Zusammenfassung der Berechnungsformeln für die Beheizung elektrischer Geräte

I. Heizleistung von Hoch- und Niederspannungsschaltanlagen/-tafeln

Die Wärmeableitung von Hochspannungsschalttafeln kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

Q=(​I_g/I_e​​)²q_e​(kW)

I_g​: Betriebsstrom des Hochspannungsschalters (A)

I_e​: Nennstrom des Hoch-spannungsschalters (A)

q_e​: Wärmeableitung des Hochspannungsschalters bei Nennstrom

Hochspannungsschaltanlagen werden in Einspeiseschaltanlagen und Einspeiseschaltanlagen unterteilt. Im Allgemeinen ist die Wärmeentwicklung von Einspeiseschaltanlagen größer als die von Einspeiseschaltanlagen

Die Wärmeableitung von Niederspannungsschalttafeln kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

Q=e×∑P(kW)

e: Auslastungsfaktor des Panels

x: Tatsächlicher Verlustfaktor des Panels

∑P: Summe der Leistungsverluste aller elektrischen Komponenten im Niederspannungspanel (kW)

● Aufgrund unterschiedlicher Zwecke und Betriebsströme verschiedener Schalttafeln im Kraftwerk gilt im Allgemeinen: Je größer der Betriebsstrom, desto größer ist die Wärmeentwicklung der elektrischen Komponenten im Schaltfeld. Bei zentral angeordneten Verteilerfeldern empfiehlt es sich, genauere Daten zur Wärmeerzeugung beim Gerätehersteller einzuholen.

● Insbesondere bei wichtigen Verteilertafeln werden im Inneren Elektroheizungen installiert, um elektrische Komponenten zu schützen, übermäßige Feuchtigkeit zu verhindern und die Isolationsleistung zu verringern. Die Leistung jedes Panels beträgt im Allgemeinen etwa 0,3 bis 0,5 kW, was in zentral angeordneten Relaisschutzräumen berücksichtigt werden sollte.

 

II. Wärmeerzeugung durch Transformatoren

Die Wärmeableitung von Transformatoren bezieht sich hauptsächlich auf den Energieverlust im Inneren des Transformators, der aus zwei Teilen besteht: Kupferverlust (Widerstandsverlust) und Eisenverlust (magnetischer Verlust). Der Kupferverlust variiert mit der Belastung, während der Eisenverlust unabhängig von der Belastung ist und als Konstante betrachtet werden kann. Typischerweise wird der Kupferverlust bei Nennlast als Kurzschlussverlust und der Eisenverlust bei Nennspannung als Leerlaufverlust definiert.

Die Verluste von selbst-gekühlten, luft-gekühlten und trockenen-Transformatoren werden alle an die Umgebungsluft abgegeben. Im Gegensatz dazu werden bei wassergekühlten Transformatoren die meisten Verluste durch das Wasserkühlsystem abgeführt, während ein kleiner Teil an die Luft abgegeben wird, da die Öltemperatur höher als die Umgebungslufttemperatur ist.

Im Allgemeinen sind in geschlossenen Fabriken, unterirdischen Kraftwerken und Pumpspeicherkraftwerken die in den Fabrikgebäuden oder im Untergrund angeordneten Haupttransformatoren meist wassergekühlt. Andere Transformatoren im Kraftwerk, wie z. B. Betriebstransformatoren, Beleuchtungstransformatoren, Nottransformatoren und Erregertransformatoren, verwenden jedoch meist luftgekühlte oder trockene Transformatoren-.

Die Wärmeableitung luft-gekühlter Transformatoren kann einfach mit der folgenden Formel berechnet werden:

Q=P_k​+P_d​(kW)

P_k​ - Kein-Lastverlust des Transformators (kW)

Die Wärmeableitung wasser-gekühlter Transformatoren kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

Q=5.5×(t_y​−t_n​)1.25A×10⁻³(kW)

Wo:t_y​- Durchschnittliche Öltemperatur des Transformatorkessels (im Allgemeinen zwischen 65 und 70 Grad)

t_n​ - Umgebungsinnentemperatur (Grad)

 

III. Wärmeentwicklung von Stromschienen und Kabeln

In Kraftwerken erfolgt die Verbindung zwischen Generatoren und Transformatoren meist über selbstgekühlte geschlossene Stromschienen. Die Wärmeerzeugung von Sammelschienen besteht aus zwei Teilen: der Wärmeerzeugung durch den Leistungsverlust der Sammelschiene und der induzierten Wärmeableitung aus dem Gehäuse.

