بررسی سیستم های راه اندازی و کنترل برج های خنک کننده

سیستم خنك كنندگی ژنراتور
مقدمه
قبل از این سیستم خنك كنندگی ژنراتور را بررسی كنیم ، چگونگی به وجود آمدن افت‌های در ژنراتور را مطالعه می‌كنیم .
افت كلی ژنراتور از سه افت جداگانه تشكیل می‌شود كه عبارتند از : افت اصطكاك سیال ، افت مسی و افت آهنی .
الف ) افت اصطكاك سیال خنك كننده :
این افت ، در اثر گردش سیال خنك كننده در داخل ژنرتور به وجود می‌آید و عامل آن ، اصطكاك سیال در هنگام جریان آن در میان سیم پیچ‌های استاتور و روتور در حال گردش است .

ب ) افت مسی :
این افت ، ناشی از عبور جریان از سیم‌پیچ‌های روتور و استاتور است كه از سیم پیچ‌های استاتور ، جریان متناوب ، و از سیم پیچ‌های روتور ، جریان dc عبور می‌كند .

ج ) افت آهنی :
افت آهنی ، عبارت از افت در هسته آهنی ژنراتور ، به هنگامی است كه تحت تأثیر میدان مغناطیسی متناوب قرار می‌گیرد . به طور تقریبی می‌توان گفت كه در هر ژنراتوری ، افت اصطكاك سیال خنك كننده در حدود 8 /0 % ، افت مسی در حدود 4 /0 % ، و افت آهن در حدود 4/0% است .برای این كه درجه حرارت ژنراتور از حد مجاز تجاوز نكند ، برای تمام ژنراتورهایی كه در نیروگاه به كار گرفته می‌شوند ، سیستم خنك كنندگی اجباری در نظر گرفته می‌شود .
به همین جهت افت اصطكاك سیال خنك كننده در همه ژنراتورهای قدرت اجتناب ناپذیر است .
روش زدودن گرمای ایجاد شده در داخل سیم پیچی روتور و استاتور به دو روش تماس غیر مستقیم و مستقیم انجام می‌شود .
در روش خنك كنندگی تماس غیر مستقیم ، گاز ( هوا یا هیدروژن ) به كمك پره‌های نصب شده در دو طرف روتور به سمت داخل ژنراتور فرستاده می‌شود و از طریق فاصله هوایی بین روتور استاتور و كانال‌های ونتیلاسیون به حركت در می‌آید .
در این روش خنك كنندگی ، گاز خنك كننده با سیم پیچی روتور و استاتور تماسی ندارد و گرمای گرفته شده توسط گاز از طریق سد یا مانع حرارتی ایزولاسیون سیم پیچی صورت می‌گیرد .
در روش خنك كنندگی مستقیم یا بدون واسطه ، عامل خنك كننده ( گاز یا مایع ) مستقیماً با فلز سیم پیچی ژنراتور ( یعنی شمش مس ) در تماس است تا گرما را از شمش بگیرد ؛ بدون آنكه تجهیزات عایق كاری یا دندانه‌های روتور در مسیر انتقال گرما نقشی داشته باشند .

