在電氣工程中，設(shè)備的散熱問(wèn)題一直是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣設(shè)備的功能越來(lái)越強(qiáng)大，但隨之而來(lái)的發(fā)熱量也日益成為一個(gè)挑戰(zhàn)。許多工程師都曾遇到過(guò)設(shè)備過(guò)熱導(dǎo)致性能下降甚至損壞的情況。因此，了解并掌握設(shè)備散熱的計(jì)算方法對(duì)于工程實(shí)踐具有重要的意義。今天，我特意為大家整理了幾個(gè)常用的設(shè)備散熱計(jì)算公式。這些設(shè)備散熱計(jì)算公式是工程師們?cè)趯?shí)際工作中不可或缺的工具。希望這些信息能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭餐苿?dòng)電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

一、 高、低壓盤(pán)柜發(fā)熱量

高壓配電盤(pán)柜的散熱量可以按下式計(jì)算：

高壓開(kāi)關(guān)柜分為進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜和饋電開(kāi)關(guān)柜，一般說(shuō)來(lái)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜的發(fā)熱量要比饋電開(kāi)關(guān)柜的發(fā)熱量大。

低壓配電盤(pán)柜的散熱量可以按下式計(jì)算：

由于電站內(nèi)各種盤(pán)柜的用途不同，盤(pán)柜的工作電流不同，一般說(shuō)來(lái)，工作電流越大，盤(pán)柜內(nèi)的電器元件發(fā)熱量也越大。對(duì)于集中布置的配電盤(pán)柜盡可能由設(shè)備制造商提供發(fā)熱量較為準(zhǔn)確。

特別的，對(duì)于重要的配電盤(pán)柜，由于制造商對(duì)盤(pán)柜內(nèi)的電氣元件的保護(hù)，防止運(yùn)行濕度過(guò)大，絕緣性能的下降，在盤(pán)柜內(nèi)本身另設(shè)有電加熱器。一般每只盤(pán)柜在0.3～0.5Kw左右，集中布置的繼電保護(hù)室等應(yīng)加以考慮。

二、 變壓器發(fā)熱量

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(fù)荷大小而變化，而鐵損與負(fù)荷的大小無(wú)關(guān)，可以看成一定值。通常將額定負(fù)荷時(shí)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(fēng)冷和干式變壓器的損耗，全部散發(fā)到周?chē)諝庵校渥儔浩鞯膿p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?chē)諝鉁囟榷鴮崃可⑷肟諝庵小?

一般情況下，封閉廠(chǎng)房、地下廠(chǎng)房和抽水蓄能電站，布置于廠(chǎng)房?jī)?nèi)部或地下的主變多采用庫(kù)水冷卻的主變，而電站中的其他變壓器還有廠(chǎng)用變、照明變、事故變、勵(lì)磁變等，多采用風(fēng)冷或干式變壓器。

風(fēng)冷變壓器的散熱量，簡(jiǎn)單地可以按下式計(jì)算：

水冷變壓器的散熱量可以按下式計(jì)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(kù)容較小，冷卻水溫受季節(jié)的影響較大，應(yīng)按正常運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生的最高水溫核算變壓器的散熱量。

三、 母線(xiàn)、電纜發(fā)熱量

在電站中，發(fā)電機(jī)和變壓器之間的連接多用自冷卻式封閉母線(xiàn)。母線(xiàn)的發(fā)熱量包括母線(xiàn)的功率損耗發(fā)熱和外殼感應(yīng)散熱兩部分。

由于主線(xiàn)的兩端分別分別連接發(fā)電機(jī)和變壓器設(shè)備，實(shí)際上母線(xiàn)與外殼之間的空氣是封閉的，外殼起到一個(gè)保護(hù)和屏蔽電磁波的作用，以減少母線(xiàn)電磁場(chǎng)對(duì)周?chē)姎庠O(shè)備和環(huán)境的影響，并沒(méi)有減小母線(xiàn)的散熱。母線(xiàn)的功率損耗散熱傳給母線(xiàn)和外殼間的空氣，然后通過(guò)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(xiàn)功率損耗引起的散熱量可以按下式計(jì)算：

母線(xiàn)外殼感應(yīng)散熱量可以按下式計(jì)算：

四、 電抗器發(fā)熱量

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(jì)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(hào)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(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱量需要一段時(shí)間。如果是長(zhǎng)期運(yùn)行的電抗器，其發(fā)熱量是穩(wěn)定的，如果是間歇運(yùn)行的電抗器，應(yīng)按運(yùn)行時(shí)間和電抗器的發(fā)熱特性曲線(xiàn)確定發(fā)熱量。

五、發(fā)電機(jī)組發(fā)熱量

發(fā)電機(jī)組的散熱量主要來(lái)自于兩個(gè)方面，一是發(fā)電機(jī)組的蓋板傳熱和機(jī)殼圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，另一是發(fā)電機(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)的漏風(fēng)所帶來(lái)的熱量。

