大电流母线桥的温升解决方案
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2024年05月14日 14:15:30
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巴西石油公司海上平台项目需要连接两段面对面布置开关柜的 4000A 母线桥,项目要求的技术参数为:额定电压 17.5kV 、额定工频耐受电压 38kV 、额定雷电冲击耐受电压 95kV 、额定电流 4000A 、额定频率 60Hz 、防护等级 IP42 、内部电弧故障等级 50kA 1s 。 针对该项目要求,工程师设计了三种方案,方案布置示意图见图


巴西石油公司海上平台项目需要连接两段面对面布置开关柜的 4000A 母线桥,项目要求的技术参数为:额定电压 17.5kV 、额定工频耐受电压 38kV 、额定雷电冲击耐受电压 95kV 、额定电流 4000A 、额定频率 60Hz 、防护等级 IP42 、内部电弧故障等级 50kA 1s

针对该项目要求,工程师设计了三种方案,方案布置示意图见图 2 ,并进行了试验验证。

方案一:为满足参数要求,采用和开关柜主母线一致的 3 120 × 10mm 母线水平安装(开关柜顶部配有强制冷却风机),母线桥壳体采用不锈钢材质以减少涡流损耗,为满足 IP42 防护等级要求,母线桥壳体没有通风孔,仅在箱体顶部留有压力释放板。

方案二:增加母线数量从 3 120 × 10mm 改为 4 120 × 10mm ,其它结构和方案一致。

方案三:母线采用 4 120 × 10mm 母线,母线竖直安装, B 相母线与 A/C 相高度方向上错开,且 4 根母线两两一组,中间留有一定的距离。母线桥壳体在侧部、顶部增加通风孔,采用防水设计,以满足 IP42 要求,保证雨水不能进入母线桥;同时采用快速闭合式盖板,保证在内部电弧故障发生时,电弧仅从泄压板释放,而不会从通风孔处冲出,避免对人身及财物造成损伤。

 

方案一、二布置 方案三布置

2 方案布置示意图

根据标准对三种方案进行了温升试验, B 相温升的试验结果见图 3 。方案一温升试验结果最高点为 B 相母线中间的搭接处,温升 87.9K ,超标准 12.9K ;方案二试验结果, A/C 相温升明显降低,和 B 相点 1 相似,有 10K 的降幅,而 B 相最高点降幅非常小,仅有 1,1K ;方案三试验结果, A/C 相与方案二结果有 1 2K 的降幅,而 B 相则有大幅度降低,与方案二比较有 34K 的降幅,说明方案三的改进非常有效。

 

3 母线桥试验 B 相温升结果图

方案三 B 相温升大幅降低的原因分析:

1 )首先母线垂直布置后,散热效果明显。而 B 相相对于 A/C 相高度错位提升,从相互间的辐射、对流影响看 B 相散热量提高,从交流电邻近效应影响看 B 相发热量都明显降低。 B 相母线两两一组之间留有 60mm 间隙,方案 2 相对于方案 1 提升了载流能力,降低了交流电阻,减少了发热。不同形状导体的载流系数见表 3

2 )最主要的是壳体增加了通风孔,通风后对流增大,冷空气可以从侧部进入,从顶部通风孔将热量散出,根据 IEC60890 标准计算,母线桥壳体的柜体系数从 0.08 降低到 0.06 ,由于母线发热功率减少,方案三相对于方案二,壳体内部空气温升由 42K 降低到 24K ,和母线温升是一致的。

3   不同形状导体的载流系数  


1

2

3

4

5

6

7

8

载流量 相对系数      

1

1.18

1.25

1.28

1.5

1.54

1.57

1.71

交直流电阻相对系数 Kf

1.75

1.25

1.05

1.1

1.08

1.15

1.3

1

  


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