– خنك كردن به وسیله هوا
با وجود این كه بازده ژنراتورهایی كه با آب خنك می‌شوند نسبتاً بالاست و افت آنها به حدود 5/1 % می‌رسد ، ولی در ژنراتورهای بزرگ ، چون قدرت خروجی آنها زیاد است ؛ حتی این مقدار درصد كم افت انرژی نیز مقدار قابل ملاحظه‌ای از كل انرژی می‌باشد .
برای مثال برای یك ژنراتور MW 60 و با بازده 5/ 98 % افت قدرت به مقدار زیر است :
     = افت قدرت
بدیهی است كه این افت قدرت ( كه در حدود KW 900 است ) به حرارت تبدیل می‌شود . در این صورت یك سیستم خنك كننده مؤثر برای نگهداشتن درجه حرارت ژنراتور در حد مناسب لازم است .
در ژنراتورهای قدیمی به وسیله گردش هوا در داخل ژنراتور ، عمل خنك كردن انجام می‌شد . برای این كار ، هوا از محیط اطراف گرفته یا كشیده می‌شد و پس از عبور از ژنراتور دوباره در محیط اطراف تخلیه می‌گردید . به این سیستم خنك كنندگی ، سیستم خنك كنندگی باز می‌گویند . با این كه این سیستم از جهت خنك كردن ، كاملاً مؤثر و مفید و مفید بود ولی معایب زیادی از جمله موارد زیر داشت :
1 ـ بررسی سیم پیچی‌ها مقدار زیادی گرد و خاك می‌نشست و در نتیجه ، سیم پیچ‌ها خیلی كثیف می‌شدند .
2 ـ در هنگام كار ، سرو صدای زیادی تولید می‌شد .
3 ـ احتمال آتش سوزی زیاد بود ؛ چون هر گونه آتش سوزی در داخل ژنراتور به وسیله جریان مداوم هوای تازه تشدید می‌شد .
با قرار دادن فیلترهایی در محل ورود هوا ، از ورود گرد و خاك جلوگیری می‌شد ، ولی معایب قسمت 2 و 3 باقی می‌ماند . امروز با به كار بردن یك سیستم جدیدتری ، این عمل را انجام می‌دهند ؛ به طوری كه همان مقدار هوای مورد لزوم در یك مدار بسته به طور پیوسته گردش می‌كند و ضمن خنك كردن ژنراتور خود نیز به وسیله خنك كنند‌ه‌هایی به طور مداوم خنك می‌گردد .
به این روش ، سیستم خنك كنندگی بسته می‌گویند . برای به جریان انداختن هوا از بادبزن‌هایی كه به روتور چسبیده ، یا بادبزن‌هایی كه به طور جداگانه از روتور یا با وسیله دیگری م‌چرخد ، استفاده می‌شود . این سیستم خنك كنندگی از سیستم قبلی تمزیز است و خیلی آرامتر و بی‌سر و صداتر كار می‌كند و خطرات آتش سوزی هم در آن كمتر می‌شود . شكل زیر
سیستم خنك كنندگی بسته با سیال هوا را برای یك ژنراتور و به منظور خنك نمودن روتور و استاتور آن نشانمی‌دهد . همچنین در شكل زیر مسیر عبور هوا در داخل ژنراتور با جرئیات بیشتری مشخص شده است .
مقدار هوای خنك كنندگی برای هر كیلو وات تلفات ، تقریباً حدود m3 /min 84/1 ( ft3 /min 65 ) می‌باشد . به عنوان مثال ، برای یك ژنراتور 60 مگاواتی ( ذكر شده در این قسمت كه دارای تلفات در حدود kw 900 بود ) نیاز به هوای خنك كنندگی m3 /min 165 (ft3 /min 58500 ) در دقیقه خواهد داشت تا دمای هسته و سیم پیچ‌های ژنراتور در محدوده مجاز خود باقی بماند . نمونه‌ای از این نوع سیستم خنك كنندگی بسته با سیال هوا را می‌توان در ژنراتورهای نیروگاه‌های چرخه تركیبی قم و گیلان مشاهده نمود .

خنك كردن به وسیله هیدروژن و به طور غیر مستقیم
با توجه به مقدار افت اصطكاك سیال خنك كننده ( مثل هوایی كه در قسمت قبلی مشخص شده است ) ، اگر این افت كمتر شود ( افت فشار جریان سیال در داخل سوراخ‌های ژنراتور ) بازده كلی ژنراتور به مقدار قابل ملاحظه‌ای اضافه می‌گردد.
برای این منظور از سیال سبكتری به نام هیدروژن ( برای عمل خنك كردن ) استفاده می‌شود . با مقایسه هوا و هیدورژن در می‌یابیم كه در فشار اتمسفر ، چگالی هیدروژن تقریباً   چگالی هوا است و در شرایطی كه فشار هوا به مقدار atm 034/0 ( یا kg/cm2 035 /0 ) می‌باشد چگالی آن ،   چگالی هوا است .
علاوه بر آن هیدورژن دارای ضریب هدایت گرمایی و ظرفیت حرارتی بالاتری است . با توجه به این كه افت اصطكاك سیال خنك كننده ، متناسب با چگالی سیال خنك كننده است ، در نتیجه خواص خنك كنندگی هیدروژن شرایط ایده آلی را مهیا می‌كند .
با استفاده از هیدروژن در فشار atm 034/0 ( یا psi 5 /0 ) و با توجه این كه چگالی آن ،   چگالی هوا می‌باشد در نتیجه افت اصطكام سیال به   تقلیل می‌یابد . به عنوان مثال برای یك ژنراتور mw 60 داریم .

  = افت در سیم پیچ‌ها با سیال خنك كننده هوا
  = افت در سیم پیچ‌ها با سیال خنك كن هیدروژن
kw 432 = 48 – 480 = مقدار قدرت صرفه جویی شده

