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1、开关柜结构散热与通风的设计摘要 : 金属封闭式开关设备运行时, 因柜内发热元器件比较多 , 温升过高会引起电器的机械性能和电气性能下降, 最后导致高压电器的工作故障, 甚至造成严重事故。为了保证高压电器在工作年限内安全运行, 必须将柜内温升控制在标准规定的允许温度之内 , 在开关柜结构设计时, 就要考虑散热与通风的设计。关健词 : 开关柜 ; 散热 ; 通风1 开关柜结构散热与通风的设计原则1.1 柜进风口要大于风道进风口 , 建议比值为 1.5:1 。1.2 柜进风口要低于风道进风口。1.3 在柜进风口和风道进风口之间 , 不应有明显的障碍物和发热器件。1.4 出风口必须和风机配合设计, 并
2、尽可能放置于柜体顶部。1.5 柜体出风口 , 即风道上风口应距风机进风口有一定距离, 一般应为100200mm使风道中的风在截面上尽可能均匀。1.6 对柜体内无风道的强迫风冷, 特别要注意进风口位置和大小的设置, 它的设置对冷却效果有极大的影响。1.7 当柜体无防护等级要求, 而柜底又没有进线电缆地沟时, 柜体可不要底板也不需要单独设计进风口。1.8 当柜体的防护等级达到 IP50, 在进风口需加设进风网板过滤时, 就要加大进风口的面积, 以保证风机的需要, 不可使柜内造成负压状态, 而不利于散热。必要时要在进风口安装风机, 强迫进风以保证冷却需要。1.9 当设计较大的并联风道、特殊风道时,
3、或当设备内无风道而又有多处热源时,柜体设计要和内部设计一起进行,并有效地互相配合。2 自然风冷散热的结构设计2.1 自然风冷散热的设备内部空间应比较宽敞, 有较大的散热空间。2.2 设备应有足够的顺畅的空气通道。(1) 设备下部设进风口。如设备无底板及有地沟 , 可不单独设进风口。 (2) 设备 上部设出风口。采用不加顶盖、顶盖支起、顶盖冲各种网孔等, 而且进出风口尽可能要和柜体防护等级一致,(3) 设备内部的发热器件尽可能放置在设备上部 , 便于散热 , 并可避免热量影响其它部件。2.3 当有很重的发热部件(大变压器 )必须放置在下部时,则应使其上部有较大的空间或空气通道, 必要时应将热量引
4、开, 另设出风口排气。3 强迫风冷散热与通风的结构设计3.1 结构组成强迫风冷散热适用于中等功率设备的散热，一般设备功率在7000kW以下。元 器件和联接母线由电路已经确定, 结构设计的任务是将散热器、风道和风机, 科学、合理地组合成强迫风冷系统。由于所选择的散热器的材质、型式、大小的不同 ; 风 道的组成型式不同 ; 风机的型式、风量、风压的不同 , 就使结构组合呈现多样化 , 也 使冷却效果成为系统中多种参数的函数。合理的选型、设计计算、样机实验、修 改、定型等过程是达到理想效果的必然途径。3.2 散热效果计算3.3 风道设计风道是形成强迫风冷散热的重要组成部分, 在散热器设计或选定后 ,
5、 风道的基本尺寸也就确定了。风道的设计是和风机的选型配合进行的。风道的型式和尺寸决定风的流向、风速的大小 , 并决定风冷散热的效果。风道的形式多种多样, 我们一般常用的有两种 : 串联风道和并联风道。3.3.1 串联风道串联风道是指将发热器件的结构单元重叠封闭放置时( 一般取上下重叠), 只形成一个进风口 , 一个出风口 , 风流依次冷却器件的风道。主要特点 :(1) 结构简单 , 可用标准单元构件组成风道,也可设计整体式风道。 (2) 占用空间小。 (3) 效果良好。3.3.2 并联风道并联风道是指将发热器件的结构单元并列放置时, 风流同时经过每个单元的风道。主要特点 :(1) 冷却均匀。风
6、流由进口进入后 , 流经每个单元到达出口时 , 各单元流经的风量、风速、温度都是相等的 , 故冷却均匀。 (2) 风阻小 , 只有单层单元的 风阻。 (3) 散热效果好。3.3.3 选用方法两种风道目前使用的都很普遍。(1)发热器件功率损耗较大时，如单只元件实际电流大于1000A时，选用并联风道较多。效率高 , 并且均匀。 (2) 并联风道占用空间较大。整体并联风道要用较大的轴流风机 , 体积、噪音都较大, 同时往往要和柜体一起设计, 由柜体组成风道。 (3) 中等功率的设备(7000kW以下)使用串联风道较多。结构紧凑，并且简单。3.3.4 设计注意事项(1) 风机的风量、风压要和风道的设计
7、相适应。串联风道中 , 每层散热器的风阻(散热器进出风口的压差 )都使风速降低, 影响散热效果, 所以 ,在串联层数较多时(6 层 ), 应考虑使用风压较大的离心式风机。在完全封闭的串联风道中 , 在总风量不变时 , 各层的风速应相等。此时, 进口处的空气温度低, 而出口处的温度高, 即对下层的散热效果好, 而对上层的散热效果差 , 同时 , 空气随温度的升高而膨胀, 更不利于上层的散热。并联风道本身的进风口面积较大 , 风阻较小 , 要使每个单元都流经同样风速, 风温的风量就要采用大风量的轴流风机。 (2) 散热器散热片的方向要和风道中风流的方向一致。 (3) 无论何种风道,为提高风速, 增
8、强散热效果, 都可以在抽风式的进风口或吹风式的出风口设置档风板,迫使风量集中于散热器。 (4) 要注意柜体进出风口的大小、位置的设计。进风口面积要大于风道进风口 ; 进风口的风阻应尽量小, 必要时 , 进风口可加小风机; 进风口的位置要低于风道进风口 , 较低为好。 (5) 无论何种风道, 风进入风道后首先要冷却散热器 , 不可被其它发热器件阻拦。此类器件必须放于从属冷却的位置。 (6) 风道可以设计成整体式也可以设计成单元组合式。设计要有利于风速的流畅和有效, 风道内部尽可能光滑 , 在保证电气间隙和爬电距离的要求下 , 尽可能避免风短路。 (7) 要处理好进出风道的带电母线的绝缘设计。过线孔隙可以是补充风量的进风口, 它以结构的合理为主来完成。4 结束语柜体的散热与通风是柜内结构设计需考虑的重要因素, 合理的风口、风道、风机、散热片的设计才能保证柜内温升达到合适的水平。
