高低壓配電柜發(fā)熱量計算方法

本文格式為Word版，下載可任意編輯——高低壓配電柜發(fā)熱量計算方法高低壓開關(guān)柜、變壓器的發(fā)熱量計算方法

變壓器損耗可以在生產(chǎn)廠家技術(shù)資料上查到（銅耗加鐵耗）；高壓開關(guān)柜損耗按每臺200W估算；高壓電容器柜損耗按3W/kvar估算；低壓開關(guān)柜損耗按每臺300W估算；低壓電容器柜損耗按4W/kvar估算。一條n芯電纜損耗功率為：Pr=(nI2r)/s，其中I為一條電纜的計算負荷電流（A），r為電纜運行時平均溫度為攝氏50度時電纜芯電阻率（Ωmm2/m，銅芯為0.0193，鋁芯為0.0316），S為電纜芯截面（mm2）；計算多根電纜損耗功率和時，電流I要考慮同期系數(shù)。上面公式中的\均為上標，平方。

一、假使變壓器無資料可查，可按變壓器容量的1~1.5%左右估算；

二、高、低壓屏的單臺損耗取值200~300W，指標稍高（特別是高壓柜）；

三、除設(shè)備散熱外，還應(yīng)考慮通過圍護結(jié)構(gòu)傳入的太陽輻射熱。

主要電氣設(shè)備發(fā)熱量電氣設(shè)備發(fā)熱量

繼電器小型繼電器0.2~1W

中型繼電器1~3W勵磁線圈工作時8~16W功率繼電器8~16W

燈全電壓式帶變壓器燈的W數(shù)

帶電阻器燈的W數(shù)+約10W

控制盤電磁控制盤依據(jù)繼電器的臺數(shù),約300W程序盤

主回路盤低壓控制中心100~500W高壓控制中心100~500W高壓配電盤100~500W

變壓器變壓器輸出kW(1／效率-1)(KW)電力變換裝置半導(dǎo)體盤輸出kW(1／效率-1)(KW)照明燈白熾燈燈W數(shù)放電燈1.1X燈W數(shù)

假設(shè)變壓器為1000KVA，其有功輸出為680KW，則其效率大致為680/850=0.8，根據(jù)上述計算損耗的公式，該變壓器的損耗為680*（1/0.8-1)=170KW!!!

變壓器的熱損失計算公式:△Pb=Pbk+0.8Pbd△Pb-變壓器的熱損失(kW)Pbk-變壓器的空載損耗(kW)Pbd-變壓器的短路損耗(kW)

具體的計算方法：

一、發(fā)電機組發(fā)熱量

發(fā)電機組的散熱量主要來自于兩個方面，一是發(fā)電機組的蓋板傳熱和機殼圍護結(jié)構(gòu)傳熱，另一是發(fā)電機組的冷卻循環(huán)風的漏風所帶來的熱量。

大、中型發(fā)電機組的冷卻方式尋常采用封閉式空氣自循環(huán)冷卻方式，發(fā)電機繞組的損耗傳給冷卻空氣，空氣的熱量再通過機組水冷卻器由冷卻水帶走。根據(jù)實測的數(shù)據(jù)，定子排出的空氣溫度一般不超過65℃，而進入轉(zhuǎn)子的空氣溫度一般不低于5℃。

