技術(shù)|電氣設(shè)備如何高溫散熱?送你幾種發(fā)熱量計算公式
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技術(shù)|電氣設(shè)備如何高溫散熱?送你幾種發(fā)熱量計算公式
技術(shù)|電氣設(shè)備如何高溫散熱?送你幾種發(fā)熱量計算公式
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技術(shù)|電氣設(shè)備如何高溫散熱?送你幾種發(fā)熱量計算
公式
2016-07-30
近日來,全國是持續(xù)高溫狀態(tài)下,相信有很多電力朋友或多或少會遇到一些
高溫故障問題,小編特意就找到了幾個設(shè)備散熱的計算公式。希望對大家有所幫
助!
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:發(fā)電機的漏風散熱量可以按下式計算:
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(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,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。
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,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:
水冷變壓器的散熱量可以按下式計算:
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(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。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
周圍電氣設(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:
母線外殼感應(yīng)散熱量可以按下式計算:以下是某電站的母線參數(shù):
表1 母線參數(shù)
序號 基本參數(shù) 主母線 分支母線 啟動母線
1 額定電壓( KV) 18 18 18
2 工作電壓(KV) 19.8 19.8 19.8
3 額定電流(A) 13000 250 3000
4 導體正常溫度℃ 87 50 74
5 外殼正常溫度℃ 67 47 54
6 導體截面積(mm2) 21375 3358 3358
7 外殼截面積(mm2) 15944 8369 8369
8 導體電阻μΩ/m 1.357
9 外殼電阻μΩ/m 1.879
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(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,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(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。
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:
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。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(yīng)按運行時間和電抗器的發(fā)熱特性曲線確定發(fā)熱量。
高壓配電盤柜的散熱量可以按下式計算:
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:
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(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 名 稱 發(fā)熱量
1 整流閘管 8Kw
2 母線組 2Kw
3 散熱風機 2Kw
4 其它繼電器 2Kw
5 合計 14Kw
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)較為準確地核算其發(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3 SFC裝置的容量
公式
2016-07-30
近日來,全國是持續(xù)高溫狀態(tài)下,相信有很多電力朋友或多或少會遇到一些
高溫故障問題,小編特意就找到了幾個設(shè)備散熱的計算公式。希望對大家有所幫
助!
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:發(fā)電機的漏風散熱量可以按下式計算:
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(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,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。
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,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:
水冷變壓器的散熱量可以按下式計算:
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(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。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
周圍電氣設(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:
母線外殼感應(yīng)散熱量可以按下式計算:以下是某電站的母線參數(shù):
表1 母線參數(shù)
序號 基本參數(shù) 主母線 分支母線 啟動母線
1 額定電壓( KV) 18 18 18
2 工作電壓(KV) 19.8 19.8 19.8
3 額定電流(A) 13000 250 3000
4 導體正常溫度℃ 87 50 74
5 外殼正常溫度℃ 67 47 54
6 導體截面積(mm2) 21375 3358 3358
7 外殼截面積(mm2) 15944 8369 8369
8 導體電阻μΩ/m 1.357
9 外殼電阻μΩ/m 1.879
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(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,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(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。
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:
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。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(yīng)按運行時間和電抗器的發(fā)熱特性曲線確定發(fā)熱量。
高壓配電盤柜的散熱量可以按下式計算:
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:
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(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 名 稱 發(fā)熱量
1 整流閘管 8Kw
2 母線組 2Kw
3 散熱風機 2Kw
4 其它繼電器 2Kw
5 合計 14Kw
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)較為準確地核算其發(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3 SFC裝置的容量
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