基于KYN28—12型中置式鎧裝配電柜提高散熱能力的研究

俞冬平+盛鋒

摘 要：近年來，隨著企業用電負荷的不斷增加，中壓輸配電設備朝著大容量、大電流的方向發展，配電柜因為過熱而發生故障的情況日益凸顯。以額定電流為4 000 A的KYN28-12型中置式鎧裝配電柜的結構為例，通過增加配電柜的散熱面積，提高其散熱效率、輻射系數，對易發熱部件施行有針對性的散熱等措施，從而改善配電柜的散熱條件。

關鍵詞：配電柜；散熱；靜觸頭；電泳漆

中圖分類號：TM643 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）17-0109-02

KYN28-12型中置式鎧裝配電柜是額定電壓為12 kV、頻率為50 Hz的開關設備。該型號的配電柜外形整齊、美觀，殼體機械強度高、體積小，柜內元器件檢修方便，“五防”簡單、可靠，并且其配置的手車互換性好，所以，被廣泛應用于發電廠、變電站、工礦企業和高層建筑的12 kV配電系統中，作為接收和分配電能的單母線、單母線分段系統的戶內開關設備使用。

隨著大容量設備的投入和運行，配電柜過熱故障不斷顯現，KYN28-12型中置式鎧裝配電柜的柜體具有所有隔室獨立封閉的結構特點，因此，過熱問題成為了它朝著大容量方向發展的主要制約因素。

1 改善配電柜散熱能力的措施

配電柜的散熱能力主要受散熱面積、散熱效率、輻射系數和易發熱部件的影響，筆者主要從以下幾方面分析。

1.1 增加柜體散熱面積和通風口面積

要增加熱對流和熱輻射的散熱功率，就必須增加配電柜的散熱面積。由于配電柜的兩側排列著其他柜，所以，計算配電柜散熱面積時，兩側的面積總是被忽略，大家認為僅僅只有前面、后面和柜頂散熱。根據配電柜的結構特點可知，增加這3個面的面積幾乎是不可能的，因此，增加散熱面積只能從兩側考慮。如何把不能散熱的兩側改進成可以散熱的是解決該問題的關鍵。

圖1 利用兩側散熱的柜體結構圖

圖1是可以利用兩側散熱的柜體結構圖。當大電流的配電柜和其他柜并列安裝時，在左、右兩側與其他柜之間各空200 mm的間距，考慮到空隙處前面和后面的安全和美觀，可以安裝封板，頂面不封，讓空氣可以流通，這樣，配電柜兩側的空氣就可以對流散熱。此改進方案增加了配電柜兩側的散熱面積。

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增大通風口面積有利于配電柜的散熱。在計算配電柜的散熱面積時，實測配電柜吸氣口、排氣口的開孔面積為0.05 m2。根據配電柜現有的門板面積可知，吸氣口的開孔面積可以增加至0.08 m2，而排氣口已經不能增加開孔面積了。因此，該型號的配電柜可以通過增加通風口的面積來增大散熱功率，但是效果并不明顯。

1.2 強制風冷和柜內風道設計

在相同的散熱面積下，強制對流散熱效果可以達到自然散熱效果的3～8倍，所以，在開關柜中采用強制風冷是降低溫升的有效手段。

利用計算好的配電柜內散熱功率和發熱功率可以計算出強制風冷的送風量。根據送風量的要求，后柜選用2只風量為330 m3/h的 150FZY2-D軸流風機；軸流風機安裝在后上蓋板，母線室選2只150FZY2-D軸流風機安裝在蓋板的左、右兩側；氣道上方選用2只150FZY2-D軸流風機安裝在蓋板前面；前柜選用1只風量為2 250 m3/h的GFD850-155橫流風機，橫流風機安裝在斷路器室底部，出風口直接對準斷路器框架。

真空斷路器梅花觸頭的熱量是通過觸臂傳導到框架內散熱的，而斷路器內部電阻產生的熱量是通過動接頭傳到底盤小車上的，由此可以判斷，前柜散熱主要針對的是斷路器和絕緣盒散熱。當斷路器處于工作位置時，隔弧板、斷路器與中隔板形成風道，并在橫流風機上部設計1個小室，將斷路器下方的隔板縮短至小室口。此設計方案可以使軸流風機的風量流于風道內。在氣道上部安裝3個軸流風機，配電柜的前下門開網孔，就形成了圖2中a路徑的氣流，氣流a是針對真空斷路器和觸頭盒散熱的。

