在電氣工程中，設(shè)備的散熱問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)備的功能越來越強(qiáng)大，但隨之而來的發(fā)熱量也日益成為一個挑戰(zhàn)。許多工程師都曾遇到過設(shè)備過熱導(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)算公式是工程師們在實(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苿与姎夤こ填I(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

一、 高、低壓盤柜發(fā)熱量

高壓配電盤柜的散熱量可以按下式計(jì)算：

高壓開關(guān)柜分為進(jìn)線開關(guān)柜和饋電開關(guān)柜，一般說來進(jìn)線開關(guān)柜的發(fā)熱量要比饋電開關(guān)柜的發(fā)熱量大。

低壓配電盤柜的散熱量可以按下式計(jì)算：

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

特別的，對于重要的配電盤柜，由于制造商對盤柜內(nèi)的電氣元件的保護(hù)，防止運(yùn)行濕度過大，絕緣性能的下降，在盤柜內(nèi)本身另設(shè)有電加熱器。一般每只盤柜在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)荷的大小無關(guān)，可以看成一定值。通常將額定負(fù)荷時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)到周圍空氣中，而水冷變壓器的損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圍空氣溫度而將熱量散入空氣中。

一般情況下，封閉廠房、地下廠房和抽水蓄能電站，布置于廠房內(nèi)部或地下的主變多采用庫水冷卻的主變，而電站中的其他變壓器還有廠用變、照明變、事故變、勵磁變等，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，可能產(chǎn)生的最高水溫核算變壓器的散熱量。

三、 母線、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。母線的發(fā)熱量包括母線的功率損耗發(fā)熱和外殼感應(yīng)散熱兩部分。

由于主線的兩端分別分別連接發(fā)電機(jī)和變壓器設(shè)備，實(shí)際上母線與外殼之間的空氣是封閉的，外殼起到一個保護(hù)和屏蔽電磁波的作用，以減少母線電磁場對周圍電氣設(shè)備和環(huán)境的影響，并沒有減小母線的散熱。母線的功率損耗散熱傳給母線和外殼間的空氣，然后通過外殼殼體傳入環(huán)境。而外殼感應(yīng)散熱則直接傳入環(huán)境。

母線功率損耗引起的散熱量可以按下式計(jì)算：

母線外殼感應(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)熱量需要一段時間。如果是長期運(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)行時間和電抗器的發(fā)熱特性曲線確定發(fā)熱量。

五、發(fā)電機(jī)組發(fā)熱量

發(fā)電機(jī)組的散熱量主要來自于兩個方面，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，空氣的熱量再通過機(jī)組水冷卻器由冷卻水帶走。根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù)，定子排出的空氣溫度一般不超過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)量各個廠商有較大區(qū)別。

例如按機(jī)電設(shè)計(jì)手冊計(jì)算，30萬KW機(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)量約為200m３/h，但多數(shù)國際廠商提供的冷卻風(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)組的制造難度相對增大，經(jīng)濟(jì)性下降，冷卻風(fēng)溫不可能無限降低，機(jī)組制造廠設(shè)計(jì)時考慮一個經(jīng)濟(jì)區(qū)域，達(dá)到機(jī)組的最大性價(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)廠商提供冷卻循環(huán)風(fēng)量參數(shù)對漏風(fēng)熱量加以核算。

六、 SFC靜態(tài)變頻啟動裝置發(fā)熱量

SFC稱為靜態(tài)變頻啟動裝置，主要用于抽水蓄能電站的機(jī)組抽水工況的啟動。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。

某個單機(jī)容量30萬千瓦的抽水蓄能電站，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)，一臺機(jī)組的啟動，從靜止拖動到并網(wǎng)時間僅需240秒，六臺機(jī)組的啟動時間約為25分鐘。根據(jù)外商提供的SFC裝置運(yùn)行特性曲線，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)請有關(guān)制造商提供設(shè)備的運(yùn)行特性曲線，然后根據(jù)設(shè)備的容量和運(yùn)行時間確定。

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)對燈光的需求，照明功率有增加的趨勢。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,此熱能以對流、傳導(dǎo)和向周圍散出。光能以紅外輻射方式向外輻射，但紅外輻射不能直接被空氣吸收，而是透過空氣被周圍物體吸收，爾后再給予空氣。轉(zhuǎn)化為光的那部分也是先射向周圍物體，被物體吸收后再轉(zhuǎn)化為熱能，再以對流、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。但隨著電站自動化程度的提高和無人值班的推廣，廠房內(nèi)部的實(shí)際照明設(shè)備開啟情況變化較大，可考慮正常運(yùn)行時照明的利用系數(shù)。