دین ترتیب ملاحظه می‌شود كه مقداری از تلفات ، كاسته می‌شود . ضمناص استفاده از هیدروژن دارای مزایای دیگری به قرار زیر است:
1 ـ چون قدرت خنك كنندگی هیدروژن نسبت به هوا زیاد است ، در نتیجه می‌توان ژنراتورهای سنگین‌تر و با قدرت بیشتری ساخت . همچنین با توجه به عدم نیاز به خنك كننده‌های خنك كنندگی ، فونداسیون كوچكتر می‌شود . لازم به ذكر است كه قابلیت هدایت گرمایی هیدروژن تقریباً 7 برابر هوا است .
2 ـ چون در منافذ داخل ژنراتورها اكسیژن وجود ندارد ( به علت پر بودن ژنراتور از گاز ازت یا گاز كربنیك ) عمر قسمت‌های عایق كاری سیم پیچ‌ها اضافه می‌شود .همچنین به علت عدم وجود هوا در هنگام ایجاد قوس الكتریكی ، امكان به وجود آمدن اسیدنیتریك وجود ندارد . در نتیجه ، استفاده از هیدروژن ، ضریب اطمینان كار كرد ژنراتور را افزایش می‌دهد .
3 ـ خطر آتش سوزی كاهش می‌یابد ، زیرا هیدروژن خالص غیر قابل انفجار است ؛ در نتیجه در ژنراتورهایی كه توسط گاز هیدروژن خنك می‌شوند ، استفاده دستگاه اطفاء حریق الزامی نیست .
4 ـ به علت استفاده از هیدروژن ، محفظه‌های ورود هیدورژن كاملاً آب بندی می‌شوند و امكان ورود گرد و خاك و رطوبت وجود ندارد . در نتیجه تعمیرات ژنراتور كم می‌شود .
5 ـ وزن مخصوص هیدروژن در مقایسه با هوا بسیار كم است ( حدود 14 برابر سبكتر از هوا است ) و این امر باعث می‌شود كه تلفات ناشی از اصطكاك ژنراتور ، 8 الی 10 % كاهش یابد و ضریب بهره ژنرانورهایی كه با هیدروژن خنك می‌شوند ، سر و صدای ژنراتور نسبت به ژنراتورهای با سیال خنك كننده هوا كمتر می‌گردد .
هیدروژنی كه توسط آن ، پوسته ژنراتور پر می‌شود ، در صورتی كه به شكل مخلوط با هوا در آید ( به نسبت 1 به 4 تا 74 % ) و در صورت وجود بخار روغن ( به نسبت 2 به 3 تا 5/81 % ) مخلوط قابل انفجاری ایجاد می‌شود .
بنابراین در ژنراتورهایی كه توسط هیدروژن خنك می‌شوند ، باید بدنه آن از فولاد غیر قابل نفوذ ساخته شود و مسیر گاز خنك كننده در داخل ژنراتور كاملاً آب بندی شود . همچنین آب بندی شین‌های خروجی ژنراتور و آب بندی در پوش‌های سردكن گاز و آب بندی دریچه‌ها و قسمت‌های مجزا كه به هم وصل می‌شود ، نیز باید كاملاً تأمین گردند .
اما مشكل اصلی در آب بندی ژنراتور ، محلی در بین محور روتور و محافظ‌های انتهایی استاتور می‌باشد .
برای این منظور ، از گلندهای آب بندی شونده به وسیله روغن استفاده می‌شود . این گلندها در هر طرف انتهای روتور واقع است . یك پمپ كوچك برای برقراری آب بندی در مواقعی كه توربین كار نمی‌كند ، تدارك دیده می‌شود كه روغن آن از سیستم روغن كاری توربین تأمین می‌گردد . به عنوان نمونه در نیروگاه شهید محمد منتظر قائم ، روتور و استاتور به وسیله هیدروژن خنك می‌شوند ، و هیدروژن هم توسط چهار خنك كننده آبی كه در چهار گوشه استاتور قرار دارند ، خنك می‌شود . در طرف روتور نیز فن‌های سیركولاسیون گاز هیدروژن نصب شده است . همچنین برای آب بندی گاز هیدروژن در دو طرف ژنراتور از آب بندی به وسیله روغن استفاده می‌شود .
نخستین ژنراتورهای خنك شده به وسیله هیدروژن با فشار هیدروژن معادل atm 34% ( یا psi 5 /0 ) كار می‌كردند ، ولی در ژنراتورهای جدیدتر این مقدار تا بالاتر از aim 1 / 4 ( یا psi 60 ) افزایش یافته است .
حرارت گاز هیدروژن به وسیله خنك كننده‌هایی كه شامل یك دسته لوله می‌باشد ، جذب می‌شوند . در داخل این لوله‌ها ، آب جریان دارد كه حرارت گاز را خارج می‌كند . این خنك كننده‌ها در بدنه استاتور ( قاب ژنراتور ) قرار دارند .
باید گفت ژنراتورهایی كه به صورت غیر مستقیم با هیدروژن خنك می‌شوند ، در صورت لزوم می‌توانند توسط هوا خنك شوند ؛ ولی این نوع عملكرد به شرطی است كه قدرت گرفته شده از ژنراتور به نسبت زیادی كاهش داده شود .