Da beide Enden der Hauptsammelschiene mit der Generator- bzw. Transformatorausrüstung verbunden sind, ist die Luft zwischen der Sammelschiene und dem Gehäuse tatsächlich eingeschlossen. Das Gehäuse dient als Schutz und elektromagnetische Abschirmung, um die Auswirkungen des elektromagnetischen Feldes der Sammelschiene auf umliegende elektrische Geräte und die Umgebung zu reduzieren, ohne die Wärmeableitung der Sammelschiene zu beeinträchtigen. Die durch den Leistungsverlust der Sammelschiene entstehende Wärme wird an die Luft zwischen der Sammelschiene und dem Gehäuse und dann über das Gehäusegehäuse an die Umgebung übertragen. Die induzierte Wärmeabgabe aus dem Gehäuse wird direkt an die Umgebung abgegeben.

Die durch den Leistungsverlust der Sammelschiene verursachte Wärmeableitung kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

q_s​=3×I²RΣ​φ_s​L×10⁻³(kW)

I: Betriebsstrom der Sammelschiene (A)

RΣ​: Äquivalenter Widerstand pro Längeneinheit der Sammelschiene (Ω/m)

φ_s​: Proportionaler Koeffizient der an die Umgebung abgegebenen Verlustleistung

L: Länge der Sammelschiene (m)

Die induzierte Wärmeableitung des Sammelschienengehäuses kann nach folgender Formel berechnet werden:

q_k​=3×I²R_k​φ_k​L×10⁻³(kW)

I: Phasenstrom der Sammelschiene (A)

R_Z​: Gleichstromwiderstand der Sammelschiene bei Betriebstemperatur (Ω/m)

R_k​: Gleichstromwiderstand des Sammelschienengehäuses bei Betriebstemperatur (Ω/m)

φ_s​: Skineffektkoeffizient der Sammelschiene

φ_k​: Skin-Effekt-Koeffizient des Sammelschienengehäuses

L: Länge der Sammelschiene (m)

 

IV. Wärmeerzeugung von Reaktoren

Drosseln werden in Stromverteilungsgeräten mit großer{0}Kapazität eingesetzt, um Kurzschlussströme zu begrenzen, und können auch als Filterdrosseln in Gleichrichtergeräten verwendet werden.

Die Wärmeabgabe eines Reaktors lässt sich nach folgender Formel berechnen:

Q=η₁​η₂​P(kW)>Wo:

η₁​: Auslastungsfaktor des Reaktors, allgemein angenommen als0.95

η₂​: Belastungsfaktor des Reaktors, im Allgemeinen angenommen als0.75

P: Verlustleistung des Reaktors bei Nennleistung (kW), bestimmt durch Nennstrom, Nennreaktanz und Modell

Reaktoren bestehen aus Wicklungen mit großer Wärmekapazität und Wärmeerzeugung, und es dauert eine gewisse Zeit, bis eine stabile Wärmeerzeugung erreicht ist. Bei kontinuierlich betriebenen Reaktoren ist die Wärmeerzeugung stabil; Bei intermittierend betriebenen Reaktoren sollte die Wärmeentwicklung anhand der Betriebszeit und der Wärmeentwicklungskennlinie des Reaktors ermittelt werden.

 

V. Wärmeerzeugung von Generatorsätzen

Die Wärmeableitung von Stromaggregaten beruht hauptsächlich auf zwei Aspekten: Zum einen auf der Wärmeübertragung durch die Abdeckplatte und die Gehäusestruktur und zum anderen auf der Wärme, die durch den Austritt der kühlenden Umluft des Stromaggregats entsteht.

Große und mittlere-Generatorsätze verwenden normalerweise einen Selbstzirkulationskühlmodus mit geschlossener Luft-: Der Verlust der Generatorwicklung wird auf die Kühlluft übertragen, und dann wird die Wärme der Luft vom Kühlwasser über den Wasserkühler des Satzes abgeführt. Den gemessenen Daten zufolge überschreitet die Temperatur der aus dem Stator austretenden Luft im Allgemeinen nicht 65 Grad, während die Temperatur der in den Rotor eintretenden Luft im Allgemeinen nicht weniger als 5 Grad beträgt.

Die Wärmeableitung des Generatorgehäuses kann nach folgender Formel berechnet werden:

q_k​=KA(t_g​−t_n​)(W)

K: Wärmedurchgangskoeffizient des Generatorgehäuses (W/(m²·Grad))

A: Fläche des Generatorgehäuses (m²)

t_g​: Durchschnittliche Temperatur der kühlenden Umluft des Generators (Grad)

t_n​: Innentemperatur (Grad)

 

Wärmeableitung durch Generatorluftleckage

Die durch Generatorluftleckagen verursachte Wärmeableitung kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

q_f​= vc (t_f​−t_n​)

: Leckagekoeffizient (0,3 % für Stahlabdeckplatten)

v: Kühlluftumwälzvolumen (m³/h)

c: Spezifische Wärmekapazität der Luft (W/(kg·Grad))

: Luftdichte (1,2 kg/m³)

t_f​: Lecklufttemperatur (Grad)

t_n​: Innentemperatur (Grad)

Kernbemerkung: Die Berechnung des Luftleckwärmeverlusts hängt weitgehend von der abKühlluftvolumen (v). Aufgrund unterschiedlicher Designstandards zwischen inländischen und internationalen Herstellern kann das angegebene Luftvolumen erheblich variieren (z. B. 200 m³/h gegenüber . 120 m³/h für eine 300-MW-Einheit). Für genaue Ergebnisse wird empfohlen, die offiziellen Kühlluftvolumenparameter vom Generatorhersteller zu erhalten, anstatt sich ausschließlich auf manuelle Berechnungen zu verlassen.

