國外客戶經常會要求開關柜制造廠提供每一臺開關柜的損耗功率,以便為整個開關站通風、空調系統(tǒng)設計提供設計依據。
一般來說,發(fā)熱功率和電流的平方成正比,4000A開關柜的發(fā)熱比3000A明顯大的多;而開關柜的設計額定電流越大,使用的銅排截面積就越大,觸頭片數就越多,電阻越小,因此不能簡單的估算,而應該根據實際電流等進行計算。
功率損耗粗略計算,根據每臺開關柜的使用電流、開關柜的回路電阻計算,如3000A母聯柜,每相主回路電阻100μΩ,電流互感器是3000A,計算 W=I*I*R*3,計算結果2700W。該計算是按直流電阻計算,實際發(fā)熱是交流電阻發(fā)熱,對于銅排交流電阻和銅排形狀、片數、相間距等相關,矩形銅排的交流電阻是直流電阻的1.4-1.8倍,因此實際發(fā)熱會更大一些。
復雜的計算會精細到每一個元器件,如電流互感器的損耗功率,加熱器的功率,以及控制、保護二次系統(tǒng)的發(fā)熱功率,還有母排的發(fā)熱、觸頭的發(fā)熱,這樣相加得出的結果更為準確。
1.根據銅排電阻率、長度、截面積計算電阻,再計算發(fā)熱,如一般中置柜出線柜分支母線銅排長度7.5米,2000A采用雙拼 80*10銅排,銅在20度時的直流電阻率是1.75e-8,銅排工作溫度100度左右,電阻率升高到2.32e-8,交流電阻系數1.6,因此電阻率為3.74e-8歐姆每米,因此分支母線銅排電阻=0.0000000374*7.5/0.08/0.01/2=0.000175歐姆,也就是175微歐,2000A額定電流發(fā)熱=2000*2000*0.000175=701W。同樣計算主母排,每相1米長,同樣規(guī)格,計算發(fā)熱是是280W。母排共發(fā)熱功率701+280=981W。
2. 斷路器按觸頭電阻及滅弧室發(fā)熱計算,抽出式斷路器2000A的電阻一般是25微歐每相,因此發(fā)熱=2000*2000*0.000025*3=300W。
3.電流互感器也是和實際測量值一致的,如每個LZZBJ9電流互感器 1250/5發(fā)熱功率36W,2500/5功率是65W,LMZB1互感器3000/5的四個繞組發(fā)熱功率是67W,4000/5三個繞組發(fā)熱功率是54W;
4. 對于其它如電熱器發(fā)熱,以及二次系統(tǒng)發(fā)熱按照所裝元器件估算,加熱器一般是150W,二次元器件發(fā)熱是50W左右。
綜上所述,2000A總發(fā)熱功率=981+300+55*3+200=1646W。
上述3000A母聯開關柜按照細分到元器件層級的精細計算,發(fā)熱功率是2423W。可以看出,粗略計算與精細計算比較,開關柜的發(fā)熱功率相差277W,然說相差不大,但對于一排二、三十臺柜子的配電間,總的發(fā)熱功率就會相差很多。
這個數據是開關柜的額定電流滿負荷情況下的發(fā)熱,實際計算還需要按照是否備用(正常情況不投運),實際運行電流(CT電流)等實際情況計算,如額定電流3150A的開關柜,當實際運行(CT)電流只有2800A時開關柜的發(fā)熱只有2080W。這也是我們現在變電站實際運行的情況,設備額定電流選擇的很大,而實際運行電流很小,也就是說發(fā)熱比起設備額定值相差許多,即使這樣,還會出現開關柜過熱、甚至燒毀的現象,不得不說,我們開關柜的產品質量真是不行,特別是大電流開關柜,3150A偷工減料,很小的電流都出問題,不知道型式試驗怎樣通過的。
國外的項目客戶需要大量的基礎數據,如開關柜的噪聲數值、安裝基礎的抗沖擊強度數值、項目所有開關柜的發(fā)熱功率、分合閘以及儲能的功率等等,有些還需要項目全套的三維模型,以便模擬放置在變電站內,大量的基礎數據保證精準的開關站設計、建筑符合長期可靠運行的要求。
對于FC回路,熔斷器發(fā)熱需要單獨計算,需要參考熔斷器樣本資料計算每一個高壓熔斷器的發(fā)熱功率,雖然電流小,但FC柜的導體截面積小,觸頭小,回路電阻高,因此在計算一個變電站一排開關柜的發(fā)熱,FC回路發(fā)熱還是占很大比例的。
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