 خنك كردن به روش مستقیم توسط هیدروژن
یكی از اشكالات سیستم خنك كننده غیر مستقیم ژنراتورها پایین بودن ضریب هدایت عایق های الكتریكی سیم پیچ های روتور و استاتور است .این عایق ها مانند یك عایق حرارتی عمل می كنند و در نتیجه. اختلاف درجه حرارتی بین سیم پیچ مسی و گاز خنك كننده به وجود می آید.
امروزه در ژنراتورهای جدید. هیدروژن با سیم پیچ های مسی تماس مستقیم دارد. بنابر این با به كار بردون این روش. خنك كنندگی ژنراتورها توسط هیدورژن. موثرتر از روش قبل است" زیرا در این طریق. هیدورژن می تواند گرما را مستقیماَ از شمش سیم پیچی روتور یا استاتور دریافت كند.
در این سیستم. در داخل شمش مسی سیم پیچی های استاتور و روتور. لوله ای از فولاد غیر مغناطیسی قرار می گیرد تا هیدروژن در داخل این لوله به حركت درآید.
گفتنی است كه ژنراتورهایی را كه مستقیماَ توسط هیدورژن خنك می شوند. نمی توان به وسیله هوا خنك نمود" زیرا سیم پیچ های استاتور و روتور براساس خنك شدن اجباری محاسبه شده اند و در صورتی كه به جای هیدروژن توسط هوا خنك شوند. درجه حرارت زیاد می شود كه خود باعث صدمه به ژنراتور می گردد.
بنابراین به محض پیدا شدن نشتی زیاد هیدروژن از این ژنراتورها ( كه باعث كاهش زیاد فشار هیدروژن می گردد. باید بلافاصله ژنراتور را بی بار نمود تا از شبكه جدا گردد. وصل مجدد چنین ژنراتوری به شبكه فقط در صورت رفع نشتی امكان پذیر خواهد بود.

خنك كردن مستقیم ژنراتور توسط مایعات
در ژنراتورهای با قدرت بسیار بالا به منظور خنك كردن مستقیم ژنراتورهای توسط مایعات. از روغن یا آب مقطر استفاده می شود" زیرا گرما زدایی به هنگام استفاده از آب با روغن در مقایسه با هیدورژن خیلی زیاد است.
به عبارت دیگر. ضریب انتقال حرارت آب و روغن بیشتر از گاز هیدورژن می باشد. به عنوان نمونه در فشار atm 04/2(psi30) ضریب انتقال حرارت آب. تقریباَ 14 برابر ضریب انتقال حرارت گاز هیدورژن است.
در نتیجه با استفاده از روش خنك كنندگی مستقیم توسط مایعات. ژنراتورهایی با قدرت بیشتر و حجم كمتری می توان ساخت.
البته استفاده از آب مقطر به عنوان مایع خنك كننده در مقایسه با روغن بهتر است" زیرا اولاَ خاصیت گرمازدایی آب. بیشتر از روغن است. در ثانی از نقطه نظر خطر آتش سوزی. آب داراری ایمنی بیشتری است.
بنابراین در بسیاری از ژنراتورهای پرقدرت( به خصوص ژنراتورهای پرقدرت ساخته شده توسط شوروی سابق از قدرت 165 تا 800 مگاوات) از آب مقطر برای خنك كنندگی سیم پیچ های روتور و استاتور استفاده می شود. البته خنك كنندگی مستقیم آب برای ژنراتورهای كاربردی در نیروگاه های آبی هم استفاده می شود.
همچنینی در تكنولوژی تولید ژنراتورها می توان از آب و هیدروژن برای خنك كنندگی استفاده نمود" به این صورت كه سیم پیچ های روتور و استاتور توسط آب مقطر و فولاد مغناطیسی( مسیر عبور فوران مغناطیسی) توسط هیدورژن خنك شود.
البته در بعضی از ژنراتورها. آب خنك كننده فقط از شمش های استاتور عبور می كند و بقیه ژنراتورها. آب خنك می گردد. آب گرم خارج شده از ژنراتور توسط دستگاه سردكن( كه از خارج ژنراتور می باشد) خنك می شود تا دوباره توسط پمپ به ژنراتور برگردانده شود.
همچنین گردش هیدروژن داخل ژنراتور.( به منظور خنك كردن مدار مغناطیسی ژنراتور) توسط پره های نصب شده بر روی محور روتور امكان پذیر خواهد بود.
البته برای  هیدورژن هم یك سیستم خنك كنندگی مجزا در نظر گرفته می شود. نمونه ای از این نوع سیستم خنك كنندگی را می توان در واحدهای 320 مگاواتی نیروگاه اسلام آباد و نیروگاه های تبریز. نكا و رامین مشاهده نمود.
در این نیروگاه ها برای خنك كردن شمش های استاتور ژنراتور از سیستم آب خنك كن مدار بسته با آب بدون یون استفاده می شود. در ژنراتورهای نیروگاه نكا. سیم پیچ های استاتور از نوع تسمه های توخالی ساخته شده اند كه به وسیله عبور آب خالص و به دور از هر گونه یون. خنك می شوند.
همچنینی روتور ژنراتور هم به وسیله عبور گاز هیدروژن از میان شیارها و سطح روتور خنك می شود. فشار لازم برای به گردش درآوردن گاز هیدروژن گرم شده توسط دو پروانه كه در دو انتهای روتور تعبیه شده. تامین می گردد .
گاز هیدروژن گرم شده در خارج از ژنراتور به وسیله چهار خنك كننده خنك می گردد تا دوباره در ژنراتور مورد استفاده قرار گیرد. البته خنك كننده های جداگانه ای برای خنك كردن آب عبوری از سیم پیچ های استاتور وجود دارد.
ضمناَ برای جلوگیری از نشت هیدروژن به خارج از ژنراتور و همچنین ممانعت از اتلاف آن. از سیستم آب بندی روغنی استفاده می شود.
در واحدهای 320 مگاواتی نیروگاه اسلام آباد( مشابه با نیروگاه نكا) و برای خنك كردن شمش های استاتور ژنراتور از سیستم آب خنك كردن مدار بسته استفاده می شود.
در این سیستم. آب گرم خارج شده از شمش های استاتور وارد یك تانك انبساط می شود كه حداكثر درجه حرارت آب خروجی از استاتور c 850 می باشد.
سپس توسط یك پمپ گریز از مركز. آب ذخیره شده در تانك پس از عبور از خنك كننده. فیلتر و یك دیونیزر( كه وظیفه كنترل قابلیت هدایت آب را بر عهده دارد) دوباره وارد سیم پیچ های استاتور می شود.
البته با توجه به اهمیت خنك كنندگی ژنراتور. تعداد پمپ. خنك كننده و فیلتر این سیستم. دو عدد می باشد كه در حالت عادی . یكی از آنها در حال بهره برداری و دیگری به صورت ذخیره می باشند.
همچنین برای خنك كردن بقیه ژنراتور( به غیر از سیم پیچ های استاتور) از گاز هیدروژن استفاده می شود و جهت جلوگیری از نشت هیدروژن هم از آب بندی روغن استفاده می گردد.
برای خنك كردن گاز هیدروژن هم از سیستمی كه شامل 4 عدد خنك كننده است. استفاده می شود. در این خنك كننده ها. انتقال حرارت بین گاز گرم هیدروژن و آب خنك كن انجام می شود.آب ورودی به این خنك كننده با دمای c 330 و دبی h /m3 450 و فشار 2cm /kg 75/3 وظیفه خنك كردن گاز هیدروژن را بر عهده دارد.

