Нагрев электрооборудования

Как известно, все проводники электрических цепей (за исключением расположенных в криогенных объемах) при протекании по ним электрического тока нагреваются. Поэтому для более ясного понимания этих процессов приведем краткие положения о нагревании электроустановок и оборудования, а также способах контроля за ним.
При работе электрических машин, трансформаторов, аппаратов, проводов, кабелей и другого оборудования возникают потери энергии, превращающиеся в теплоту, которая повышает температуру обмоток, активной стали, контактных соединений, конструктивных деталей и рассеивается в окружающей среде. Нагрев ограничивает мощность оборудования и увеличивает старение его изоляции. По нагревостойкости, т.е. по способности выдерживать повышение температуры без повреждения и ухудшения изоляционных свойств, применяемые в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах изоляционные материалы согласно ГОСТ 8865—93 разделены на классы. Каждому классу изоляционных материалов соответствуют следующие значения предельной температуры:
Класс.......................... Y А Е В F Н                               J
Длительно допустимая
температура, °С...... 90 100 120 130 155 180 свыше 180
Группы изоляционных материалов подразделяются на следующие классы:
класс Y — волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный материал;
класс А — волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или натурального и искусственного шелка, в рабочем состоянии пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал;
класс Е — синтетические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды и др.);
класс В — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами;
класс F — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами;
класс Н — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими (синтетическими) связующими и пропитывающими составами, кремнийорганическими эластомерами;
класс J — слюда, керамические материалы, стекло, кварц или их комбинации, применяемые без связующих или с неорганическими и элементоорганическими составами.
Нормальный срок службы оборудования обеспечивается, если температура выдерживается в пределах, соответствующих данному классу изоляции.
Государственные стандарты предписывают поддержание в установившихся режимах работы оборудования следующие предельные значения температуры: у генераторов с изоляцией класса В в зависимости от применяемого метода измерения температуры, системы охлаждения, давления водорода и других факторов предельная температура для обмоток ротора составляет 100... 130°С, для обмоток статора — 95... 105 °С, для активной стали — 105°С. Максимальную температуру обмоток машин ограничивают для того, чтобы избежать появления местных перегревов, обеспечить нормальную работу пропиточного компаунда, температура размягчения которого находится в пределах 105... 110 °С.
Для трансформаторов и автотрансформаторов нормы нагрева установлены с таким расчетом, чтобы средняя предельная температура обмоток в наиболее жаркое время года не поднималась выше 105... 110 °С. Поэтому допустимое превышение температуры охлаждающей среды ограничено следующими пределами: обмотки — 65 °С; поверхности магнитопровода и конструктивных элементов — 75 °С; масла в верхних слоях — 60 °С, если масло полностью защищено от соприкосновения с окружающим воздухом (трансформаторы с азотной защитой, герметизированные и др.), в остальных случаях — 55 °С. Температура масла указана для трансформаторов с естественным масляным и принудительным воздушным (дутьевым) охлаждением. В случае принудительной циркуляции масла температуру его в верхних слоях устанавливают заводы-изготовители. Допустимое превышение температуры обмоток сухих трансформаторов определяется классом нагревостойкости изоляции: для класса А — 60 °С; класса Е —75 °С; класса В — 80 °С; класса F — 100 °С и класса Н — 125 °С. Нагрев изоляции выше допустимых температур вызывает ее старение: изменяется ее структура, развиваются местные дефекты, понижается электрическая и механическая прочность. Чем выше температура, тем интенсивнее идет ее старение и износ.

Допустимые значения температуры нагрева

Примечание. Данные, приведенные в таблице, применяют в том случае, если для конкретных видов оборудования не установлены другие нормы.

Нормальному суточному износу изоляции трансформатора соответствует температура наиболее нагретой точки обмотки 98 °С в течение 24 ч. При повышении температуры обмоток сверх указанной только на 6 °С срок возможного использования изоляции сокращается почти вдвое.
Нормы нагрева токоведущих частей аппаратов (выключателей, разъединителей, отделителей, токоограничиваюших реакторов, проходных изоляторов, трансформаторов тока и пр.) установлены ГОСТ 8024 — 93 и приведены в табл.   За расчетную температуру окружающего воздуха принята температура +35 °С.
Для лучшего понимания процессов нагревания электрооборудования рассмотрим нагрев силовых трансформаторов и турбогенераторов в зависимости от режима их работы.