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性能特點和作用說明 |
斯坦福交流同步發電機的標定功率和系數修正 |
為了達到交流發電機的預期壽命和性能，必須考慮影響已公布的基礎等級的許多因素。以下因素必須正確地應用于公布的基準等級，以正確地選擇 (提名) 合適的交流發電機。在整個交流發電機制造業務中，經常提到低壓(LV)、中壓(MV)和高壓(HV)輸出。一般來說， 低壓指小于690V的標稱電壓，MV指1000V~4400V之間的標稱電壓，HV指4400V~13800V之間的標稱電壓。康明斯公司對斯坦福交流發電機的功率區分、系數修正以及等級測試要求進行了系統性的介紹。
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斯坦福交流發電機側視圖. |
斯坦福交流發電機等軸測圖 |
一、發電機標定功率
斯坦福交流同步發電機（康明斯旗下品牌之一）的標定功率是指在額定轉速下長期連續運轉時輸出的額定電功率，用PH 表示。斯坦福發電機的額定功率類別，通常用工作制類別表示。 GB755（idtIEC34-1）對旋轉電機規定了 10 種工作制。 ISO8528-3（GB/T2820.3）規定，對 RIC 發動機驅動的發電機組用發電機，應規定持續定額（工作制 S1）或離散恒定負載定額（工作制 S10）。 S1 工作制——連續工作制：保持在恒定負載下運行至熱穩定狀態。 S10 工作制——離散恒定負載工作制：包括不多于 4 種離散負載值（或等效負載）的工作制。每一種負載的運行時間應足以使電機達到熱穩定。在一個工作周期中的最小負載可為零（空載、 停機和斷能）。
（1）發電機的標定功率
發電機的標定功率是指在標準環境狀況下（大氣壓力、相對溫度、環境溫度）的 12h 連續運轉功率（其中允許超負荷 10%運轉 1h）。機組超過 12h 以上連續使用時，其輸出功率為按柴油機標定功率的 90%修正后折算的電功率。發電機的功率類別是綜合考慮配套件的功率類別并結合實際使用情況來規定的。ISO8528-1 規定機組的功率類別是： （1）持續功率（COP）； （2）基本功率（PRP）；
（2） 限時運行功率（LTP）。
對于同一臺發電機組，額定功率類別不同，其大小也不同。所有國家標準以及 ISO8528-5
二、功率修正系數的調整
1、環境的溫度調整
環境溫度過高會導致交流發電機中的工作溫度過高。為了保持機器的熱額定值 ，必須降低kVA的輸出額定值。連續額定工業用交流發電機的標準溫度為40°C 。如果環境溫度低于40°C，則可以提高額定值。最大允許的環境溫度為60ºC。如果冷卻空氣溫度 高于60ºC，請進行指導。
2、海拔高度修正系數
空氣在高海拔地區空氣密度降低。較低密度的空氣降低了交流發電機的傳熱特性，導致溫度升高。為了保持機器的設計熱額定值，必須限制交流發電機的額定值。在海拔1000米(3300英尺)時，空氣密度的變化不足以從根本上改變空氣的熱傳遞特性。在1000masl以上，低密度空氣冷卻交流發電機內部部件的有效性充分降低。為了防止因減少冷卻而過高，輸出額定值必須降低。國際公認的減壓系數是基于超過1000masl每500米3%的減速，海拔高度為4000masl。
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海拔高度
|
修正系數
|
|
1000米
|
1.00
|
|
1500米
|
0.97
|
|
2000米
|
0.94
|
|
2500米
|
0.91
|
|
3000米
|
0.88
|
|
3500米
|
0.85
|
|
4000米
|
0.82
|
|
4500米
|
0.79
|
注意：盡管應用了減速因子，但有必要進一步考慮在高海拔1000至4000masl之間使用高壓發電機。
3、功率因子調整