روش پركردن و خالی نمودن هیدروژن
مخلوط هیدروژن و هوا( در صورتی كه درصد حجمی در حدود 4 تا 76% باشد) قابل انفجار است. از این رو سعی می شود تا از مخلوط شدن آنها جلوگیری شود.بدین منظور و پیش از ورود هیدروژن به ژنراتور. هوا را باید بیرون راند.
در حال حاضر و برای این منظور. از دی اكسید كربن( گاز 2co كه گاز بی اثری است و از آتش سوزی جلوگیری می كند) استفاده می شود. گاز كربنیك به صورت مایع نگهداری می شود و پیش از استفاده. با گذراندن آن از شیرها و لوله های حرارتی مناسب تبخیر. منبسط و گرم می شود.
دی اكسید كربن از هوا سنگین تر است و هنگامی كه به محفظه ژنراتور وارد می شود با قسمت های پایینی ماشین تماس پیدا می كند تا بدین ترتیب. هوا را هر چه بیشتر از مجرای هیدروژن در بالای بدنه خارج كند و از آنجا به جو بفرستد . به این عمل. پاك سازی ژنراتور?? از هوا می گویند.
 معمولاَ به منظور جلوگیری از مخلوط هیدروژن و هوا. مقدار 2 co  لازم برای عمل پاك سازی. لااقل 5/1 برابر ظرفیت گازی ژنراتور در فشار و دمای استاندارد است.
با خارج شدن هوای درون ماشین . هیدروژن با فشار حداكثر atm 2/10( معادل با psi150) به بالای بدنه فرستاده می شود كه گاز co2 . به نوبه خود از پایین و از طریق منافذ آن به جو خارج می گردد.
پركردن ژنراتور از هیدروژن باید تا آنجا ادامه یابد كه خلوص هیدروژن و فشار درون محفظه به مقادیر مورد نظر رسیده باشد. معمولاَ دو برابر ظرفیت هیدروژن ماشین در شرایط دما و فشار استاندارد برای حصول خلوص مورد نظر به میزان 99 تا 5/99 درصد لازم است.
برای احتراز از اتلاف هیدروژن در اثر اختلاط آن با  co2 .معمولاَ پركردن را هنگامی كه ژنراتور ساكن است. انجام می دهند. به عنوان نمونه در نیروگاه های نكا. شهید محمد منتظر قائم و واحدهای 320 مگاواتی نیروگاه اسلام آباد. فشار هیدروژن خنك كننده به ترتیب برابر 2cm /kg3 .2cm/kg 07/2(psi30) و 2cm/kg 033/4 می باشد كه درجه خلوص هیدروژن آنها به ترتیب برابر 95/99^. 98% و 90% می باشد.
تخلیه هیدروژن از ژنراتور.عكس عمل پركردن آن است. در تخلیه هیدروژن با دخول گاز كربنیك از پایین ژنراتور . از قسمت بالا دفع می شود . سپس گاز كربنیك توسط هوای خشك فشرده كه در ورودی هیدروژن اعمال می شود . به بیرون رانده می شود . عمل پاك سازی و تخلیه هوا از ژنراتور را می توان با استفاده از هر گونه گاز انجام داد . به عنوان مثال . استفاده از گاز ازت را هم می توان به عنوان جانشین مناسب گاز كربنیك
به كار برد . البته به دلایل اقتصادی . گاز ازت به عنوان گاز آماده به كار در شرایط اضطراری به كار می رود . اما دارای مزیت پاك سازی سریع و عدم انجماد است .
عمل پاك سازی را می توان توسط ایجاد خلا نیز انجام داد . در این حالت . اعمال . ساده تر و سریعتر از گاز كربنیك انجام می شود و استفاده از خلا . نسبت به استفاده از هیدروژن اقتصادی تر است.
هوا یا هیدروژن توسط یك پمپ خلا’ آنقدر از ژنراتور گرفته می شود كه فشار آن به میزان atm935/0( معادل با 28 اینچ جیوه) برسد.
سپس پمپ خلا’ خاموش می شود و بسته به مورد . هوا یا هیدروژن به ژنراتور وارد می شود.فشار پایین بدنه . خطر تشكیل مخلوط منفجره را می كاهد" لیكن اگر این حالت در خلا’ شدید دست دهد. انفجاری با فشار پایین رخ خواهد داد كه بی ضررر است.
با استفاده از پاك سازی به وسیله خلا’. پركردن ژنراتور از هیدروژن ساده تر از پركردن با گاز كربنیك است. زیرا هنگام ورود هیدروژن. امكان اختلاط گازها( همان گونه كه در مورد گاز كربنیك به وجود می آید) فراهم نمی شود.