大、中型發(fā)電機(jī)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(jī)繞組的損耗傳給冷卻空氣，空氣的熱量再通過(guò)機(jī)組水冷卻器由冷卻水帶走。根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，定子排出的空氣溫度一般不超過(guò)65℃，而進(jìn)入轉(zhuǎn)子的空氣溫度一般不低于5℃。

發(fā)電機(jī)機(jī)殼的散熱量可以按下式計(jì)算：

發(fā)電機(jī)的漏風(fēng)散熱量可以按下式計(jì)算：

根據(jù)發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的冷卻風(fēng)溫和發(fā)電機(jī)的表面積，我們不難計(jì)算機(jī)組殼體的傳熱量。但漏風(fēng)熱量的計(jì)算上卻有較大的差異，隨著機(jī)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(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)量各個(gè)廠(chǎng)商有較大區(qū)別。

例如按機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算，30萬(wàn)KW機(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)量約為200m３/h，但多數(shù)國(guó)際廠(chǎng)商提供的冷卻風(fēng)量約為120m３/h，這就給計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的出入。機(jī)組的冷卻風(fēng)量不僅和機(jī)組的容量有關(guān)，而且和機(jī)組的水頭、轉(zhuǎn)速、尺寸有關(guān)。

一般情況下，冷卻風(fēng)溫越低，發(fā)電機(jī)的線(xiàn)圈溫度也越低，發(fā)電機(jī)的效率就越高，但是冷卻風(fēng)溫受冷卻器的布置尺寸影響，冷卻器大，機(jī)組的制造難度相對(duì)增大，經(jīng)濟(jì)性下降，冷卻風(fēng)溫不可能無(wú)限降低，機(jī)組制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮一個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，達(dá)到機(jī)組的最大性?xún)r(jià)比。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)由發(fā)電機(jī)廠(chǎng)商提供冷卻循環(huán)風(fēng)量參數(shù)對(duì)漏風(fēng)熱量加以核算。

六、 SFC靜態(tài)變頻啟動(dòng)裝置發(fā)熱量

SFC稱(chēng)為靜態(tài)變頻啟動(dòng)裝置，主要用于抽水蓄能電站的機(jī)組抽水工況的啟動(dòng)。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(gè)單機(jī)容量30萬(wàn)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：

SFC裝置的容量：

我們可以看出，如果按照滿(mǎn)負(fù)荷計(jì)算，SFC裝置的熱量高達(dá)388Kw。按照一些已運(yùn)行的抽水蓄能電站的實(shí)際運(yùn)行分析統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)，從靜止拖動(dòng)到并網(wǎng)時(shí)間僅需240秒，六臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間約為25分鐘。根據(jù)外商提供的SFC裝置運(yùn)行特性曲線(xiàn)，輸入電抗器、輸出電抗器和直流電抗器運(yùn)行25分鐘，發(fā)熱達(dá)到額定發(fā)熱量的20%，濾波器、功率柜發(fā)熱達(dá)到額定發(fā)熱量的70%左右。按此計(jì)算SFC裝置的發(fā)熱量約為126.6Kw，是額定發(fā)熱量的32.6%。

SFC裝置的發(fā)熱量和SFC的容量、運(yùn)行時(shí)間有極為密切的關(guān)系，如果要較為準(zhǔn)確的確定設(shè)備發(fā)熱量，應(yīng)請(qǐng)有關(guān)制造商提供設(shè)備的運(yùn)行特性曲線(xiàn)，然后根據(jù)設(shè)備的容量和運(yùn)行時(shí)間確定。

七、 照明設(shè)備發(fā)熱量

大、中型電站隨著建筑裝修景觀設(shè)計(jì)對(duì)燈光的需求，照明功率有增加的趨勢(shì)。雖然照明設(shè)備的發(fā)展，電站的照明應(yīng)用從白熾燈和熒光燈向碘鎢燈和金鹵燈等高亮度燈源轉(zhuǎn)變。但照明設(shè)備散熱量屬于穩(wěn)定得熱，只要電壓、功率穩(wěn)定，散熱量是不變化的。

照明所耗電能的一部分直接轉(zhuǎn)化為熱能,此熱能以對(duì)流、傳導(dǎo)和向周?chē)⒊觥９饽芤约t外輻射方式向外輻射，但紅外輻射不能直接被空氣吸收，而是透過(guò)空氣被周?chē)矬w吸收，爾后再給予空氣。轉(zhuǎn)化為光的那部分也是先射向周?chē)矬w，被物體吸收后再轉(zhuǎn)化為熱能，再以對(duì)流、傳導(dǎo)或輻射等方式傳給空氣和其他物體。

照明發(fā)熱量為：

一般情況下，全廠(chǎng)的照明發(fā)熱量約為照明變壓器容量的80%左右。但隨著電站自動(dòng)化程度的提高和無(wú)人值班的推廣，廠(chǎng)房?jī)?nèi)部的實(shí)際照明設(shè)備開(kāi)啟情況變化較大，可考慮正常運(yùn)行時(shí)照明的利用系數(shù)。