高低壓配電柜發(fā)熱量計(jì)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(jì)算方法高低壓開(kāi)關(guān)柜、變壓器的發(fā)熱量計(jì)算方法

變壓器損耗可以在生產(chǎn)廠(chǎng)家技術(shù)資料上查到（銅耗加鐵耗）；高壓開(kāi)關(guān)柜損耗按每臺(tái)200W估算；高壓電容器柜損耗按3W/kvar估算；低壓開(kāi)關(guān)柜損耗按每臺(tái)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(jì)算負(fù)荷電流（A），r為電纜運(yùn)行時(shí)平均溫度為攝氏50度時(shí)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(jì)算多根電纜損耗功率和時(shí)，電流I要考慮同期系數(shù)。上面公式中的\均為上標(biāo)，平方。

一、假使變壓器無(wú)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(tái)損耗取值200~300W，指標(biāo)稍高（特別是高壓柜）；

三、除設(shè)備散熱外，還應(yīng)考慮通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的太陽(yáng)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(lì)磁線(xiàn)圈工作時(shí)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(pán)電磁控制盤(pán)依據(jù)繼電器的臺(tái)數(shù),約300W程序盤(pán)

主回路盤(pán)低壓控制中心100~500W高壓控制中心100~500W高壓配電盤(pán)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(pán)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(jì)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(jì)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(jì)算方法：

一、發(fā)電機(jī)組發(fā)熱量

發(fā)電機(jī)組的散熱量主要來(lái)自于兩個(gè)方面，一是發(fā)電機(jī)組的蓋板傳熱和機(jī)殼圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，另一是發(fā)電機(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)的漏風(fēng)所帶來(lái)的熱量。

大、中型發(fā)電機(jī)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(jī)繞組的損耗傳給冷卻空氣，空氣的熱量再通過(guò)機(jī)組水冷卻器由冷卻水帶走。根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，定子排出的空氣溫度一般不超過(guò)65℃，而進(jìn)入轉(zhuǎn)子的空氣溫度一般不低于5℃。

發(fā)電機(jī)機(jī)殼的散熱量可以按下式計(jì)算：

qk?KA?tg?tn?w（1）

其中：K——發(fā)電機(jī)機(jī)殼的傳熱系數(shù)w/㎡·℃

A——發(fā)電機(jī)機(jī)殼的面積㎡

tg——發(fā)電機(jī)冷卻循環(huán)風(fēng)的平均溫度℃

tn——室內(nèi)空氣溫度℃

發(fā)電機(jī)的漏風(fēng)散熱量可以按下式計(jì)算：

qf??vc??tf?tn?其中：

w（2）

?——漏風(fēng)系數(shù)，鋼蓋板取0.3%

v——發(fā)電機(jī)的冷卻循環(huán)風(fēng)量m3/hc——空氣比熱w/kg·℃

?——空氣容重取1.2kg/m3

tf——發(fā)電機(jī)漏風(fēng)溫度℃

tn——室內(nèi)空氣溫度℃

根據(jù)發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的冷卻風(fēng)溫柔發(fā)電機(jī)的表面積，我們不難計(jì)算機(jī)組殼體的傳熱量。但漏風(fēng)熱量的計(jì)算上卻有較大的差異，隨著機(jī)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(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)量各個(gè)廠(chǎng)商有較大區(qū)別。例如按機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算，30萬(wàn)KW機(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)量約為200m３/h，但多數(shù)國(guó)際廠(chǎng)商提供的冷卻風(fēng)量約為120m３/h，這就給計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的出入。機(jī)組的冷卻風(fēng)量不僅和機(jī)組的容量有關(guān)，而且和機(jī)組的水頭、轉(zhuǎn)速、尺寸有關(guān)。一般狀況下，冷卻風(fēng)溫越低，發(fā)電機(jī)的線(xiàn)圈溫度也越低，發(fā)電機(jī)的效率就越高，但是冷卻風(fēng)溫受冷卻器的布置尺寸影響，冷卻器大，機(jī)組的制造難度相對(duì)增大，經(jīng)濟(jì)性下降，冷卻風(fēng)溫不可能無(wú)限降低，機(jī)組制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮一個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，達(dá)到機(jī)組的最大性?xún)r(jià)比。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)由發(fā)電機(jī)廠(chǎng)商提供冷卻循環(huán)風(fēng)量參數(shù)對(duì)漏風(fēng)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(fù)荷大小而變化，而鐵損與負(fù)荷的大小無(wú)關(guān)，可以看成一定值。尋常將額定負(fù)荷時(shí)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(fēng)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(chǎng)房、地下廠(chǎng)房和抽水蓄能電站，布置于廠(chǎng)房?jī)?nèi)部或地下的主變多采用庫(kù)水冷卻的主變，而電站中的其他變壓器還有廠(chǎng)用變、照明變、事故變、勵(lì)磁變等，多采用風(fēng)冷或干式變壓器。

風(fēng)冷變壓器的散熱量，簡(jiǎn)單地可以按下式計(jì)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(jì)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(kù)容較小，冷卻水溫受季節(jié)的影響較大，應(yīng)按正常運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生的最高水溫核算變壓器的散熱量。

三、母線(xiàn)、電纜發(fā)熱量

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

由于主線(xiàn)的兩端分別分別連接發(fā)電機(jī)和變壓器設(shè)備，實(shí)際上母線(xiàn)與外殼之間的空氣是封閉的，外殼起到一個(gè)保護(hù)和屏蔽電磁波的作用，以減少母線(xiàn)電磁場(chǎng)對(duì)周邊電氣設(shè)備和環(huán)境的影響，并沒(méi)有減小母線(xiàn)的散熱。母線(xiàn)的功率損耗散熱傳給母線(xiàn)和外殼間的空氣，然后通過(guò)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(xiàn)功率損耗引起的散熱量可以按下式計(jì)算：

