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。

xx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100～200mm，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，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，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：

xx风道和xx风道。

3.3.1xx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。

3.3.2xx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。