圖2 改進后的配電柜形成風道示意圖

*[基金項目]江蘇省高校自然科學資金項目（編號：14KJB460028）

因為所有的母排都集中在后柜，所以，后柜的散熱條件也必須優化。在后柜下部開網孔，并且在后上覆板和母線室頂上加裝軸流風機，在母線室后的隔板上開網孔，從而形成圖2中的氣流b和氣流c。氣流b和氣流c是針對主母排散熱的，它們在金屬中傳導的散熱效率是最高的，所以，快速冷卻主母排，使觸頭盒內的熱量可以通過母排更快地散熱。

風道設計對柜體散熱具有非常明顯的效果，這與它獨有的特點是分不開的，具體表現為以下三點：①合理地控制氣流，使其按預定的路徑通行，并將氣流合理地分配到各單元和組件，提高元件的散熱效率，更好地改善各元件的散熱條件；②降低冷空氣的輸送阻力，避免被大型元件阻塞，造成風量損耗；③在柜內也可以考慮安裝專用熱交換器（柜用空調），它的散熱效果非常好，但是成本高，體積較大，不易安裝。

1.3 靜觸頭改進設計

由于觸頭盒內發熱量高，散熱困難，所以，它是最容易達到或超過溫升規定的位置。為了減小接觸電阻、增大散熱功率，必須優化靜觸頭結構，因為優化靜觸頭結構相比于其他方法見效更快、更經濟。

圖3是靜觸頭改進前的結構，它是由兩部分組成的，主體部分由銅管加工而成，中間用銅螺母固定，這種結構的主要特點就是用料省，節約成本。但是，由于底部和母線的可視接觸面積很小，只有銅管的截面部分，并且為了使銅管截面與母線的接觸是可靠的，銅螺母必須縮于截面內部，所以，當螺栓擰緊時，銅螺母的表面并不與母線接觸，這就會使靜觸頭發生輕微的變形，從而影響底部和母線的接觸面積。

圖4是靜觸頭改進后的結構，它是由銅棒加工而成的整體式結構。因為采用了整體式結構，所以，底部和母線的可視接觸面積增加，減小了接觸電阻。同時，底部采用槽型結構，增加了靜觸頭的散熱面積，提高了散熱效率。在靜觸頭的上、下部各開3個直徑為7 mm的小孔是為了將聚集在靜觸頭內部的熱空氣通過小孔對流更快地散發。試驗證明，因為靜觸頭內部對流條件差，聚集在其內部的熱空氣溫度非常高，所以，在靜接觸頭的上、下部各開3個小孔，不僅可以提高靜觸頭的散熱效率，還不影響靜觸頭的強度。改進后的靜觸頭因為是整體式結構、采用銅棒加工的，用料比圖3所示的靜觸頭多，因此，成本也相應提高了。但是，如果先用銅胚鍛成圖4所示的靜觸頭粗毛胚，然后再進行精加工，這樣既可減少成本，還可以提高散熱效率。

圖3 靜觸頭改進前示意圖 圖4 靜觸頭改進后示意圖

1.4 靠近熱源處材料涂覆黑色電泳漆

在配電柜殼體內靠近熱源處的側板和隔板上涂覆黑色電泳漆，

可以提高其散熱效率。涂料的輻射系數和太陽光吸收率見表1.

表1是涂料的輻射系數和太陽光吸收率。從表中可知，當板材上涂厚0.24 mm的黑色電泳漆時，輻射系數ε由原來的0.018～0.072提高到0.48，因此，涂覆黑色電泳漆對散熱有很大的影響。

表1 涂料的輻射系數和太陽光吸收率

表面狀況 輻射系數ε 太陽光吸收率

無涂覆，有光澤 0.018～0.072 0.1

凃厚0.24 mm的黑漆 0.48 0.96

凃厚1 mm的白色涂料 0.94 0.15

凃厚1 mm的黑色涂料 0.94 0.97

有的觀點認為，溫度在115 ℃以下電氣導體的輻射波為不可視紅外線，因此，輻射系數與涂料顏色無關，主要與涂料的厚度有關。假如把涂覆厚度增加到1 mm，那么，無論涂料是什么顏色，它的輻射系數ε都為0.94，比涂厚0.24 mm黑色電泳漆的輻射系數高將近1倍。但是，由于1 mm厚度的加工過程過于復雜，無法有效控制材料、烘干程度、涂覆次數等，并且還容易剝裂，因此，在實際操作中這種做法是不可行的。

圖5是在靠近熱源處要涂覆黑色電泳漆的幾處位置，即互感器安裝板、安裝觸頭盒的中間隔板、母線室與電纜室隔板。這些位置因為靠近熱源，所以，通過輻射吸收后直接傳導到柜體散熱。因為用戶為了整齊、美觀，配電柜的門一般都會要求制成統一的顏色，因此，無法涂覆黑色電泳漆。

