Исключительные случаи работы на генератора
В исключительных случаях на генераторе могут иметь место большие скорости изменения нагрузки, например, при действии АРВ или даже ФВ скорость изменения реактивной нагрузки, а значит и полной нагрузки велика, также при регулировании активной нагрузки генератора в пиковом режиме или при регулировании частоты.
Поэтому дополнительно рассмотрим поведение обмоток ротора и статора при пуске и наборе нагрузки. При этом необходимо учесть, что постоянные времени нагрева обмоток и активной стали генератора существенно отличаются: тепловая постоянная нагрева активной стали – 40 минут, обмотки ротора в среднем 2 мин., обмотки статора- около 1 мин.
Условия теплового расширения стержней обмотки ротора и статора существенно различаются из-за того, что одни вращаются, а другие неподвижны, поэтому рассмотрим отдельно поведение обмотки ротора и статора при пуске.
Процессы, происходящие из-за увеличения нагрузки
При увеличении нагрузки, необходимо использовать специальные электрические реле для статора стержни обмотки удлиняются, происходит также удлинение изоляции и возникает механические напряжения растяжения в изоляции, их-то и нужно оценить из-за меньшей прочности материала изоляции по сравнению с материалом обмотки.
Медь обмотки и изоляция удлиняются одинаково из-за значительной силы сцепления, поэтому рассматриваем удлинение обмотки, а механические напряжения рассчитываем для изоляции. Механические напряжения в изоляции зависят от скорости деформации σ = φ(vудл), а допустимые напряжения σдоп= φ(t) –от длительности воздействия (рис.1).
Скорость теплового удлинения стержня пропорциональна скорости изменения его температуры vудл =dl/dt= εмdτ/dt. Скорость превышения температуры может быть определена в предположении адиабатного нагрева стержня по приближенной формуле dτ/dt=j2/200.
Коэффициент линейного расширения меди εм =16,5 ∙10-6 мм/ мм град. В соответствии с системой электроснабжения находим скорость относительного удлинения стержней в секунду:
vудл=εм j2 /200 =16,5∙10-6 j2 /200=8,25∙10-8 j2 или в минуту: vудл = 5∙10-6 j2.
Плотность тока в обмотке современных генераторов составляет (5 -7) А/мм2 , и скорость удлинения стержня при внезапном приложении к нему полной токовой нагрузки равна (0,12- 0,25)∙10-3 1/мин. При таких скоростях напряжения растяжения не превосходят значений 9- 10 МПа, а разрушающие напряжения – более 22 МПа (рис.1), т.е. рассматриваемый режим внезапного изменения нагрузки от нуля до максимального значения неопасен для изоляции.