آب بندی هیدروژن ژنراتور
با توجه به این كه در اكثر ژنراتورهای با قدرت بالا از گاز هیدروژن به عنوان سیال خنك كننده استفاده می شود. لذا ضروری است تا به منظور جلوگیری از خروج این گاز از محفظه اصلی ژنراتور و تركیب با هوای خارج ژنراتور. آب بندی گاز هیدروژن صورت گیرد.
آب بندی هیدروژن ژنراتور به دو صورت آب بندی شعاعی? و آب بندی محوری? انجام می گردد. در اولین ژنراتورهایی كه به هیدروژن خنك می شدند. از آب بندی شعاعی استفاده می شد و هم اكنون از سیستم آب بندی محوری استفاده می شود.
در روش آب بندی شعاعی كه در شكل (8_7) نشان داده شده است. روغن با فشار زیاد به طور شعاعی وارد سیستم آب بندی می شود. تامین فشار زیاد این روغن به وسیله پمپ مخصوصی انجام می شود.
مطابق با شكل با تقسیم روغن در دو جهت مخالف. كل محفظه موجود در اطراف محور را روغن با فشار زیاد پرمی كنند.با توجه به این كه فشار روغن از فشار گاز هیدروژن بیشتر می باشد. امكان خروج این گاز به خارج از ژنراتور وجود ندارد.
البته برای جلوگیری از نفوذ روغن با فشار زیاد به داخل پوسته ژنراتور (كه دارای منافذ حاوی هیدروژن است) از تعدادی رینگ روغنی استفاده می شود.

سپس روغن عبوری از سیستم آب بندی وارد یك تانك خلا’ می شود تا در این تانك. گازهای هیدروژن نفوذی در روغن . جدا شوند. روغن تصفیه شده از گاز هیدروژن. دوباره به سیستم آب بندی وارد می شود.
همچنین از پمپ اصلی روغن توربین به عنوان پشتیبان كننده روغن آب بندی هیدروژن ژنراتور استفاده می گردد تا در صورت اشكال در پمپ روغن این سیستم. بتوان روغن مورد نیاز را از طریق پمپ اصلی روغن توربین تامین نمود.
با توجه به این كه در ژنراتورهای كنونی از گاز هیدروژن با فشار زیاد( با فشار بیش از spi45) استفاده می شود. مناسب است تا از آب بندی محوری استفاده شود.
در این روش. با استفاده از سه دسته رینگ آب بندی كه در هر طرف محور ژنراتور وجود دارند. دو محفظه جداگانه بین این سه دسته رینگ ایجاد می شود. در هر محفظه. روغن با فشار زیاد( فشاری بالاتر از فشار هیدروژن) برقرار می گردد.
تنها تفاوتی كه بین این دو محفظه وجود دارد. آن است كه محفظه بیرونی. دارای جریان روغن به صورت محوری است" ولی در محفظه داخلی( محفظه مجاور فضای حاوی هیدروژن) جریان روغن به صورت شعاعی است.
به عبارت دیگر. روغن از وسط محفظه داخلی وارد می شود و سپس به طور شعاعی به دو طرف محفظه داخلی در دو طرف محور ژنراتور وجود دارد كه باید روغن مذكور وارد تانك جداكننده شود تا هیدروژن موجود در روغن. جداش ده و سپس تانك اصلی مخزن روغن شود.
در نهایت. روغن به محفظه های داخلی و بیرونی هدایت می شوند.مزیت اصلی این روش آن است كه میزان روغن به كار رفته برای آب بندی. بسیار كم می باشد. همچنین به خاطر كم بودن جریان شعاعی روغن و كم بودن میزان هیدروژن نفوذی به روغن. نیازی به تجهیزات ایجاد خلا’ در تانك ذخیره نمی باشد.

