Sakkaussäätöisen tuulivoimalaitoksen generaattorin lämpeneminen

Abstract

Työn tavoitteena oli tutkia tuulivoimalaitoksen konehuonetta generaattorin käyttöympäristönä sekä konehuoneen ilmastointia ylikuormitustilanteessa. Käytännön mittaukset tehtiin Pyhätunturin koevoimalaitoksella ja Revon Sähkö Oy:n Siikajoen Tauvon "Tauvo 2" -laitoksella. Generaattorin eri osissa syntyvät häviöt lämmittävät generaattoria. Merkittävin generaattoria lämmittävä tekijä on staattorivirran aiheuttamat lämpövirtahäviöt. Lämpenemä on likimääräisesti verrannollinen staattorivirran neliöön. Tätä approksimaatiota käyttämällä voidaan generaattorin kuumimman pisteen lämpötila arvioida. Eristykseltään generaattori on suunniteltu tiettyyn eristysluokkaan. Nimelliskuormalla generaattorin lämpötilat pysyvät eristysluokan sallimissa rajoissa, mikäli generaattorin jäähdytys toimii oikein. Ylikuormitustilanteessa saattaa generaattori lämmetä niin paljon, että eristysluokan sallimat maksimirajat ylittyvät. Generaattorin suojausjärjestelmän tulisi toimia ennen tätä ja pysäyttää generaattorin toiminta. Mikäli suojausjärjestelmä ei toimi, saattaa generaattorin eristysten lämpövanheneminen kiihtyä voimakkaasti vähentäen generaattorin elinikää Eristeiden vanhenemiseen vaikuttaa useita tekijöitä. Lämpövanheneminen on kuitenkin yleensä merkittävin näistä tekijöistä. Mittausaineisto osoitti, että tuulivoimalaitoksen tuotanto vaihtelee voimakkaasti jopa jo yhden sekunnin jaksoissa asiaa tarkasteltaessa. Mittausaineisto oli varsin suppea. Sen perusteella ei voida sanoa, että esiintyykö Pyhätunturin koevoimalaitoksessa ylimääräistä lämpenemistä. Pyhätunturin kuumin piste mittausaineiston perusteella sijaitsee N-päässä. "Tauvo 2" -laitoksessa ei esiintynyt mittausaineiston perusteella ylimääräistä lämpenemistä. Generaattorin jäähdytysilman lämpötila vaikuttaa sen ylikuormitettavuuteen. Valmistajan laskelmat osoittavat, että kylmällä ilmalla ilmantiheyden kasvusta aiheutunut ylikuorma voitaisiin kompensoida, jos generaattorin jäähdytysilmana käytettäisiin ulkoilman lämpöistä ilmaa