功率因數是一種識別完成工作所需的主動實際功率(kWe)和所消耗的表視功率(kVA)之間的電關系的方法。這種差異是由于施加于交流發電機上的電氣負載的電氣特性造成的。功率因數基本上是對電流波形相對于電壓波形的定時-相位角差的測量。這個想法是確定提供的電力(kVA)是如何有效地與實際完成的工作(kWe)相關的。當功率因數更接近統一時，功率被更有效地利用。交流發電機的額定功率符合行業標準，設計為在0pf和1.0pf(單位)之間安全運行，因為大多數電氣負載具有這些感應功率因數特性。這是一個交流發電機的最佳工作性能的區域。當為功率因數低于0.8滯后的負載供電時，交流發電機的繞組將運行得更熱。因此，需要降低交流發電機的kVA輸出額定值，以保持繞組中正確的工作溫度。下表提供了不同滯后功率因數必須應用于交流發電機kVA輸出額定值的減乘系數：
|
功率因素COSΦ
|
功率系數
|
|
0.8
|
1.00
|
|
0.7
|
0.95
|
|
0.6
|
0.91
|
|
0.5
|
0.88
|
|
0.4
|
0.86
|
|
0.3
|
0.85
|
|
0.2
|
0.84
|
|
0.1
|
0.84
|
|
0
|
0.84
|
領先(電容式)功率因數負載會導致交流發電機的輸出端電壓升高。這種影響對AVR的控制，可能對連接的負載造成損壞。可由交流發電機支持的電容性負載是有限的，并因設計而異。康明斯公司應用工程部提供適當的性能曲線，稱為“工作曲線”或“能力曲線”。此圖表或曲線可用于確定交流發電機的最大輸出功率。由于上述原因，當系統由發電機組供電時，應盡可能斷開，除非考慮了所有條件下負載的真實工作功率因數。
三、性能測試
1、基礎功率連續的測試
表1中的額定乘系數是H級絕緣的低壓交流發電機。這些單乘因子將用于H類、F類、B 類和E類的溫度上升等級。該表是基于40ºC每5ºC的等級調整3%。該表可用于斯坦福S0/S1至S7/LV系列交流發電機：
表1
|
溫升（℉）
|
溫升（℃）
|
功率系數
|
|
50
|
10
|
1.09
|
|
64
|
18
|
1.06
|
|
80
|
27
|
1.03
|
|
104
|
40
|
1.00
|
|
113
|
45
|
0.97
|
|
122
|
50
|
0.94
|
|
131
|
55
|
0.91
|
|
140
|
60
|
0.88
|
表2中的額定值倍增系數為基本連續等級絕緣等級的LV/MV/HV交流發電機；H級和F級。這些乘 系數用于H類、F類、B類和E類的升溫等級。該表是基于40ºC每一個5ºC的等級調整。該表可用 于斯坦福S9、P80和AvK交流發電機
表2
|
溫升
|
H類
|
F類
|
B類
|
E類
|
|
°C
|
Vtc
|
Vtc
|
Vtc
|
Vtc
|
|
15
|
1.095
|
1.113
|
1.146
|
1.155
|
|
20
|
1.076
|
1.090
|
1.117
|
1.124
|
|
25
|
1.057
|
1.068
|
1.088
|
1.093
|
|
30
|
1.038
|
1.045
|
1.058
|
1.062
|
|
35
|
1.019
|
1.023
|
1.029
|
1.031
|
|
40
|
1.000
|
1.000
|
1.000
|
1.000
|
|
45
|
0.970
|
0.965
|
0.955
|
0.952
|
|
50
|
0.940
|
0.930
|
0.910
|
0.905
|
|
55
|
0.910
|
0.895
|
0.865
|
0.857
|
|
60
|
0.880
|
0.860
|
0.820
|
0.809
|
如果交流發電機已通過CAMOS工具配置，符合適當的應用規范，那么適用于該應用的冷卻空氣入口溫度的所有環境等級因素將已經應用。因此，不需要進一步的等級調整。
2、最大功率測試
表3表格中的額定值倍增系數為絕緣等級的峰值備用等級下的LV/MV/HV交流發電機；H級和F級。這些乘系數將用于40C和27C環境溫度下的備用等級和40C和27C環境溫度下的F級。表3是基于來自40ºC的每個5ºC的x%的等級調整，適用于所有斯坦福和AvK品牌的交流發電機。
|
溫升℃
|
H級溫升（功率系數）
|
F級溫升（功率系數）
|
|
15
|
1.080
|
1.095
|
|
20
|
1.064