圖5 材料發黑處理的位置

2 結束語

通過增加配電柜的散熱面積、增加軸流風機實現強制風冷、合理布置柜內風道和風機的位置、在靠近熱源處的材料上涂覆黑色電泳漆、對易發熱的部件施行有針對性的散熱措施等可以有效地改善配電柜的散熱能力。經過企業技術部門的檢驗，改進后的配電柜散熱能力在一定程度上得到了提高。

參考文獻

[1]梁樹林.瀝青路面微波養護車加熱裝置風冷散熱研究[D].西安：長安大學，2012.

[2]彭貴清.淺談高壓開關設備的溫升及制造技術[J].電工技術雜志，2004（07）.

[3]黃恒禧.應用高壓開關柜溫升的簡易算法及降低相應發熱的技術措施[J].福建建筑，2008（03）.

[4]盛鋒.基于KYN28-12型中置式鎧裝配電柜的減小發熱功率控制研究[J].輕工科技，2014（08）.

〔編輯：白潔〕

Improve the Cooling Capacity in the Home-based KYN28-12 Type Assembly Cabinet Armor Research

Yu Dongping， Sheng Feng

Abstract： In recent years， with the increasing business electricity load， medium voltage transmission and distribution equipment in the direction of large-capacity， high current development situation distribution cabinet because of overheating and failure become increasingly prominent. Rated current of 4 000 A KYN28-12 type of armor in the home-assembled cabinet structure， for example， by increasing the distribution cabinet cooling area， improve its thermal efficiency， radiation coefficient， easy implementation of targeted heat-generating components cooling and other measures to improve heat dissipation distribution cabinet.

Key words： distribution cabinet； cooling； static contact； electrophoretic paint

圖3 靜觸頭改進前示意圖 圖4 靜觸頭改進后示意圖

1.4 靠近熱源處材料涂覆黑色電泳漆

在配電柜殼體內靠近熱源處的側板和隔板上涂覆黑色電泳漆，

可以提高其散熱效率。涂料的輻射系數和太陽光吸收率見表1.

表1是涂料的輻射系數和太陽光吸收率。從表中可知，當板材上涂厚0.24 mm的黑色電泳漆時，輻射系數ε由原來的0.018～0.072提高到0.48，因此，涂覆黑色電泳漆對散熱有很大的影響。

表1 涂料的輻射系數和太陽光吸收率

表面狀況 輻射系數ε 太陽光吸收率

無涂覆，有光澤 0.018～0.072 0.1

凃厚0.24 mm的黑漆 0.48 0.96

凃厚1 mm的白色涂料 0.94 0.15

凃厚1 mm的黑色涂料 0.94 0.97

有的觀點認為，溫度在115 ℃以下電氣導體的輻射波為不可視紅外線，因此，輻射系數與涂料顏色無關，主要與涂料的厚度有關。假如把涂覆厚度增加到1 mm，那么，無論涂料是什么顏色，它的輻射系數ε都為0.94，比涂厚0.24 mm黑色電泳漆的輻射系數高將近1倍。但是，由于1 mm厚度的加工過程過于復雜，無法有效控制材料、烘干程度、涂覆次數等，并且還容易剝裂，因此，在實際操作中這種做法是不可行的。

圖5是在靠近熱源處要涂覆黑色電泳漆的幾處位置，即互感器安裝板、安裝觸頭盒的中間隔板、母線室與電纜室隔板。這些位置因為靠近熱源，所以，通過輻射吸收后直接傳導到柜體散熱。因為用戶為了整齊、美觀，配電柜的門一般都會要求制成統一的顏色，因此，無法涂覆黑色電泳漆。

圖5 材料發黑處理的位置

2 結束語

通過增加配電柜的散熱面積、增加軸流風機實現強制風冷、合理布置柜內風道和風機的位置、在靠近熱源處的材料上涂覆黑色電泳漆、對易發熱的部件施行有針對性的散熱措施等可以有效地改善配電柜的散熱能力。經過企業技術部門的檢驗，改進后的配電柜散熱能力在一定程度上得到了提高。

參考文獻

[1]梁樹林.瀝青路面微波養護車加熱裝置風冷散熱研究[D].西安：長安大學，2012.

[2]彭貴清.淺談高壓開關設備的溫升及制造技術[J].電工技術雜志，2004（07）.