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

Kw（5）

母線(xiàn)外殼感應(yīng)散熱量可以按下式計(jì)算：

Kw（6）

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

?s——母線(xiàn)集膚效應(yīng)系數(shù)

?k——母線(xiàn)外殼集膚效應(yīng)系數(shù)

L——母線(xiàn)的長(zhǎng)度(m)以下是某電站的母線(xiàn)參數(shù)：

表1母線(xiàn)參數(shù)

序號(hào)123456789

本相近。

母線(xiàn)的發(fā)熱損耗和母線(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)房?jī)?nèi)敷設(shè)了各種電壓等級(jí)的動(dòng)力、照明、控制電纜，在運(yùn)行中會(huì)散發(fā)出一定的熱量，假使電纜溫度過(guò)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(dòng)力電纜發(fā)熱量較大，電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)上，對(duì)電纜損耗大于150W/m的有通風(fēng)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(jí)越高，散熱量越小。

因此，除在主廠(chǎng)房中設(shè)有大量的電纜橋架（如母線(xiàn)層、母線(xiàn)洞、水輪機(jī)層等）和專(zhuān)門(mén)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(jì)。

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(jì)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(xiàn)1819.81300087672137515944

分支母線(xiàn)1819.8250504733588369

1.3571.879

啟動(dòng)母線(xiàn)1819.83000745433588369

按上面兩式計(jì)算，主母線(xiàn)單相的散熱量約為550W/m，和母線(xiàn)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(fù)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(hào)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(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱量需要一段時(shí)間。假使

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

五、高、低壓盤(pán)柜發(fā)熱量

高壓配電盤(pán)柜的散熱量可以按下式計(jì)算：

?IgQ???I?e其中：

???qe?Kw（8）

2Ig——高壓開(kāi)關(guān)的工作電流(A)

Ie——高壓開(kāi)關(guān)的額定電流(A)

qe——高壓開(kāi)關(guān)的額定電流時(shí)的散熱量Kw

高壓開(kāi)關(guān)柜分為進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜和饋電開(kāi)關(guān)柜，一般說(shuō)來(lái)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜的發(fā)熱量要比饋電開(kāi)關(guān)柜的發(fā)熱量大。

低壓配電盤(pán)柜的散熱量可以按下式計(jì)算：

Q?ex?PKw（9）

其中：e——盤(pán)柜的利用系數(shù)

x——盤(pán)柜的實(shí)耗系數(shù)

?P——低壓盤(pán)柜的功率損耗之和Kw

由于電站內(nèi)各種盤(pán)柜的用途不同，盤(pán)柜的工作電流不同，一般說(shuō)來(lái)，工作電流越大，盤(pán)柜內(nèi)的電器元件發(fā)熱量也越大。對(duì)于集中布置的配電盤(pán)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(duì)于重要的配電盤(pán)柜，由于制造商對(duì)盤(pán)柜內(nèi)的電氣元件的保護(hù)，防止運(yùn)行濕度過(guò)大，絕緣性能的下降，在盤(pán)柜內(nèi)本身另設(shè)有電加熱器。一般每只盤(pán)柜在0.3～0.5Kw左右，集中布置的繼電保護(hù)室等應(yīng)加以考慮。

在高壓盤(pán)柜中，勵(lì)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(lì)磁柜的發(fā)熱量

序號(hào)12345

熱量。

六、SFC靜態(tài)變頻啟動(dòng)裝置發(fā)熱量

SFC稱(chēng)為靜態(tài)變頻啟動(dòng)裝置，主要用于抽水蓄能電站的機(jī)組抽水工況的啟動(dòng)。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(gè)單機(jī)容量30萬(wàn)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(hào)123456

設(shè)備名稱(chēng)輸入電抗器輸出電抗器濾波器功率柜直流電抗器合計(jì)

運(yùn)行時(shí)27Kw63Kw83Kw15Kw200Kw388Kw

中止時(shí)3Kw028Kw6Kw037Kw

名稱(chēng)

整流閘管母線(xiàn)組散熱風(fēng)機(jī)其它繼電器合計(jì)

發(fā)熱量

8Kw2Kw2Kw2Kw14Kw

由于勵(lì)磁系統(tǒng)關(guān)系到機(jī)組的安全啟動(dòng)和運(yùn)行，對(duì)于集中或封閉布置的勵(lì)磁盤(pán)柜應(yīng)較為確鑿地核算其發(fā)

我們可以看出，假使依照滿(mǎn)負(fù)荷計(jì)算，SFC裝置的熱量高達(dá)388Kw。依照一些已運(yùn)行的抽水蓄能電站的實(shí)際運(yùn)行分析統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)，從靜止拖動(dòng)到并網(wǎng)時(shí)間僅需240秒，六臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間約為25分鐘。根據(jù)外商提供的SFC裝置運(yùn)行特性曲線(xiàn)，輸入電抗器、輸出電抗器和直流電抗器運(yùn)行25分鐘，發(fā)

熱達(dá)到額定發(fā)熱量的20%，濾波器、功率柜發(fā)熱達(dá)到額定發(fā)熱量的70%左右。按此計(jì)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(yùn)行時(shí)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(qǐng)有關(guān)制造商提供設(shè)備的運(yùn)行特性曲線(xiàn)，然后根據(jù)設(shè)備的容量和運(yùn)行時(shí)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(guān)設(shè)計(jì)對(duì)燈光的需求，照明功率有增加的趨勢(shì)。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(duì)流、傳導(dǎo)和向周邊散出。光能以紅外輻射方式向外輻射，但