Потери мощности и теплоотдача
Чтобы дать необходимые указания по методам расчета потерь мощности и улучшить текущую пропускную способность выключателей внутри распределительного щита низкого напряжения, в первую очередь необходимо проанализировать сборку с термодинамической точки зрения.
Советы по вычислению потерь мощности внутри коммутатора низкого напряжения (фото кредит: ABB)
Коммутатор можно рассматривать как корпус, содержащий ряд элементов, генерирующих тепло и способный рассеивать тепло по направлению к внешней стороне.
Элементы, генерирующие тепло внутри оболочки, обмениваются теплом между ними (проводимость), с воздухом внутри распределительного щита (конвекция) и со стенками самого распределительного щита (излучение), как показано на рисунке 1 ниже.
Рисунок 1 - Элементы, генерирующие тепло внутри корпуса
В свою очередь, корпус обменивает тепло на внешнюю среду. Также этот теплообмен происходит посредством проводимости (через кабели, подключенные к сборке), конвекции и излучения, как показано на рисунке 2 ниже.
В корпусах со степенью защиты, не очень высокой или с вентиляционными отверстиями, часть тепла обменивается через настоящую циркуляцию воздуха между сборкой и внешней средой.
Рисунок 2 - Теплообмен в корпусе
Все эти явления циркуляции и обмена внутреннего и наружного воздуха вместе со структурой корпуса влияют на температуру в каждой точке самого шкафа и каждого компонента, установленного внутри него.
В этой статье анализируются первые три основных элемента, которые способствуют формированию и влиянию температуры внутри распределительного щита и пытаются дать некоторую полезную информацию для их оптимизации с целью снижения температуры и, следовательно, снижения снижения токовой несущей способности автоматических выключателей, Этими элементами являются:
- Потери мощности внутри коммутатора (подробно объяснено ниже)
- Диссипация тепла, производимого внутри корпуса (будет объяснена во второй части)
- диссипация тепла, создаваемого терминалами (поясняется во второй части)
Потери мощности внутри коммутатора
Как известно, изменение температуры может быть вызвано потерей мощности из-за потока тока. Теперь необходимо подробно рассмотреть различные компоненты, которые составляют основные источники энергии и которые, следовательно, представляют собой источники тепла внутри распределительного щита, вместе с мерами, которые необходимо принять, чтобы уменьшить потери мощности и ограничить ее последствия.
Этими элементами являются:
- Внутренняя структура
- Типология установленного автоматического выключателя
- Площадь поперечного сечения внутренних проводников распределительного щита и
- Текущие пути
1. Внутренняя структура
Материал, используемый для реализации структуры и перегородок внутри распределительных щитов, часто является ферромагнитным и проводящим. Если структура системы такова, чтобы создать замкнутую конфигурацию, охватывающую проводники, индуцируются потери Джоульского эффекта из-за вихревых токов и гистерезисных потерь с последующим локальным нагревом, имеющим большое значение. Такое же явление возникает в каналах шины между корпусом и проводниками.
В качестве примера, иллюстрирующего влияние этого явления, в таблице 1 показано процентное значение, представляющее часть потерь, возникающих внутри корпуса, связанных с потерями мощности внутри проводящих стержней.
Таблица 1 - Процентное значение, представляющее часть потерь, возникающих внутри корпуса, связанных с потерями мощности внутри проводников
Исходя из этих данных, это приводит к тому, что увеличение номинального тока и, следовательно, количество параллельных шин на фазу и материал, используемый для разделения проводников, могут значительно влиять на нагрев.
Для правильной оценки потерь мощности необходимо учитывать также конфигурацию формы разделения.
Фактически, если ферромагнитное кольцо охватывает все три проводника трехфазной системы, как показано на рисунке 3 (или все четыре проводника в системе с нейтральным проводником), сумма токов должна приводить к нулевой индукции.