[3]黃恒禧.應用高壓開關柜溫升的簡易算法及降低相應發熱的技術措施[J].福建建筑，2008（03）.

[4]盛鋒.基于KYN28-12型中置式鎧裝配電柜的減小發熱功率控制研究[J].輕工科技，2014（08）.

〔編輯：白潔〕

Improve the Cooling Capacity in the Home-based KYN28-12 Type Assembly Cabinet Armor Research

Yu Dongping， Sheng Feng

Abstract： In recent years， with the increasing business electricity load， medium voltage transmission and distribution equipment in the direction of large-capacity， high current development situation distribution cabinet because of overheating and failure become increasingly prominent. Rated current of 4 000 A KYN28-12 type of armor in the home-assembled cabinet structure， for example， by increasing the distribution cabinet cooling area， improve its thermal efficiency， radiation coefficient， easy implementation of targeted heat-generating components cooling and other measures to improve heat dissipation distribution cabinet.

Key words： distribution cabinet； cooling； static contact； electrophoretic paint

圖3 靜觸頭改進前示意圖 圖4 靜觸頭改進后示意圖

1.4 靠近熱源處材料涂覆黑色電泳漆

在配電柜殼體內靠近熱源處的側板和隔板上涂覆黑色電泳漆，

可以提高其散熱效率。涂料的輻射系數和太陽光吸收率見表1.

表1是涂料的輻射系數和太陽光吸收率。從表中可知，當板材上涂厚0.24 mm的黑色電泳漆時，輻射系數ε由原來的0.018～0.072提高到0.48，因此，涂覆黑色電泳漆對散熱有很大的影響。

表1 涂料的輻射系數和太陽光吸收率

表面狀況 輻射系數ε 太陽光吸收率

無涂覆，有光澤 0.018～0.072 0.1

凃厚0.24 mm的黑漆 0.48 0.96

凃厚1 mm的白色涂料 0.94 0.15

凃厚1 mm的黑色涂料 0.94 0.97

有的觀點認為，溫度在115 ℃以下電氣導體的輻射波為不可視紅外線，因此，輻射系數與涂料顏色無關，主要與涂料的厚度有關。假如把涂覆厚度增加到1 mm，那么，無論涂料是什么顏色，它的輻射系數ε都為0.94，比涂厚0.24 mm黑色電泳漆的輻射系數高將近1倍。但是，由于1 mm厚度的加工過程過于復雜，無法有效控制材料、烘干程度、涂覆次數等，并且還容易剝裂，因此，在實際操作中這種做法是不可行的。

圖5是在靠近熱源處要涂覆黑色電泳漆的幾處位置，即互感器安裝板、安裝觸頭盒的中間隔板、母線室與電纜室隔板。這些位置因為靠近熱源，所以，通過輻射吸收后直接傳導到柜體散熱。因為用戶為了整齊、美觀，配電柜的門一般都會要求制成統一的顏色，因此，無法涂覆黑色電泳漆。

圖5 材料發黑處理的位置

2 結束語

通過增加配電柜的散熱面積、增加軸流風機實現強制風冷、合理布置柜內風道和風機的位置、在靠近熱源處的材料上涂覆黑色電泳漆、對易發熱的部件施行有針對性的散熱措施等可以有效地改善配電柜的散熱能力。經過企業技術部門的檢驗，改進后的配電柜散熱能力在一定程度上得到了提高。

參考文獻

[1]梁樹林.瀝青路面微波養護車加熱裝置風冷散熱研究[D].西安：長安大學，2012.

[2]彭貴清.淺談高壓開關設備的溫升及制造技術[J].電工技術雜志，2004（07）.

[3]黃恒禧.應用高壓開關柜溫升的簡易算法及降低相應發熱的技術措施[J].福建建筑，2008（03）.

[4]盛鋒.基于KYN28-12型中置式鎧裝配電柜的減小發熱功率控制研究[J].輕工科技，2014（08）.

〔編輯：白潔〕

Improve the Cooling Capacity in the Home-based KYN28-12 Type Assembly Cabinet Armor Research

Yu Dongping， Sheng Feng

Abstract： In recent years， with the increasing business electricity load， medium voltage transmission and distribution equipment in the direction of large-capacity， high current development situation distribution cabinet because of overheating and failure become increasingly prominent. Rated current of 4 000 A KYN28-12 type of armor in the home-assembled cabinet structure， for example， by increasing the distribution cabinet cooling area， improve its thermal efficiency， radiation coefficient， easy implementation of targeted heat-generating components cooling and other measures to improve heat dissipation distribution cabinet.

Key words： distribution cabinet； cooling； static contact； electrophoretic paint