电气设备发热后,会使电气设备的正常运行遭到破坏时,发热量增加,温度升高,电气设备引发故障,设备停止运行。另外,严重时,在一定条件下,可能引起火灾。因为电气设备过热主要是电流产生的热量造成的。当电流通过导体时要消耗一定的电能,这部分电能转化为热能,使导体温度升高,并加热其周围的其它材料。当电气设备的绝缘质量降低时,通过绝缘材料的泄漏电流增加,可能导致绝缘材料温度升高。那么问题来了,高、低压盘柜、变压器、母线、电缆和电抗器等电气设备的发热量怎么计算的呢?下面本文详细地给大家介绍一下,看完文章希望能给广大电气人员一些参考。
01 高、低压盘柜和变压器发热量计算方法
1、 高、低压盘柜发热量计算
高压配电盘柜的散热量可以按下式计算:
高压开关柜分为进线开关柜和馈电开关柜,一般说来进线开关柜的发热量要比馈电开关柜的发热量大。
低压配电盘柜的散热量可以按下式计算:
由于电站内各种盘柜的用途不同,盘柜的工作电流不同,一般说来,工作电流越大,盘柜内的电器元件发热量也越大。对于集中布置的配电盘柜尽可能由设备制造商提供发热量较为准确。
特别的,对于重要的配电盘柜,由于制造商对盘柜内的电气元件的保护,防止运行湿度过大,绝缘性能的下降,在盘柜内本身另设有电加热器。一般每只盘柜在0.3~0.5Kw左右,集中布置的继电保护室等应加以考虑。
2、 变压器发热量
变压器散热散热主要指变压器内部的能量损耗,由铜损(电阻损耗)和铁损(铁磁损耗)两部分组成,其中铜损是随负荷大小而变化,而铁损与负荷的大小无关,可以看成一定值。通常将额定负荷时的铜损定为短路损耗,额定电压下的铁损定为空载损耗。
自冷、风冷和干式变压器的损耗,全部散发到周围空气中,而水冷变压器的损耗则大部份由水冷却系统带走,一小部份由于油温高于周围空气温度而将热量散入空气中。
一般情况下,封闭厂房、地下厂房和抽水蓄能电站,布置于厂房内部或地下的主变多采用库水冷却的主变,而电站中的其他变压器还有厂用变、照明变、事故变、励磁变等,多采用风冷或干式变压器。
风冷变压器的散热量,简单地可以按下式计算:
水冷变压器的散热量可以按下式计算:
电站的水冷却主变,受到冷却水温和水冷却器效率的影响较大,特别是抽水蓄能电站,由于库容较小,冷却水温受季节的影响较大,应按正常运行时,可能产生的最高水温核算变压器的散热量。
02 母线、电缆和电抗器的发热量计算方法
1、 母线、电缆发热量
在电站中,发电机和变压器之间的连接多用自冷却式封闭母线。母线的发热量包括母线的功率损耗发热和外壳感应散热两部分。
由于主线的两端分别分别连接发电机和变压器设备,实际上母线与外壳之间的空气是封闭的,外壳起到一个保护和屏蔽电磁波的作用,以减少母线电磁场对周围电气设备和环境的影响,并没有减小母线的散热。母线的功率损耗散热传给母线和外壳间的空气,然后通过外壳壳体传入环境。而外壳感应散热则直接传入环境。
母线功率损耗引起的散热量可以按下式计算:
母线外壳感应散热量可以按下式计算:
2、 电抗器发热量
电抗器用于较大容量的配电装置中,起到限制短路电流的作用,也可以用于整流装置中作滤波电抗器。
电抗器的散热量可以按下式计算:
电抗器在额定功率下的功率损耗(Kw),根据额定电流、额定电抗和型号确定。
电抗器是由绕组组成的,发热特性是热容量和发热量较大,达到稳定发热量需要一段时间。如果是长期运行的电抗器,其发热量是稳定的,如果是间歇运行的电抗器,应按运行时间和电抗器的发热特性曲线确定发热量。
03 发电机组和SFC静态变频启动装置发热量计算方法
1、发电机组发热量
发电机组的散热量主要来自于两个方面,一是发电机组的盖板传热和机壳围护结构传热,另一是发电机组的冷却循环风的漏风所带来的热量。
大、中型发电机组的冷却方式通常采用封闭式空气自循环冷却方式,发电机绕组的损耗传给冷却空气,空气的热量再通过机组水冷却器由冷却水带走。根据实测的数据,定子排出的空气温度一般不超过65℃,而进入转子的空气温度一般不低于5℃。
发电机机壳的散热量可以按下式计算:
发电机的漏风散热量可以按下式计算:
根据发电机组内部的冷却风温和发电机的表面积,我们不难计算机组壳体的传热量。但漏风热量的计算上却有较大的差异,随着机械制造技术的不断提高,特别是空气冷却器的效率的提高,发电机组的冷却循环风量各个厂商有较大区别。
例如按机电设计手册计算,30万KW机组的冷却循环风量约为200m3/h,但多数国际厂商提供的冷却风量约为120m3/h,这就给计算结果产生较大的出入。机组的冷却风量不仅和机组的容量有关,而且和机组的水头、转速、尺寸有关。
一般情况下,冷却风温越低,发电机的线圈温度也越低,发电机的效率就越高,但是冷却风温受冷却器的布置尺寸影响,冷却器大,机组的制造难度相对增大,经济性下降,冷却风温不可能无限降低,机组制造厂设计时考虑一个经济区域,达到机组的最大性价比。因此,在实际的设计计算中,应由发电机厂商提供冷却循环风量参数对漏风热量加以核算。
2、SFC静态变频启动装置发热量
SFC称为静态变频启动装置,主要用于抽水蓄能电站的机组抽水工况的启动。它由输入电抗器、输出电抗器、滤波器、功率柜和直流电抗器组成。
某个单机容量30万千瓦的抽水蓄能电站,根据外商提供的SFC装置各设备的容量如下:
SFC装置的容量:
我们可以看出,如果按照满负荷计算,SFC装置的热量高达388Kw。按照一些已运行的抽水蓄能电站的实际运行分析统计,一台机组的启动,从静止拖动到并网时间仅需240秒,六台机组的启动时间约为25分钟。
根据外商提供的SFC装置运行特性曲线,输入电抗器、输出电抗器和直流电抗器运行25分钟,发热达到额定发热量的20%,滤波器、功率柜发热达到额定发热量的70%左右。按此计算SFC装置的发热量约为126.6Kw,是额定发热量的32.6%。
SFC装置的发热量和SFC的容量、运行时间有极为密切的关系,如果要较为准确的确定设备发热量,应请有关制造商提供设备的运行特性曲线,然后根据设备的容量和运行时间确定。
04 照明设备发热量计算方法
照明所耗电能的一部分直接转化为热能,此热能以对流、传导和向周围散出。光能以红外辐射方式向外辐射,但红外辐射不能直接被空气吸收,而是透过空气被周围物体吸收,尔后再给予空气。转化为光的那部分也是先射向周围物体,被物体吸收后再转化为热能,再以对流、传导或辐射等方式传给空气和其他物体。
照明发热量为:
一般情况下,全厂的照明发热量约为照明变压器容量的80%左右。但随着电站自动化程度的提高和无人值班的推广,厂房内部的实际照明设备开启情况变化较大,可考虑正常运行时照明的利用系数。
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