發(fā)電機機殼的散熱量可以按下式計算：

qk?KA?tg?tn?w（1）

其中：K——發(fā)電機機殼的傳熱系數(shù)w/㎡·℃

A——發(fā)電機機殼的面積㎡

tg——發(fā)電機冷卻循環(huán)風的平均溫度℃

tn——室內(nèi)空氣溫度℃

發(fā)電機的漏風散熱量可以按下式計算：

qf??vc??tf?tn?其中：

w（2）

?——漏風系數(shù)，鋼蓋板取0.3%

v——發(fā)電機的冷卻循環(huán)風量m3/hc——空氣比熱w/kg·℃

?——空氣容重取1.2kg/m3

tf——發(fā)電機漏風溫度℃

tn——室內(nèi)空氣溫度℃

根據(jù)發(fā)電機組內(nèi)部的冷卻風溫柔發(fā)電機的表面積，我們不難計算機組殼體的傳熱量。但漏風熱量的計算上卻有較大的差異，隨著機械制造技術(shù)的不斷提高，特別是空氣冷卻器的效率的提高，發(fā)電機組的冷卻循環(huán)風量各個廠商有較大區(qū)別。例如按機電設(shè)計手冊計算，30萬KW機組的冷卻循環(huán)風量約為200m３/h，但多數(shù)國際廠商提供的冷卻風量約為120m３/h，這就給計算結(jié)果產(chǎn)生較大的出入。機組的冷卻風量不僅和機組的容量有關(guān)，而且和機組的水頭、轉(zhuǎn)速、尺寸有關(guān)。一般狀況下，冷卻風溫越低，發(fā)電機的線圈溫度也越低，發(fā)電機的效率就越高，但是冷卻風溫受冷卻器的布置尺寸影響，冷卻器大，機組的制造難度相對增大，經(jīng)濟性下降，冷卻風溫不可能無限降低，機組制造廠設(shè)計時考慮一個經(jīng)濟區(qū)域，達到機組的最大性價比。因此，在實際的設(shè)計計算中，應(yīng)由發(fā)電機廠商提供冷卻循環(huán)風量參數(shù)對漏風熱量加以核算。

二、變壓器發(fā)熱量

變壓器散熱散熱主要指變壓器內(nèi)部的能量損耗，由銅損（電阻損耗）和鐵損（鐵磁損耗）兩部分組成，其中銅損是隨負荷大小而變化，而鐵損與負荷的大小無關(guān)，可以看成一定值。尋常將額定負荷時的銅損定為短路損耗，額定電壓下的鐵損定為空載損耗。

自冷、風冷和干式變壓器的損耗，全部散發(fā)到周邊空氣中，而水冷變壓器的損耗則大部份由水冷卻系

統(tǒng)帶走，一小部份由于油溫高于周邊空氣溫度而將熱量散入空氣中。

一般狀況下，封閉廠房、地下廠房和抽水蓄能電站，布置于廠房內(nèi)部或地下的主變多采用庫水冷卻的主變，而電站中的其他變壓器還有廠用變、照明變、事故變、勵磁變等，多采用風冷或干式變壓器。

風冷變壓器的散熱量，簡單地可以按下式計算：

Q?Pk＋PdKw（3）

其中：

Pk——變壓器的空載損耗Kw

Pd——變壓器的短路損耗Kw

水冷變壓器的散熱量可以按下式計算：

Q?5.5??ty?tn?其中：

1.25A?10?3Kw（4）

ty——油箱的平均油溫℃，一般在65~70℃之間

tn——室內(nèi)氣溫℃

A——油箱的散熱面積㎡

電站的水冷卻主變，受到冷卻水溫柔水冷卻器效率的影響較大，特別是抽水蓄能電站，由于庫容較小，冷卻水溫受季節(jié)的影響較大，應(yīng)按正常運行時，可能產(chǎn)生的最高水溫核算變壓器的散熱量。

三、母線、電纜發(fā)熱量

在電站中，發(fā)電機和變壓器之間的連接多用自冷卻式封閉母線。母線的發(fā)熱量包括母線的功率損耗發(fā)熱和外殼感應(yīng)散熱兩部分。

由于主線的兩端分別分別連接發(fā)電機和變壓器設(shè)備，實際上母線與外殼之間的空氣是封閉的，外殼起到一個保護和屏蔽電磁波的作用，以減少母線電磁場對周邊電氣設(shè)備和環(huán)境的影響，并沒有減小母線的散熱。母線的功率損耗散熱傳給母線和外殼間的空氣，然后通過外殼殼體傳入環(huán)境。而外殼感應(yīng)散熱則直接傳入環(huán)境。