محافظت و كنترل ایزولاسیون ژنراتورها با خنك شوندگی مستقیم با أب
اختلال در ایزولاسیون سیم پیچی های استاتور به علل مختلف حرارتی _ مكانیكی و الكتریكی. همچنین تحت تاثیر عوامل محیطی مشاهده می شود.
اضافه ولتاژهای تخلیه جوی كه از طریق خطوط انتقال وارد نیروگاه می شوند.همچنین اضافه ولتاژهای موقت از عوامل الكتریكی بروز عیب محسوب می شوند. علت عمده دیگر عیب در ایزولاسیون اضافه ولتاژهای موجی ناشی از بروز Restrik می باشند كه در پی بروز عیب فاز _ زمین به طور متولی در هر لحظه صفر در ولتاژ استاتور ظاهر می شوند.
حداكثر دامنه ولتاژهای ناشی از بروز  Restrik طبق آنچه كه دیده شده به حدود p.u5/3 بالغ می گردد.
برای ژنراتورها كه به هوا خنك می شوند تاثیر عوامل محیطی موجب فرسودگی و كاهش عمر و دوام ایزولاسیون می گردد. مهمترین عامل محیطی درجه حرارت می باشد كه تغییرات شیمیایی در ایزولاسیون را موجب گشته. عمر آن را تقلیل می دهد.
بر طبق مطالعات صورت گرفته هنگامی كه درجه حرارت ماده ایزوله تا حدود 0c 10 كاهش یابد. عمر ایزولاسیون به دو برابر فزونی می یابد.به همین علت ایزولاسیون ژنراتورها كه به طور مستقیم با آب خنك می شوند. تحت تاثیر افزایش درجه حرارت محیط واقع نبوده تحت درجه حرارت. نسبتاَ ثابت واقع می باشد. در این نوع ژنراتورها عمر و دوام ایزولاسیون بیش از ایزولاسیون ژنراتورها خنك شونده با هوا می باشد.
به عبارت دیگر به علت درجه حرارت ثابت ماده ایزوله ناشی از آب خنك كندده. ایزولاسیون تحت تاثیر شرایط محیطی واقع نمی باشد.
ایزولاسیون سیم پیچی های استاتور در ژنراتاورهای بزرگ به طور دائم در طی بهره برداری كنترل می شود. هنگامی كه مقاومت ایزولاسیون تا حدودد k  200-10 كاهش یابد. لازم است آلارم مربوطه ارسال شود.
كنترل ایزولاسیون به طور مداوم در ژنراتورها خنك شونده با آب ( به طور مستقیم) با مشكلاتی همراه می باشد. در این ژنراتورها كانال های آب در فاصله ایزولاسیون سیم پیچی های استاتور طبق شكل 42_3 واقع بوده. بخشی از فاصله ایزولاسیون سیم پیچی ها را كانال آب تشكیل می دهد.
در حالی كه آب در مدار بسته گردش نموده. با بدنه فلزی و زمین شده دستگاه تبادل حرارتی یا Heat Exchange در تماس می باشد. در شكل 43_3 كانال های آب خنك كننده واقع در سیم پیچی جریان مستقیم رتور دیده می شود.
با توجه به اینكه بخشی از فاصله ایزولاسیون سیم پیچی ها را آب تشكیل داده. به عنوان ماده ایزوله به كار می رود لازم است مقاومت اهمی در حدود مقاومت اهمی ایزولاسیون سیم پیچی ها را دارا باشد. مقاومت ایزولاسیون سیم پیچی های استاتور برابر یا بیش از مقدار ارائه شده طبق رابطه زیر می باشد.
 
