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中压开关柜的温升

     中压开关柜的温升一直是客户关注的问题,由于设计、制造、安装等问题,经常会造成温度超过标准要求。现在普遍的做法是实际使用的电流仅为产品额定参数的70%,即使这样,也常会造成温度过高影响安全运行。而对于大电流开关柜,采用强制风冷是经济、有效的解决办法,风机位置以及风机的空气流量是关键设计考虑的因素,但风机质量等问题也不能做到长期满容量运行,通过对4000A开关柜柜顶上四个母线室手车室风扇分别关闭,并降低电流进线温升试验的温升进行DOE试验设计,回归得出传递方程而及计算温升、合理降容可以保证安全运行,也可以通过增加风机空气流量来保证开关柜在过流等情况下安全运行。

1.    引言

由于用电的需求不断增加,以及工业等领域应用的需要,大电流开关设备需求与日俱增,同时发电机出口开关设备也要求较大的额定电流。因此需要设计出满足上述领域应用的4000/5000/6300/8000A的真空断路器开关柜。开关柜温升较高的原因主要有:

a.  较高的一次电流;

b.  电流不是很大但要求高防护等级的开关柜;

c.  高环境温度下使用;

d.  导体材料电导率不满足要求,多数属于导体原材料纯度不够;

e.  现场存在安装检修工艺不当,如母线在加工、连接、安装过程中,对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等,导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热;

f.   还有表面膜电阻,母线螺丝松动等

采用风机强迫风冷,不仅可以有效降低开关柜温升,还可以弥补因上述其它原因造成的过热。     

2.开关柜强迫风冷的设计

散热需要三个途径,即辐射、对流和传导,其中对流对于成套设备散热是一个关键环节,自然通风在一般通风型柜体(防护等级IP4X及以下的,防内部故障喷射装置在正常运行时开启的开关柜)中可以带走大约1000W的热量,通过增加载流铜母排的规格尺寸也可有效的降低温升。但对于额定电流大于3150A 的开关柜,辐射、传导及自然通风形成的对流就不能把内部发热的功率平衡在满足温升要求的范围内。通过安装风扇强迫空气冷却则是最为经济、有效的方法。2列出 4000A开关柜的主要欧姆损耗功率部位。利用柜内设置的轴流风机或、和柜顶部的风扇将柜内的热气体与外部环境空气交换,从而达到一个对流的理想状态的过程,是大电流开关设备必需的。

2.1 风机的位置

选择轴流风机要兼顾功率、风量和风机的持续工作寿命等。柜体的通风孔、风在设计中要充分考虑位置布置,使外部空气>轴流风机->柜内导体>柜顶风机之间形成一个高效通路,同时还要兼顾设备的防护等级、防内部故障电弧喷射以及方便维修更换等要求。一般风扇的布置位置主要有以下几种,位置1-电缆室底部,通过电缆室后封板通风孔吸收冷空气进入,对柜内发热元器件冷却,把热气流从底部吹出柜顶;位置2-手车室底部,通过手车室下隔板前部通风孔吸收冷空气进入,主要对断路器的发热进行冷却,将热气从柜顶吹出;位置3-手车室顶部,通过柜顶吸收热空气,将断路器的发热向柜外排出 ;位置4-母线室顶部 ,通过柜顶吸收热空气,将母排的发热向柜外排出;

可以看出,狭小的断路器隔室内发热功率很大,断路器的发热主要集中在真空灭弧室内部动静触头、导电杆及下部动滑动连接部位,尤其是固封极柱产品,发热部件密封在环氧树脂内部,热量通过对流、辐射散发非常有限,更多的是依靠传导将热量传递到梅花触头和母线上,而由于抽出式断路器在工作时梅花触头与静触头咬合在封闭的触头盒内,对流和辐射的散热效果非常差,明显比暴露在空气中的铜排温升要高。而按照GB/T11022标准规定镀银触头在空气中温升值是65K,相比较螺栓连接75K又增加了困难,以上通过模拟分析及温升试验数据中都可以看出。因此断路器室的风机布置更为关键。

大电流风冷开关柜风机的位置和空气流量的选择十分重要,而通过不同风机的空气量和不同的电流进行进行试验得出温升值,再通过DOE试验设计,得出传递方程,可以初步计算出一些特定情况下的可能温升,有条件可以加入更多的试验因子,回归计算得出更加可靠有效的传递方程指导实际运行。大数据时代数学是最为重要的基础学科,高压电器有条件进行一定的试验通过DOE试验设计来使电网更加安全、可靠。


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