Напротив, если каждый проводник окружен одним кольцом (рис. 3а), то полная индукция не равна нулю, с последующей циркуляцией индуцированного тока, потери мощности и, следовательно, выработки тепла.
LEFT: Рисунок 3 - Ферромагнитное кольцо охватывает все три проводника трехфазной системы; ПРАВО: Рисунок 3a - Каждый проводник заключен в одно кольцо
Кроме того, механическое крепление проводников может стать причиной неудобства. Поэтому важно, чтобы образование закрытых колец предотвращалось введением изоляторов или анкерных зажимов из магнитного и / или изоляционного материала (см. Рис. 4).
Рисунок 4 - Механическое крепление проводников
2. Типология установленного автоматического выключателя
Автоматические выключатели являются компонентами распределительных щитов, которые не могут быть проигнорированы при расчете полной потери мощности.
Чтобы сделать эту оценку проще, если мы возьмем пример таблиц ABB, о которых сообщается ниже, и обратитесь к MCCBs - автоматические выключатели с литым корпусом их серий Tmax и воздушных выключателей типа Emax.
Поскольку мы не будем вдаваться в подробности этих таблиц (вы можете проверить это самостоятельно), потери мощности одного и того же выключателя различаются в зависимости как от его версии, так и от типа защитного релиза !
С учетом этих двух переменных можно заметить, что:
- Потери мощности выкатных выключателей выше, чем у фиксированных
- Потери мощности автоматических выключателей, оборудованных термомагнитными выбросами, выше, чем у автоматических выключателей с электронными выбросами.
ЗАКЛЮЧИТЬ // В тяжелых условиях с тепловой точки зрения целесообразно использовать автоматические выключатели в версии fxed и иметь электронные версии.
Разница между потерями мощности выключателя в трехполюсном исполнении по сравнению с четырехполюсным вариантом не рассматривается, поскольку в нормальной цепи ток, протекающий в нейтральном проводнике, считается нулевым.
3. Сечение проводников в распределительных щитах
В распределительных щитах первичного распределения потери мощности соединительных систем (шин или кабелей) обычно составляют от 20% до 40% от общей потери мощности коммутатора.
Ст. IEC / TR 60890 включает в себя ряд таблиц, которые приводят к потере мощности кабелей и шин в распределительных щитах на единицу длины, ссылаясь на текущую пропускную способность. Применяя эти таблицы (здесь, как указано в таблицах 3, 4 и 5), можно указать, как уменьшение потерь мощности соответствует увеличенному поперечному сечению.
Кроме того, важно отметить, что кабели, входящие в корпус, дают вклад, не несущественный для потери мощности, в то время как они часто не учитываются, поскольку они не являются «строго» частью коммутатора.
Вот пример, показывающий, как вклад соединительных кабелей является фундаментальным для правильной оценки полной потери мощности компонентов внутри коммутатора.
Таблица 2 - Рабочие токи и потери мощности изолированных проводников и проводников для вспомогательных цепей
Таблица 2 - Рабочие токи и потери мощности изолированных проводников и проводников для вспомогательных цепей
1) Желаемая договоренность с указанными значениями, относящимися к шести ядрам в многоядерном комплекте с одновременной нагрузкой 100%
2) одиночная длина
Таблица 3 - Рабочие токи и потери мощности оголенных проводников в вертикальном расположении без прямого подключения к устройству
Таблица 3 - Рабочие токи и потери мощности оголенных проводников в вертикальном расположении без прямого подключения к устройству
*) один проводник на фазу
**) два проводника на фазу
1) одиночная длина
Таблица 4 - Рабочие токи и потери мощности оголенных проводников, используемых в качестве соединений между устройством и основными сборными шинами
Таблица 4 - Рабочие токи и потери мощности оголенных проводников, используемых в качестве соединений между устройством и основными сборными шинами
*) один проводник на фазу
**) два проводника на фазу
1) одиночная длина
Вычисление общих потерь мощности внутри коммутатора
Этот пример имеет целью оценить в первом приближении - общие потери мощности внутри распределительного щита, на которых на рисунке 5 показано расположение компонентов, размеры, структура и соответствующая однопроводная схема.
