Типы турбо-и гидрогенераторов. 
Системы охлаждения

Известно, что для отвода выделяемого в генераторе тепла предназначена система охлаждения с целью поддержания температуры меди обмоток, а также стали статора и ротора в допустимых пределах.

При использовании изоляции класса В предельные допустимые температуры зависят от системы охлаждения (косвенная или непосредственная), давления охлаждающего газа и других причин и составляют для обмотки ротора 100−130°С (при измерении методом термометра), для обмотки статора 95−105°С (при измерении методом сопротивления) и для активной стали 105 °C (при измерении методом термометра).

Все системы охлаждения можно подразделить на косвенные (или поверхностные) и непосредственные (или внутрипроводниковые). Некоторые машины выполняют со смешанной системой охлаждения. В качестве охлаждающих сред используют воздух, водород, воду и масло.

Косвенные системы охлаждения

При косвенной системе охлаждения газ (воздух или водород) циркулирует в зазоре между ротором и статором, а также в вентиляционных каналах сердечника статора. Поэтому тепло, выделяемое в проводниках обмоток ротора и статора, поглощается охлаждающим газом лишь после того, как оно пройдет через пазовую изоляцию и сталь ротора или статора. При этом в изоляции, активной стали и на поверхности каналов имеют место перепады температур, сумма которых 0 равна превышению температуры меди обмотки над температурой охлаждающей среды: в_м-6₀.

Наибольшие допускаемые потери мощности в машине и соответственно ее номинальная мощность пропорциональны допускаемому превышению температур. При косвенной системе охлаждения основная доля превышения температур приходится на изоляцию, поэтому номинальная мощность генератора заданных размеров в значительной мере ограничена тепловыми характеристиками изоляции.

Косвенная воздушная система охлаждения может быть проточной и замкнутой. При проточной системе воздух, пройдя очистительные фильтры, поступает в закрытую машину, охлаждает ее и затем выбрасывается наружу. Такая вентиляция применяется только для генераторов небольшой мощности, так как, несмотря на наличие фильтров, с воздухом в машину попадает и пыль. Для более крупных генераторов, требующих большого количества воздуха, во избежание их загрязнения применяют замкнутую вентиляцию, при которой в машине циркулирует одно и то же количество воздуха; нагретый воздух охлаждается в воздухоохладителях и снова поступает к активным частям машины.

Косвенная водородная система охлаждения может быть только замкнутой. Увеличение мощности генераторов в единице требует такого повышения электромагнитных нагрузок, при которых воздух не обеспечивает необходимый отвод тепла. Поэтому в системах охлаждения крупных турбогенераторов и синхронных компенсаторов воздух заменен водородом. Большие размеры гидрогенераторов усложняют создание надежных уплотнений, поэтому для охлаждения гидрогенераторов водород не применяется.

По сравнению с воздухом водород обладает рядом преимуществ: он имеет в 7 раз большую теплопроводность, в 14 раз меньшую плотность и в 1,44 раза больший коэффициент теплоотдачи с поверхности. Более эффективное охлаждение нагретых поверхностей водородом позволяет при тех же размерах увеличить мощность турбогенераторов на 15−20% и синхронных компенсаторов на 30%, а при одной и той же мощности машины в единице сберечь 15−30% активных материалов. При повышении давления теплопроводность водорода остается неизменной, а теплоотдача с поверхности растет, благодаря чему уменьшается превышение температуры на поверхности. Это позволяет увеличить превышение температур в изоляции и стали, а следовательно, и мощность генератора в единице.

За счет меньшей плотности водорода по сравнению с воздухом в машине с водородным охлаждением уменьшаются потери на трение ротора о водород и потери на вентиляцию; это приводит к повышению КПД машины на 0,7−1%.

Изоляция машин с водородным охлаждением оказывается более долговечной, так как исключается образование озона, оказывающего разрушающее воздействие на изоляцию.

Водородное охлаждение создает также и ряд трудностей, обусловленных возможностью образования взрывоопасной смеси при определенном содержании водорода и кислорода и наличии высокой температуры. Для устранения опасности взрыва содержание водорода должно быть более 70%; обычно оно равно 97−99%. Кроме того, во избежание проникновения воздуха внутрь машины давление водорода выбирают выше атмосферного — не менее 0,103−0,107 МПа.