘的局部表面温度。这个数字平均比绕组绝缘的实际最高温度即“最热点”低15℃左右。该法最简单，在中、小发电机现场应用最广。
（2）电阻法
其测量结果反映的是整个绕组铜线温度的平均值。该数比实际最高温度按不同的绝缘等级降低5～15℃。该法是测出导体的冷态及热态电阻，按有关公式算出平均温升。
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温升试验电阻法阻值曲线图 |
（3）埋置温度计
试验时将铜或铂电阻温度计或热电偶埋置在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件里。其测量结果反映出测温元件接触处的温度。大型发电机常采用此法来监视发电机的运行温度。
（4）目测法
一般温升试验过程中，目测读取阻值数据，然后用笔手工记录下当前时刻的绕组阻值和对应时刻的时间点，并且根据记录下的一组绕组阻值和时间刻度，以时间刻度为横坐标，以绕组阻值为纵坐标，手工绘制出绕组阻值随时间变化的曲线。
各种测量方法所测量到的温度与实际最高温度都有一定差值，因此需将绝缘材料的“极限工作温度”减去此差值才是“最高允许工作温度”。
五、发电机各部位的温度限度
1、与绕组接触的铁心
温升（温度计法）应不超过所接触的绕组绝缘的温升限度（电阻法），即A级为60℃，E级为75℃，B级为80℃，F级为100℃，H级为125℃。
2、滚动轴承温度
应不超过95℃，滑动轴承的温度应不超过80℃。因温度太高会使油质发生变化和破坏油膜。
3、用空气间接冷却绕组的温升限值
发电机在额定状态下长期运行而达到热稳定时，发电机各部分温升的最大允许限值称为温升限值。发电机绕组的温升限值主要取决于发电机绝缘结构所能允许的极限温度和最高冷却介质温度，它们之间的关系为温升限值一极限温度一最高冷却介质温度一热点裕度绕组的热点裕度是指额定负载时绕组最热点的稳定温度与绕组平均温度之差。
4、对在非基准条件下试验或运行的发电机绕组温升限值的修正
基准条件是指环境温度最高为40℃，海拔不超过1000m的工作条件。规定的数值即为发电机在这种工作条件下运行时其绕组温升的限值。若发电机热试验或运行时所处的工作环境超过了基准条件时，则有可能对发电机的散热产生一定的影响，有必要时需规定的数值进行修正。
5、集电环、换向器以及电刷和电刷机构升或度限值
开启式和封闭式发电机集电环、换向器以及电刷和电刷机构的温升或温度应不至于损坏其本身或任何相邻部件的绝缘。集电环和换向器的温升或温度应不超过由电刷等级和集电环与换向器材质组件在整个运行范围内能承受的电流的温升或温度值。在GIB755中曾经规定，当采用温度计法测量其温度时。
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