母線功率損耗引起的散熱量可以按下式計算：

qs?3?I2RZ?sL?10?3qk?3?I2Rk?kL?10?3其中：I——母線的相電流(A)

Kw（5）

母線外殼感應(yīng)散熱量可以按下式計算：

Kw（6）

RZ——母線在工作溫度時的直流電阻（Ω/m）Rk——母線外殼在工作溫度時的直流電阻（Ω/m）

?s——母線集膚效應(yīng)系數(shù)

?k——母線外殼集膚效應(yīng)系數(shù)

L——母線的長度(m)以下是某電站的母線參數(shù)：

表1母線參數(shù)

序號123456789

本相近。

母線的發(fā)熱損耗和母線的材質(zhì)、制造技術(shù)、焊接工藝水平關(guān)系較大。材質(zhì)越好，母線接頭的焊接工藝水平越高，其直流電阻就越小，發(fā)熱損耗也就越小。

另外，在水電站廠房內(nèi)敷設(shè)了各種電壓等級的動力、照明、控制電纜，在運行中會散發(fā)出一定的熱量，假使電纜溫度過高，將導(dǎo)致電纜表面絕緣老化，電纜的載流量下降。

在各種電纜中，低壓動力電纜發(fā)熱量較大，電氣設(shè)計手冊上，對電纜損耗大于150W/m的有通風要求。一般的3000V以下的銅芯電纜的散熱損失較小。電纜截面3×50mm的發(fā)熱量約為25W/m，3×150mm的發(fā)熱量約為40W/m，電壓等級越高，散熱量越小。

因此，除在主廠房中設(shè)有大量的電纜橋架（如母線層、母線洞、水輪機層等）和專門的電纜層、電纜廊道應(yīng)核算電纜的發(fā)熱量，其他部位的電纜發(fā)熱可以忽略不計。

四、電抗器發(fā)熱量

電抗器用于較大容量的配電裝置中，起到限制短路電流的作用，也可以用于整流裝置中作濾波電抗器。電抗器的散熱量可以按下式計算：

基本參數(shù)額定電壓(KV)工作電壓(KV)額定電流(A)導(dǎo)體正常溫度℃外殼正常溫度℃導(dǎo)體截面積(mm2)外殼截面積(mm2)導(dǎo)體電阻μΩ/m外殼電阻μΩ/m

主母線1819.81300087672137515944

分支母線1819.8250504733588369

1.3571.879

啟動母線1819.83000745433588369

按上面兩式計算，主母線單相的散熱量約為550W/m，和母線制造商提供的母相散熱損耗600W/m基

Q??1?2PKw（7）

其中：

?1——電抗器的利用系數(shù)，一般取?1=0.95

?2——電抗器的負荷系數(shù)，一般取?2=0.75

P——電抗器在額定功率下的功率損耗(Kw)，根據(jù)額定電流、額定電抗和型號確定。

電抗器是由繞組組成的，發(fā)熱特性是熱容量和發(fā)熱量較大，達到穩(wěn)定發(fā)熱量需要一段時間。假使

是長期運行的電抗器，其發(fā)熱量是穩(wěn)定的，假使是間歇運行的電抗器，應(yīng)按運行時間和電抗器的發(fā)熱特性曲線確定發(fā)熱量。

五、高、低壓盤柜發(fā)熱量

高壓配電盤柜的散熱量可以按下式計算：

?IgQ???I?e其中：

???qe?Kw（8）

2Ig——高壓開關(guān)的工作電流(A)

Ie——高壓開關(guān)的額定電流(A)

qe——高壓開關(guān)的額定電流時的散熱量Kw

高壓開關(guān)柜分為進線開關(guān)柜和饋電開關(guān)柜，一般說來進線開關(guān)柜的發(fā)熱量要比饋電開關(guān)柜的發(fā)熱量大。