uH و PH به ترتیب ولتاژ و قدرت اسمی ژنراتور را تشكیل می دهند. به عنوان مثال برای ژنراتور MNA 320 مقاومت ایزولاسیون سیم پیچی های استاتور لازم است حدود  5 را دارا باشد. در حالی كه برای أب خنك كننده این مقاومت در حدود  15_ 600 می باشد.
بنابراین در شرایط عادی بهره برداری مقاومت فاز _ زمین سیم پیچی های استاتور در حدود مقاومت أب خنك كننده می باشد. أب مورد استفاده. أب مقطر بوده در مدار بسته شامل كانال ها. پمپ دستگاه تبادل حرارتی ( Heat Exchange) گردش می نماید. چنان كه دیده شده أب به كار برده شده گذشته از نقش خنك كنندگی به عنوان ماده ایزوله نیز محسوب می شود. با توجه به قرار گرفتن أب در فاصله ایزولاسیون. ایزولاسیون سیم پیچی استاتور با بدنه از طریق دو مقاومت جداگانه موازی با هم نشان داده می شود. مقاومت ایزولاسیون مدل سیم پیچی ها با بدنه یا RI و مقاومت آب خنك كننده واقع بین هادی های تحت ولتاژ و بدنه كه با Rd نشان داده می شود.
( شكل 44-3).
چنان كه دیده می شود كیفیت آب مقطر و هدایت الكتریكی آن در تامین ایزولاسیون سیم پیچی های استاتور موثر بوده. لازم است به طور منظم و مرتب كنترل شود آن چنان كه از حدود مشخص كمتر نشود
مقاومت R0 به منظور محدود ساختن جریان برقرار شده به كار می رود. جریان مستقیم برقرار شده از مدار استاتور به زمین اندازه گیری می شود كه در مدار اندازه گیری تبدیل كننده جریان مستقیم I به u پیش بینی شده است . المان   هدایت الكتریكی آب مقطر را اندازه گیری و به مدار مقایسه un ارائه می نماید. جریان مستقیم برقرار شده در مدار بسته بین بدنه و سیم پیچی های استاتور. عبارت است از:
 
رابطه فوق به شكل زیر نوشته می شود:
 
ولتاژ u1 متناسب با جمله اول سمت راست راطبه فوق توسط مدار   تهیه می شود.
 
M ضریب تناسب می باشد.
ولتاژ u2 متناسب با جمله دوم سمت راست طبق رابطه زیر تهیه می شود.
 
برای این منظور از دستگاه اندازه گیری هدایت الكتریكی آب مقطر استفاده می شود. مقدار اندازه گیری شده متناسب با هدایت طولی مخصوص آب p و طول كانال هدایت آب و مقطع آن می باشد.
در این رابطه ST و LT به ترتیب مقطع و طول كانال هدایت أب می باشند. MT تعداد لوله های واقع در داخل استاتور.
با استفاده از بلوك UA ولتاژ UA=U1-U2 تعیین می شود. كه متناسب با مقاومت ایزولاسیون سیم پیچی استاتور بوده به منظور كنترل ایزولاسیون سیم پیچی استاتور به كار می رود.
تهیه مدار فوق عیلرغم روش ساده اندازه گیری مقاومت تا حدودی پیچیده می باشد. مشخصات تجهزیات مدار از جمله ولتاژ اعمال شده. حدود ولتاژ اندازه گیری شده به نوع و ساختمان ژنراتور. مشخصات ترانسفورماتور ولتاژ و دقت اندازه گیری هدایت الكتریكی آب بستگی دارد.
در حالی كه هدایت الكتریكی مخصوص آب به درجه حرارت أن بستگی داشته . به ازا, تغییر هر یك درجه حرارت آب. میزان هدایت الكتریكی تا حدود 5-4% افزایش و یا كاهش می یابد.
به همین علت محل مناسب نصب دستگاه اندازه گیری هدایت طولی أب یا Conductometere حائز اهمیت می باشد.
محل مناسب نصب آن. در خروجی آب مقطر از مبدل حرارتی(HE) می باشد كه درجه حرارت آن تسبتاَ ثابت می باشد.
در حالی كه درجه حرارت أب مقطر خارج شده از ژنراتور در حدود 850 -45. برحسب میزان بار ژنراتور. حرارت تولید شده در سیم پیچی ها. متفاوت می باشد. به همین علت حتی با فرض مقدار متوسط حرارت جذب شده توسط أب خطای اندازه گیری هدایت آب به حدود 50% بالغ می گردد.
مدار كاملتر محافظت أن چنان كه تاثیر كمیاب مورد اشاره در اندازه گیری به عمل أمده به حداقل كاهش یافته. موجبات ایجاد خطا در اندازه گیری را فراهم نسازد در شكل 45-3 نشان داده شده است. جریان برقرار شده در این مدار به شرح زیر می باشد:
 
Yb - هدایت الكتریكی سیم پیچی های ترانسفورماتور ولتاژ و مقاومت محدود كننده R0
YH - هدایت الكتریكی ایزولاسیون استاتور
YA - هدایت الكتریكی أب مقطر
رابطه فوق به شرح زیر نوشته می شود:
 
مدار شكل زیرطبق رابطه فوق آماده گردیده است كه خطای مربوطه در أن تا حدودی كاهش یافته است...