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封闭母线的发热与散热优化方案

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:(一)封闭母线的发热封闭母线的发热由母线本身发热和外壳发热所产生。(二)封闭母线的散热散热是以辐射和对流形式,将热量从母线传至外壳,再从外壳传到周围空气中。(三)封闭母线的实际温度按照热量平衡,可列出方程式解出母线运行温度θW。封闭母线导体的最高允许温度不应大于+90℃,外壳的最高允许温度不应大于+70℃。

封闭母线的发热与散热优化方案

(一)封闭母线的发热

封闭母线的发热由母线本身发热和外壳发热所产生。

1.封闭母线导体的发热损失

封闭母线一般都采用圆管母线,当母线通过电流IW时,发热损失为

式中 RW——母线电阻,Ω/m;

KS——母线集肤效应系数;

θW——母线运行温度,℃;

DW——圆管母线外径,mm;

δW——圆管母线壁厚,mm;

ρ20——电阻系数,铝ρ20为0.0295,Ω·mm2/m。

2.封闭母线外壳的发热损失

外壳由铝板卷制成圆筒形,全连式分相封闭母线外壳经短路板连成一闭合回路,这相当于1∶1的空芯变压器,外壳轴向环流IS近似等于母线电流IW,故外壳电流IS产生的发热损失为

式中 RS——外壳电阻,Ω/m;

KS——外壳集肤效应系数;

θS——外壳运行温度,℃;

DS——外壳外径,mm;

δS——外壳壁厚,mm;

ρ20——电阻系数,铝ρ20为0.0295Ω·mm2/m。

(二)封闭母线的散热

散热是以辐射和对流形式,将热量从母线传至外壳,再从外壳传到周围空气中。

1.母线向外壳辐射散热和对流散热

(1)母线向外壳辐射散热。

母线与外壳相当于两个同心圆柱体,其辐射散热量为

式中 FW——母线单位长度的表面积,m2/m;

ε——母线表面黑度,℃;

θS——外壳温度,℃;

DW——母线外径,m。

(2)母线对外壳的自然对流散热。

母线被封闭在圆筒形外壳内,它的对流散热是在有限空间内进行的,可利用单层圆筒壁的导热公式,求得母线对外壳的对流散热量为

式中 K——开槽影响系数,不开槽时K=1,开槽时K=1.3~1.4;(www.xing528.com)

λ——相当导热系数;

其余符号意义同前。

2.外壳向周围空气的散热

外壳向周围空气的散热包括对周围空气的辐射散热和自然对流散热。

(1)外壳对周围空气的辐射散热。

外壳对周围空气的辐射散热,相当于三个(三相)圆柱体同时存在的辐射散热。中相(B相)外壳的辐射散热量为

式中 FS——外壳单位长度的表面积;

φ——平均角系数;

DS——外壳直径,m;

其余符号意义同前。

边相(A相、C相)外壳的辐射散热量为

式中各符号意义同前。

(2)外壳对周围空气的自然对流散热。

外壳对周围空气的自然对流散热量,可按水平圆柱在大空间内的对流散热计算

式中 a1——换热系数;

其余符号意义同前。

(三)封闭母线的实际温度

按照热量平衡,可列出方程式解出母线运行温度θW。实际上,已绘成散热曲线,应用起来非常方便。

1.外壳的总散热曲线

外壳的总散热量∑QS,等于外壳辐射散热量QSr与外壳对流散热量QSC之和,只要将式(9-73)、式(9-74)和式(9-75)相加起来,即得

由式(9-76)绘出∑QS与外壳温度θS的关系曲线,见图9-12。

2.母线的总散热曲线

母线的总散热量∑QW,等于母线向外壳的辐射散热量QWr与对流散热量QWC之和。利用式(9-70)和式(9-71),并假定母线温度θW=85℃,便可得到∑QW85=QWr85+QWC85与θS的关系曲线,如图9-13所示。

图9-12 外壳总散热量∑QS与θS的关系曲线

图9-13 母线总散热量∑QW85与θS的关系曲线

若母线运行温度不是85℃,而是其他温度θW,则母线的总散热量为∑QW

母线运行温度为θW时母线向外壳的总散热量∑QW,与母线运行温度为85℃时母线向外壳的总散热量∑QW85之差为

由此式可绘出∑ΔQW与θW的关系曲线(图9-14),如计算出∑ΔQW,便可查出母线的实际运行温度θW

封闭母线导体的最高允许温度不应大于+90℃,外壳的最高允许温度不应大于+70℃。

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