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KYN550播報:中壓開關柜的溫升

        KYN550中壓開關柜的溫升一直是客戶關注的問題,由于設計、制造、安裝等問題,經常會造成溫度超過標準要求。現在普遍的做法是實際使用的電流僅為產品額定參數的70%,即使這樣,也常會造成溫度過高影響安全運行。而對于大電流開關柜,采用強制風冷是經濟、有效的解決辦法,風機位置以及風機的空氣流量是關鍵設計考慮的因素,但風機質量等問題也不能做到長期滿容量運行,通過對4000A開關柜柜頂上四個母線室手車室風扇分別關閉,并降低電流進線溫升試驗的溫升進行DOE試驗設計,回歸得出傳遞方程而及計算溫升、合理降容可以保證安全運行,也可以通過增加風機空氣流量來保證開關柜在過流等情況下安全運行。

1.    引言

由于用電的需求不斷增加,以及工業等領域應用的需要,大電流開關設備需求與日俱增,同時發電機出口開關設備也要求較大的額定電流。因此需要設計出滿足上述領域應用的4000/5000/6300/8000A的真空斷路器開關柜。開關柜溫升較高的原因主要有:

a.  較高的一次電流;

b.  電流不是很大但要求高防護等級的開關柜;

c.  高環境溫度下使用;

d.  導體材料電導率不滿足要求,多數屬于導體原材料純度不夠;

e.  現場存在安裝檢修工藝不當,如母線在加工、連接、安裝過程中,對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂專用電力脂等,導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發熱;

f.   還有表面膜電阻,母線螺絲松動等

采用風機強迫風冷,不僅可以有效降低開關柜溫升,還可以彌補因上述其它原因造成的過熱。     

2.開關柜強迫風冷的設計

散熱需要三個途徑,即輻射、對流和傳導,其中對流對于成套設備散熱是一個關鍵環節,自然通風在一般通風型柜體(防護等級IP4X及以下的,防內部故障噴射裝置在正常運行時開啟的開關柜)中可以帶走大約1000W的熱量,通過增加載流銅母排的規格尺寸也可有效的降低溫升。但對于額定電流大于3150A 的開關柜,輻射、傳導及自然通風形成的對流就不能把內部發熱的功率平衡在滿足溫升要求的范圍內。通過安裝風扇強迫空氣冷卻則是最為經濟、有效的方法。2列出 4000A開關柜的主要歐姆損耗功率部位。利用柜內設置的軸流風機或、和柜頂部的風扇將柜內的熱氣體與外部環境空氣交換,從而達到一個對流的理想狀態的過程,是大電流開關設備必需的。

2.1 風機的位置

選擇軸流風機要兼顧功率、風量和風機的持續工作壽命等。柜體的通風孔、風在設計中要充分考慮位置布置,使外部空氣>軸流風機->柜內導體>柜頂風機之間形成一個高效通路,同時還要兼顧設備的防護等級、防內部故障電弧噴射以及方便維修更換等要求。一般風扇的布置位置主要有以下幾種,位置1-電纜室底部,通過電纜室后封板通風孔吸收冷空氣進入,對柜內發熱元器件冷卻,把熱氣流從底部吹出柜頂;位置2-手車室底部,通過手車室下隔板前部通風孔吸收冷空氣進入,主要對斷路器的發熱進行冷卻,將熱氣從柜頂吹出;位置3-手車室頂部,通過柜頂吸收熱空氣,將斷路器的發熱向柜外排出 ;位置4-母線室頂部 ,通過柜頂吸收熱空氣,將母排的發熱向柜外排出;

可以看出,狹小的斷路器隔室內發熱功率很大,斷路器的發熱主要集中在真空滅弧室內部動靜觸頭、導電桿及下部動滑動連接部位,尤其是固封極柱產品,發熱部件密封在環氧樹脂內部,熱量通過對流、輻射散發非常有限,更多的是依靠傳導將熱量傳遞到梅花觸頭和母線上,而由于抽出式斷路器在工作時梅花觸頭與靜觸頭咬合在封閉的觸頭盒內,對流和輻射的散熱效果非常差,明顯比暴露在空氣中的銅排溫升要高。而按照GB/T11022標準規定鍍銀觸頭在空氣中溫升值是65K,相比較螺栓連接75K又增加了困難,以上通過模擬分析及溫升試驗數據中都可以看出。因此斷路器室的風機布置更為關鍵。

大電流風冷開關柜風機的位置和空氣流量的選擇十分重要,而通過不同風機的空氣量和不同的電流進行進行試驗得出溫升值,再通過DOE試驗設計,得出傳遞方程,可以初步計算出一些特定情況下的可能溫升,有條件可以加入更多的試驗因子,回歸計算得出更加可靠有效的傳遞方程指導實際運行。大數據時代數學是最為重要的基礎學科,高壓電器有條件進行一定的試驗通過DOE試驗設計來使電網更加安全、可靠。


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