Охлаждение синхронных генераторов

Классификация типов охлаждения генераторов показана на рисунке 5.4.

Система охлаждения бывает:

- непосредственной (статор и ротор выполняются с каналами и по этим каналам пропускается хладагент);

- косвенной (обдув частей хладагентом).

Виды охлаждения:

- воздушное;

- водородное;

- масляное;

- водяное.

Увеличение единичной мощности турбогенераторов реализуется главным образом за счет внедрения более интенсивных способов охлаждения без заметного увеличения габаритных размеров. Применение воздушного охлаждения ограничено мощностью генераторов. В России применяется при мощности генераторов до 160 МВт.

Для увеличения единичной мощности генератора необходимо увеличить плотность тока ротора или статора, для этого необходимо применять более эффективную систему охлаждения, не допускать перегрева активной части ротора, статора и изоляции. При увеличении температуры на 10 º С в 2 раза ухудшаются свойства изоляции.

Для более эффективного охлаждения в синхронных генераторах применяют замкнутую систе­му охлаждения (рисунок 5.5), когда один и тот же объем газа циркулирует в замк­нутой системе, состоящей из генератора (объект охлаждения) 1, незави­симого вентилятора 2, трубопровода 3 и 5 и охладителя 4, в котором охлаждается нагретый в машине газ.

В крупных синхронных генераторах применяют в каче­стве охлаждающего газа водород. Особые свойства водорода обеспечивают водородному охлаждению ряд преимуществ:

1. Технический водород более чем в десять раз легче воздуха, что способствует снижению потерь на вентиляцию, а следователь­но, повышает КПД машины. Например, в турбогенераторе мощно­стью 150 тыс. кВт потери на вентиляцию при воздушном охлаж­дении составляют 1000 кВт, а при водородном охлаждении турбогенератора такой же мощности эти потери составляют всего лишь 140 кВт, т. е. более чем в семь раз меньше.

2. Благодаря повышенной теплопроводности водорода, кото­рая в 6 – 7 раз больше, чем у воздуха, он интенсивнее охлаждает машину. Это дает возможность при заданных габаритах изгото­вить машину с водородным охлаждением мощностью на 20 – 25% больше, чем при воздушном охлаждении.

3. Водородное охлаждение снижает опасность возникновения пожара в машине потому, что водород не поддерживает горения.

4. Водородное охлаждение увеличивает срок службы изоля­ции обмоток, так как при явлении короны благодаря отсутствию азота в машине не образуются нитраты – соединения, разъедаю­щие органические составляющие изоляционных материалов.

Эффективность водородного охлаждения повышается с рос­том давления водорода в машине (до 5^.10⁵ Па). Но наряду с перечисленными достоинствами водородное охлаждение имеет и недостатки. В основном водородное охлаждение ведет к усложнению и удорожанию, как самой машины, так и ее эксплуатации. Объясняется это, в первую очередь, необходимостью содержания целого комплекса устройств водородного хозяйства, обеспечивающего подпитку, очистку и поддержание требуемого давления водорода в системе охлаждения машины. Однако в машинах большой единичной мощности водородное охлаждение оправдано и дает большой экономический эффект.

Непосредственный контакт охлаждающего вещества с про­водниками обмоток и внутренними слоями магнитопроводов по­вышает интенсивность теплоотвода и позволяет существенно уве­личить удельные электромагнитные нагрузки машины (плотность тока и максимальное значение магнитной индукции). Обычно не­посредственное охлаждение применяют в электрических машинах весьма большой мощности, что позволяет значительно увеличить единичную мощность этих машин.

Минеральное масло теплопроводность (охлаждающая способность) в 20 раз лучше, чем у воздуха.

Дистиллированная вода охлаждает в 50 раз лучше чем воздух и в 7 раз – чем водород. При тех же размерах генератора допускается повышение мощности на 15 – 20 % турбогенераторов, а синхронных компенсаторов – на 30 %.