電氣設備發(fā)熱量的估算及計算方法

1、高壓柜、低壓柜、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（Qmm2/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"2"均為上標，平方。一、如果變壓

2、器無資料可查，可按變壓器容量的11.5% 左右估算；二、高、低壓屏的單臺損耗取值200300W ，指標稍高（尤其是高壓柜）；三、除設備散熱外，還應考慮通過圍護結(jié)構(gòu)傳入的太陽輻射熱。主要電氣設備發(fā)熱量電氣設備發(fā)熱量繼電器 小型繼電器0.21W中型繼電器13W 勵磁線圈工作時816W功率繼電器816W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100500W高壓控制中心100500W高壓配電盤100500W變壓器變壓器輸出 kW（1 效率 -1） （KW）電力變換裝置半導體盤輸出 kW（1 效率 -1）

3、 （KW）照明燈白熾燈燈 W 數(shù)放電燈 1.1X 燈 W 數(shù)假設變壓器為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)電機組的冷卻方式通常采用封閉式空氣自循環(huán)冷卻

4、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 C,而進入轉(zhuǎn)子的空氣溫度一般不低于 5 C o發(fā)電機機殼的散熱量可以按下式計算：qk =KAftg -tn w【I】(1)其中：K發(fā)電機機殼的傳熱系數(shù)w/ m2 A 發(fā)電機機殼的面積 1rftg 發(fā)電機冷卻循環(huán)風的平均溫度ctn 室內(nèi)空氣溫度c發(fā)電機的漏風散熱量可以按下式計算：qf - vc tf -tnw【1】其中： 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/m3tf 發(fā)電機漏風溫度Ctn 室內(nèi)空氣溫

5、度C根據(jù)發(fā)電機組內(nèi)部的冷卻風溫和發(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。例如按機電設計手冊計算，30萬KW機組的冷卻循環(huán)風量約為 200m 3 /h ,但多數(shù)國際廠商提供的冷卻風量約為120m 3 /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)。一般情況下，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

6、，冷卻風溫不可能無限降低，機組制造廠設計時考慮一個經(jīng)濟區(qū)域，達到機組的最大性價比。因此，在實際的設計計算中，應由發(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。通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)到周圍空氣中，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圍空氣溫度而將熱量散入空氣中。一般情況下，封閉廠房、地下廠房和抽水蓄能電站，

7、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 其中：Pk 變壓器的空載損耗 KwPd 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=55 % Tij.tw (4)其中：ty 油箱的平均油溫C, 一般在6570 c之間tn 室內(nèi)氣溫 A油箱的散熱面積 tf電站的水冷卻主變，受到冷卻水溫和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

8、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圍電氣設備和環(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 L 10“(5)(6)ysKw tn母線外殼感應散熱量可以按下式計算：qk =3 I 2Rk ：kL 10，ykk kKw tn

9、其中：I 母線的相電流（A）RZ 母線在工作溫度時的直流電阻（ Q/m）Rk 母線外殼在工作溫度時的直流電阻（ Q/m）CP 一 ,一一、一一 s母線集膚效應系數(shù)CP 一、，、一，k母線外殼集膚效應系數(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)基本參數(shù)1額定電壓（KV）1818182工作電壓（KV）19.819.819.83額定電流（A）1300025030004導體正常溫度C8750745外殼正常溫度C6747546導體截面積（mm2）21375335833587外殼截面積（mm2）15944836983698導體電阻v Q /m1.3579外殼電阻v Q /m1.879按上面

10、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600 W/m基本相近。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， 如果電纜溫度過高，將導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 3X50mm的發(fā)熱量約為25W/m , 3xi50mm的 發(fā)

11、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：Q :1 1PQ 1 2PKw 其中：1 電抗器的利用系數(shù)，一般取 1=0.952 -一電抗器的負荷系數(shù)，一般取2 =0.75P 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

12、量需要一段時間。如果 是長期運行的電抗器，其發(fā)熱量是穩(wěn)定的，如果是間歇運行的電抗器，應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:其中：I g 高壓開關(guān)的工作電流（A）I e 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 =exZ 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

13、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備制造商提供發(fā)熱量較為準確。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)本身另設有電加熱器。一般每只盤柜在0.30.5Kw左右，集中布置的繼電保護室等應加以考慮。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)熱量名稱1整流閘管8Kw2母線組2Kw3散熱風機2Kw4其它繼電器2Kw5合計14Kw由于勵磁系統(tǒng)關(guān)系到機組的安全啟動和運行， 熱量。對于集中或封閉布置的勵磁盤柜應較為準確地核算其發(fā)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

14、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裝置各設備的容量如下：表3 SFC裝置的容量IFi設備名稱運行時停止時輸入電抗器27Kw3Kw2輸出電抗器63Kw03濾波器83Kw28Kw4功率柜15Kw6Kw5直流電抗器200Kw06合計388Kw37Kw我們可以看出，如果按照滿負荷計算，SFC裝置的熱量高達 388Kw 。按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

15、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，如果要較為準確的確定設備發(fā)熱量， 應請有關(guān)制造商提供設備的運行特性曲線，然后根據(jù)設備的容量和運行時間確定。七、照明設備發(fā)熱量大、中型電站隨著建筑裝修景觀設計對燈光的需求，照明功率有增加的趨勢。雖然照明設備的發(fā)展， 電站的照明應用從白熾燈和熒光燈向碘鴇燈和金鹵燈等高亮度燈源轉(zhuǎn)變。但照明設備散熱量屬于穩(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、傳導和向周圍散出。光能以紅外輻射方式向外輻射，但紅