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發(fā)布時間：2021-11-10 13:41:34
氣體絕緣金屬封閉開關設備簡稱充氣柜，采用SF6或其他氣體作為絕緣介質,將斷路器、隔離開關和母線等一次元器件集中密閉在低壓力充氣箱體內，實現(xiàn)一次主接線部分與外部環(huán)境隔離。產(chǎn)品具有體積小、安全性好和可靠性高等優(yōu)點。
由于充氣柜一次接線部分密封在充氣箱體內，相比普通的開關柜，運行時能量過于集中且散熱環(huán)境差。溫升過高，直接影響設備的安全穩(wěn)定運行，如果不加以控制，過熱程度會不斷積聚,而使相鄰的絕緣部件性能劣化，甚至擊穿造成事故。因此溫升控制作為生產(chǎn)制造的重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的結構設計、制造工藝對其有重要的影響。
溫升控制分析
充氣柜溫升取決于發(fā)熱量與散熱量的最終平衡,所以根本上應從減少發(fā)熱功率和增加散熱功率兩方面入手。
1.1 減少發(fā)熱功率(發(fā)熱抑制技術)
根據(jù)P1 =I2R可知要減少發(fā)熱功率，則需減少氣箱內載流元器件的電阻,氣箱內載流元器件的電阻影響因素可分為以下幾種。
(1)導體電阻。與導體材料(電阻率)、截面(包括截面積和截面形狀)和長度有關。
采取措施:
1)采用固封技術可以縮短導體長度，從而可減少發(fā)熱。
2)設計時盡量縮短載流路徑。
3)對導體的電阻率應予控制,T2銅的導電率可達到56以上。
4)選擇本體電阻小的真空滅弧室。
5)導體的折彎半徑盡可能大，并避免折彎破裂。
6)CT 外置，采用穿芯式結構，且降低CT本體回路電阻。
7)導體截面選擇應合適，以滿足載流的需要。
(2)動靜接觸電阻。與導體的表面處理,接觸方式、接觸面積和接觸壓力有關。
采取措施:
1)增大并控制接觸壓力。其會受人為因素影響，故需控制。
2)加大接觸面積。導電接觸面采用鍍銀、鍍錫處理,涂抹凡士林或導電膏可提高有效接觸面積。
3)減少連接點。每個連接點的發(fā)熱量相當于500~ 1 000 mm長的導體發(fā)熱量。
4)裝配保證自然貼合，設計上采用十字交叉孔搭接連接。
(3)大電流時,載流導體的趨膚效應和鄰近效應。
采取措施;
1)考慮趨膚效應的影響，減薄銅排厚度，圓柱形導體采用中空狀，以節(jié)約材料并利于散熱。
2)不同相導體布置或同相雙排布置時,導體間距盡可能增大。
3)避兔采用直角彎。
(4)氣箱或套管等用導磁材料時,渦流磁滯損耗。渦流損失引起的發(fā)熱可由下式給出
采取措施:
1)載流導體穿越金屬箱體或柜體時,導磁材料應三相共筒，否則采用非導磁性材料。
2)典型的非導磁性材料如奧氏體不銹鋼、鋁等。
3)電流穿過部分采用插入縫隙增加阻力的技術。
4)滅弧室靜端部位等溫室高的地方連接螺栓采用不銹鋼材質。
在充氣柜中，真空滅弧室回路電阻通常占斷路器的50%以上，觸頭間接觸電阻是真空滅弧室回路電阻的主要組成部分。觸頭各級系統(tǒng)密封于真空滅弧室，產(chǎn)生的熱量只能通過動、靜觸頭導電桿向外部散熱。滅弧室靜端直接與支架連接，動端則通過導電夾、軟連接與動支架相連,由于動端連接環(huán)節(jié)較多，導熱路徑較長，所以真空斷路器溫升的最高點多集中于動導電桿與導電夾連接部位。對我公司產(chǎn)品而言，多集中于彈簧觸指處，所以該部位的溫升控制是整個產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。
1.2增加散熱功率(傳熱技術)
充氣柜的散熱步驟為:
1)箱內載流元件發(fā)熱并傳導至散熱裝置。