低壓配電盤柜的散熱量可以按下式計算：

Q?ex?PKw（9）

其中：e——盤柜的利用系數(shù)

x——盤柜的實耗系數(shù)

?P——低壓盤柜的功率損耗之和Kw

由于電站內(nèi)各種盤柜的用途不同，盤柜的工作電流不同，一般說來，工作電流越大，盤柜內(nèi)的電器元件發(fā)熱量也越大。對于集中布置的配電盤柜盡可能由設(shè)備制造商提供發(fā)熱量較為確鑿。

特別的，對于重要的配電盤柜，由于制造商對盤柜內(nèi)的電氣元件的保護，防止運行濕度過大，絕緣性能的下降，在盤柜內(nèi)本身另設(shè)有電加熱器。一般每只盤柜在0.3～0.5Kw左右，集中布置的繼電保護室等應(yīng)加以考慮。

在高壓盤柜中，勵磁柜的發(fā)熱量較大。根據(jù)某電站外商提供的發(fā)熱資料：

表2勵磁柜的發(fā)熱量

序號12345

熱量。

六、SFC靜態(tài)變頻啟動裝置發(fā)熱量

SFC稱為靜態(tài)變頻啟動裝置，主要用于抽水蓄能電站的機組抽水工況的啟動。它由輸入電抗器、輸出電抗器、濾波器、功率柜和直流電抗器組成。

某個單機容量30萬千瓦的抽水蓄能電站，根據(jù)外商提供的SFC裝置各設(shè)備的容量如下：

表3SFC裝置的容量

序號123456

設(shè)備名稱輸入電抗器輸出電抗器濾波器功率柜直流電抗器合計

運行時27Kw63Kw83Kw15Kw200Kw388Kw

中止時3Kw028Kw6Kw037Kw

名稱

整流閘管母線組散熱風機其它繼電器合計

發(fā)熱量

8Kw2Kw2Kw2Kw14Kw

由于勵磁系統(tǒng)關(guān)系到機組的安全啟動和運行，對于集中或封閉布置的勵磁盤柜應(yīng)較為確鑿地核算其發(fā)

我們可以看出，假使依照滿負荷計算，SFC裝置的熱量高達388Kw。依照一些已運行的抽水蓄能電站的實際運行分析統(tǒng)計，一臺機組的啟動，從靜止拖動到并網(wǎng)時間僅需240秒，六臺機組的啟動時間約為25分鐘。根據(jù)外商提供的SFC裝置運行特性曲線，輸入電抗器、輸出電抗器和直流電抗器運行25分鐘，發(fā)

熱達到額定發(fā)熱量的20%，濾波器、功率柜發(fā)熱達到額定發(fā)熱量的70%左右。按此計算SFC裝置的發(fā)熱量約為126.6Kw，是額定發(fā)熱量的32.6%。

SFC裝置的發(fā)熱量和SFC的容量、運行時間有極為密切的關(guān)系，假使要較為確鑿的確定設(shè)備發(fā)熱量，應(yīng)請有關(guān)制造商提供設(shè)備的運行特性曲線，然后根據(jù)設(shè)備的容量和運行時間確定。

七、照明設(shè)備發(fā)熱量

大、中型電站隨著建筑裝修景觀設(shè)計對燈光的需求，照明功率有增加的趨勢。雖然照明設(shè)備的發(fā)展，電站的照明應(yīng)用從白熾燈和熒光燈向碘鎢燈和金鹵燈等高亮度燈源轉(zhuǎn)變。但照明設(shè)備散熱量屬于穩(wěn)定得熱，只要電壓、功率穩(wěn)定，散熱量是不變化的。照明所耗電能的一部分直接轉(zhuǎn)化為熱能,此熱能以對流、傳導(dǎo)和向周邊散出。光能以紅外輻射方式向外輻射，但