 

VI. Wärmeerzeugung des statischen SFC-Frequenzumrichter-Startgeräts

SFC (Static Frequency Converter) ist ein Startgerät mit statischer Frequenzumwandlung, das hauptsächlich zum Starten von Pumpspeicherkraftwerken unter Pumpbedingungen verwendet wird. Es besteht aus Eingangsdrosseln, Ausgangsdrosseln, Filtern, Schaltschränken und Gleichstromdrosseln.

Für ein Pumpspeicherkraftwerk mit einer Einzelleistung von 300 MW sind die Kapazitäten jeder Komponente im SFC-Gerät eines ausländischen Herstellers wie folgt:

SFC-Gerätekapazität

NEIN.	Gerätename	Laufen (kW)	Standby (kW)
1	Eingangsreaktor	27	3
2	Ausgangsreaktor	63	0
3	Filter	83	28
4	Energieschrank	15	6
5	Gleichstromreaktor	200	0
6	Gesamt	388	37

 

Wie wir sehen können, beträgt die Wärmeerzeugung des SFC-Geräts bei Volllast gerechnet 388 kW. Laut der tatsächlichen Betriebsanalyse und Statistik einiger in Betrieb befindlicher Pumpspeicherkraftwerke dauert der Start einer Einheit (vom statischen Ziehen bis zum Netzanschluss) nur 240 Sekunden, und die Startzeit für sechs Einheiten beträgt etwa 25 Minuten.

Basierend auf der Betriebskennlinie des SFC-Geräts des ausländischen Herstellers:

Eingangsdrosseln, Ausgangsdrosseln und DC-Reaktoren reichen20%ihrer Nennwärmeerzeugung nach 25 Minuten Betrieb.

Filter und Schaltschränke reichen ca70%ihrer Nennwärmeerzeugung.

Nach dieser Berechnung beträgt die Wärmeentwicklung des SFC-Geräts ca126,6 kW, was ist32.6%der Nennwärmeerzeugung.

Die Wärmeentwicklung des SFC-Geräts hängt eng mit seiner Kapazität und Betriebszeit zusammen. Um die Wärmeentwicklung der Geräte genauer zu bestimmen, ist es erforderlich, die Betriebskennlinie der Geräte beim jeweiligen Hersteller anzufordern und diese dann anhand der Gerätekapazität und Betriebszeit zu berechnen.

 

VII. Wärmeerzeugung von Beleuchtungsgeräten

Bei großen und mittelgroßen Kraftwerken steigt die Beleuchtungsleistung tendenziell aufgrund des Bedarfs an Beleuchtung in der Architekturdekoration und Landschaftsgestaltung. Mit der Entwicklung der Beleuchtungsausrüstung hat sich die Beleuchtungsanwendung in Kraftwerken von Glühlampen und Leuchtstofflampen auf Lichtquellen mit hoher -Helligkeit wie Jod--Wolframlampen und Metallhalogenidlampen verlagert. Die Wärmeableitung von Beleuchtungsgeräten ist jedoch stabil: Solange Spannung und Leistung stabil sind, bleibt die Wärmeableitung unverändert.

 

Ein Teil der durch Beleuchtung verbrauchten elektrischen Energie wird direkt in Wärme umgewandelt, die durch Konvektion und Leitung an die Umgebung abgegeben wird. Lichtenergie strahlt in Form von Infrarotstrahlung nach außen, die nicht direkt von der Luft absorbiert werden kann, sondern durch die Luft gelangt, von umgebenden Objekten absorbiert und dann an die Luft übertragen wird. Der in Licht umgewandelte Teil wird ebenfalls zunächst auf umliegende Objekte projiziert, von diesen absorbiert und dann in Wärme umgewandelt, die dann durch Konvektion, Leitung oder Strahlung an die Luft und andere Objekte übertragen wird.

Die Wärmeentwicklung von Beleuchtungsgeräten wird wie folgt berechnet:

Q=n₁​N(kW)

n₁​: Stromverbrauchskoeffizient des Vorschaltgeräts, allgemein angenommen als1.2

N: Gesamte installierte Leistung der Beleuchtungsanlage (kW)