Рисунок 5 - Расположение компонентов коммутатора
Компонентами, составляющими распределительный щит, являются автоматические выключатели, сборные шины и кабели. Потери мощности рассчитываются для каждого компонента, а затем определяются общие потери мощности.
Автоматические выключатели
Что касается автоматических выключателей, потери мощности могут быть определены на основе рассеянной мощности «Pn» при номинальном токе «В CB », относящемся к току, который действительно протекает через автоматический выключатель «Ib» - ток полной нагрузки схемы, Формула, связывающая эти три величины, такова:
P CB = Pn CB × (Ib / In CB) 2
Затем, согласно типу устройства, установленного внутри коммутатора, вклад в ток нагрузки в отношении потерь мощности отдельного автоматического выключателя и общей потери мощности сообщается в следующей таблице:
Таблица 5 - Общая потеря мощности автоматических выключателей (Вт)
Шинопроводы
Что касается основных шин, распределительных шин и соединительных выключателей и кабелей, то эффективные потери мощности могут быть определены из рассеиваемых мощностей при номинальном токе и на единицу длины, как показано в предыдущих таблицах 3 и 4.
Формула для связывания данных в таблице с характеристиками (током нагрузки и длиной) сборных шин, установленных в коммутаторе, выглядит следующим образом:
P SB = Pn SB (Ib / In SB) 2 × 3 × L SB
Поэтому в отношении типологии длина «L» и ток нагрузки сборных шин, установленных внутри коммутатора, вклад в отношении потерь мощности одиночной длины и общего потери мощности приведен в таблице 6 ниже:
Таблица 6 - Общая потеря мощности соединительных шин (Вт)
Кабели
Что касается кабелей, ссылаясь на таблицу 3 выше, то такой же метод, используемый для сборных шин, может быть применен, а соответствующие результаты представлены в таблице 7.
Таблица 7 - Общая потеря мощности соединительных шин (Вт)
Тогда полная мощность, рассеиваемая внутри распределительного щита, определяется суммой трех уже определенных выше вкладов, поэтому:
P TQ = 234 + 68 + 332 = 784 Вт
Важно отметить, что общие потери мощности будут равны 452 Вт, и поэтому расчетная температура будет намного ниже эффективной, если бы вклад кабеля (332 Вт) не был учтен.
4. Пути тока
Позиционирование устройства и проводников может привести к разным потерям мощности внутри распределительного щита. Хорошим правилом является положение выключателей, как показано на рисунке 5, так что пути самых высоких токов как можно короче.
Таким образом, вопреки тому, что происходит в типе установки, как на фиг. 5а, уменьшается рассеиваемая мощность внутри распределительного щита и достигаются неоспоримые преимущества с тепловой точки зрения.
LEFT: Рисунок 6 - Предлагаемое позиционирование: максимальный ток (500 A) протекает по кратчайшему пути; ПРАВО: НЕ предлагаемое позиционирование: максимальный ток (500 А) проходит через самый длинный путь
В случае распределительных щитов со многими колонками, когда это возможно, рекомендуется, чтобы главный автоматический выключатель был установлен в среднем столбце или, однако, в барицентрическом положении относительно распределения нагрузки, как показано на рисунке 6.
Таким образом, разделяя ток на две ветви системы сборных шин, замечательное сокращение потерь мощности получается с одинаковым поперечным сечением - по сравнению с конфигурацией, имеющей входящий фидер на обоих концах распределительного щита, как на рисунке 6а, что является решением, подразумевающим циркуляцию самых высоких токов.
LEFT: Рисунок 6 - Главный выключатель установлен в средней колонке; ПРАВО: разделение тока на две ветви системы сборных шин
Ссылка // Автоматические выключатели ABB внутри распределительных щитов LV - Техническая документация