2)高溫導體(含散熱裝置)通過對流、輻射方式向周圍絕緣介質及氣箱壁散熱。
3)氣箱內表面吸熱并通過熱傳導方式將熱傳遞至全氣箱外壁。
4)氣箱外壁向周圍熱對流、熱輻射散熱。
典型的散熱原理包括熱傳導、熱對流和熱輻射。(1)熱傳導是物體上溫度不均勻或有溫差時熱能移動的現(xiàn)象，這是在固體內的主要傳熱現(xiàn)象。熱傳導功率可由下式估算
采取措施:
1)銀、銅和鋁的熱導率較高,從經(jīng)濟性出發(fā)，常采用鋁或鋁合金制品作為散熱裝置的材質。
2)導體接觸面敷銀可提高導熱效果。
3)加裝散熱裝置時,散熱組件與熱源的接觸熱阻抗應減小，對充氣柜而言，即散熱裝置與銅排的接觸電阻。
4)散熱裝置與熱源連接時，可涂抹導熱膠或導熱膏(又稱導熱硅脂、散熱膏和散熱硅脂)，其功用是克服金屬接觸面的微小縫隙,減少熱阻。
5)散熱裝置采用銅底，銅底可以鋁合金散熱器采用爆炸焊接方式獲得較優(yōu)連接。
SF6氣體的熱導率相當于空氣(純氮與空氣性質相近)的3/4，定壓比熱容相當于空氣的0.6倍,因此熱傳導能力比空氣差。但是實際氣體的傳遞過程主要是對流傳遞，即由于分子的流動，攜帶熱量轉移，SF6分子量大,比熱也是空氣的4倍,對流傳遞能力要優(yōu)于空氣。因而,在充氣壓力為1400mbar時,其總體導熱性能要優(yōu)于空氣(約為空氣的2~3倍)。
(2)熱對流是物體表面與相接觸的流體間有溫差時出現(xiàn)的傳熱現(xiàn)象。柜體表面、氣箱表面或熱源表面的自然對流散熱可用下式估算
說明:用于高海拔、高溫度環(huán)境時，對流散熱能力減弱,要保持相同的允許溫升,則需提高空氣流動率。
采取措施:
1)設計專用散熱裝置，一般采用具有較好熱傳導性能的金屬材料，增大散熱表面積，以增加熱傳導、熱對流和熱輻射效率。
3)風道效應。增加風道高度差,并盡量使吸氣口面積和排氣口面積相匹配。如絕緣簡立放。
4)附加氣箱散熱罩,提高散熱表面積。
5)強制風冷，但需注意應選用質量較好的品牌產(chǎn)品，以避免失效或停電更換。
6)功率損耗較高的元件置于開關柜的下部，以取得最佳的散熱效果。
7)設計采用散熱。
(3)熱輻射是物體以電磁波的形式傳遞能量的方式。熱輻射散熱可用下式估算
下表給出了金屬表面輻射系數(shù)8與太陽光的吸收率示例。
說明:
1)輻射與吸收均與輻射波長有光。
2)溫度不同的物體波長不同。
3) 115℃以下電器導體輻射波均為可視光波波長的紅外線，輻射系數(shù)與涂敷材料的顏色無關。
4)太陽的表面溫度近6000 K，輻射波長短,涂敷材料顏色不同，太陽光吸收率差別較大。
5)金屬雖具有較好的熱傳導性能，但其表面較光
亮時,輻射系數(shù)較低,常需涂敷或陽極處理以增加描射系數(shù)。
6)同一充氣柜的熱輻射散熱效果會隨周圍環(huán)境溫度的升高而減弱,海拔不會影響輻射散熱
效果。
7)輻射系數(shù)高的物體，處于較高溫度時則為良好的輻射散熱體，處于較低溫度時則為良好的輻射吸熱體。
采取措施:
1)導體表面及氣箱外表面涂敷散熱降溫涂料:金屬散熱裝置雖然具很好的熱導性,但輻射系數(shù)低,采用散熱涂料，則可提高熱輻射系數(shù)，從而達到降溫的目的，可涂于銅排表面或氣箱外壁。
2)散熱器表面進行陽極處理。
3)絕緣筒環(huán)氧樹脂外殼加工成深褐色。
2總結
充氣柜在我國已經(jīng)有多年的發(fā)展過程,大量的試驗及運行記錄積累了許多重要資料。我公司通過不斷的摸索，采取相應措施,有針對性對充氣柜的結構設計、制作工藝進行不斷的改進,減少系統(tǒng)損耗,降低系統(tǒng)發(fā)熱量,增強箱體的散熱能力，在自然散熱的條件下,完全能夠實現(xiàn)解決溫升問題。