|
1.076
|
|
25
|
1.048
|
1.057
|
|
30
|
1.032
|
1.038
|
|
35
|
1.016
|
1.019
|
|
40
|
1.000
|
1.000
|
|
45
|
0.975
|
0.970
|
|
50
|
0.949
|
0.940
|
|
55
|
0.924
|
0.910
|
|
60
|
0.898
|
0.880
|
3、絕類和溫升測試
IEC60085提供了交流發電機制造商可用于設計交流發電機的絕緣系統的絕緣等級選項的詳細信息。下表說明了行業標準中提供的每個絕緣系統等級的允許溫升。銅定子繞組的實際溫度為°C(升高)中的最大允許溫度。這個“上升”值是基于40°C的環境溫度，這是所有工業使用的交流發電機的行業標準。對于基礎連續額定值，還有一個裕量或安全因素，稱為“熱點”，通常是10°C或15°C。這三個溫度值加在一起，給出了交流發電機絕緣系統的“總溫度”：
溫度上升+環境溫度+熱點允許量=總溫度
|
機器絕緣等級
|
A
|
E
|
B
|
F
|
H
|
|
基于40°C的環境溫度加上絕緣系統標準壽命周期的熱點允許量，°C的最大允許溫升。
|
60
|
75
|
80
|
105
|
125
|
注：用數學計算出的絕緣系統的“半衰期”數字是在指定的溫升值下的20,000小時，用于連續運行和在40°C環境下。如果現場條件是可接受的標準，并且所施加的負載在額定值范圍內，那么絕緣系統中的絕緣材料的實際壽命將會長得多。
4、絕緣等級測試
交流發電機可在不同的溫升額定下運行的基礎連續額定和備用額定。選擇交流發電機的溫升額定值可以縮短或延長交流發電機的絕緣系統的使用壽命。表4說明了H類絕緣系統計算出的半衰期——實際使用壽命取決于現場和應用條件。
表4
|
H類絕緣系統
|
|||
|
溫升額定值
|
等級
乘數
|
溫升/環境 °C
|
已計算
半衰期
小時
|
|
峰值備用27°C
|
1.09
|
163/27
|
3500
|
|
峰值備用40°C
|
1.06
|
150/40
|
3500
|
|
H類(連續基準速率)
|
1.00
|
125/40
|
20000
|
|
F類(主功率)
|
0 916
|
105/40
|
120000
|
|
B類(公用事業并行)
|
0.80
|
80/40
|
640000
|
5、濕度要求
過濕導致繞組凝結，會導致交流發電機絕緣系統過早失效。如果在這些條件下打開交流發電機，交流發電機的繞組很可能發生災難性的故障。一個防冷凝加熱器是提供作為一個可選的額外的高濕度條件。防冷凝加熱器需要一個單獨的電源。當交流發電機靜止不動時，該加熱器應與其他措施一起使用，如發電機組外殼中的空間加熱器一起使用。發電機組運行，必須自動斷開抗凝加熱器。抗冷凝加熱器的設計是為了保持機器的干燥，而且它不能干燥已經被冷凝而飽和的交流發電機。
6、外殼保護
外殼保護被標識為字母IP后面的兩個數字。例如IP23，并指示機器對固體物體和液體的有害進入的保護程度。第一個數字表示對固體的保護程度，第二個數字表示對液體的保護程度。第三個數字提供了防止機械沖擊的保護，但這在旋轉機器行業中通常沒有顯示出來。保護程度并不意味著或意味著某一特定產品是耐腐蝕的。它只是表示防止固體和液體進入機器的保護水平。例如，在生成集行業中使用或要求的最常用的代碼是IP22、IP23、IP44和IP54。要解釋每個定義的含義，請從表中選擇一個定義。
|
第一個號碼
|
試驗
|
第二個號碼
|
試驗
|
|
2
|
防固體保護
物體高達12毫米e。g.
手指
|
2
|
防止垂直噴灑高達15º的水
|
|
3
|
防止超過2.5mme的固體物體。g.工具和電線
|
3
|
防止噴霧從垂直方向噴到60º。
|
|
4
|
防止超過1毫米e的固體物體。g.工具、電線和小電線
|
4
|
防止從四面八方噴灑的水，允許限制進入
|
|
5
|
防止防塵進入，無有害沉積物
|
5
|
防止低壓噴射的水e。g.用于甲板，允許進入
|
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