2.3 判断低压开关柜是否满足温升要求的方法

低压开关柜的温升既是型式试验的一项重要指标，又是低压开关柜运行时的重要技术参数。低压开关柜的温升与很多因素有关，例如低压开关柜主母线的运行电流，开关柜内元器件的种类、品质和安装密度，低压开关柜的IP防护等级和散热能力、海拔高度等等。当低压开关柜安装处海拔低于2000m时，温升就主要由运行电流大小、防护等级和环境温度等参数决定了。

我们已经知道，GB 7251.1—2013已经取消了TTA和PTTA，但是与GB 7251.1—2005配套的GB/T 24276—2009《评估部分型式试验的低压成套开关设备和控制设备（PTTA）温升的外推法》（等同使用于IEC/TR 60890：1987）给出了一整套计算低压开关柜温升的方法。标准中给出的计算方法能得到具体的温升值，但这种方法仅适用于型式试验。

从低压开关柜的应用来说，我们仅需要知道低压开关柜是否满足温升要求即可，而不需要知道具体的温升值。以下给出判断低压开关柜是否满足温升要求的计算方法。

【例2-1】 计算低压开关柜温升方法的范例

设范例系统图的电网参数如下：

变压器容量： 1600kV·A

变压器阻抗电压： 6%

低压配电网额定电压： 0.23/0.4kV

电源频率： 50Hz

接地系统： TN-S

低压开关柜防护等级： IP41

低压开关柜环境温度： 40℃

低压开关柜安装方式： 靠墙安装

范例系统图如图2-24所示。

图2-24 计算低压开关柜温升的范例系统图

解：

首先确定变压器参数，如下：

也即变压器的额定电流为2309A，稳态短路电流为38.5kA，冲击短路电流峰值为81kA。

接着按照范例系统图确定出ABB的MNS3.0低压开关柜排列图，如图2-25所示。

图2-24中，P1是MCC电动机控制中心，采用抽屉式低压开关柜的结构。P1中的功能单元都是抽屉，抽屉后部配备了多功能板；低压开关柜P2是低压进线柜，柜中安装了低压进线断路器；P3采用固定式低压开关柜的结构，其中的馈电功能单元均为固定安装模式。

计算低压开关柜温升的步骤如下：

第一步：计算主母线、配电母线、主进线断路器是否满足温升要求；

第二步：校核功能单元发热功耗，由此进一步计算出整柜中全部功能单元的发热功耗总和，以此确定整柜是否满足温升要求；

以下开始具体计算：

图2-25 计算低压开关柜温升的范例排列图

第一步：计算主母线、配电母线、主进线断路器是否满足温升要求。

（1）低压开关柜主母线的温升计算

主母线计算电流： I_BUSBAR.N=2500A

主母线的规格：每相支数×宽度×厚度=4×60×10

主母线的最大电流：I_BUSBAR.MAX=3150A

主母线在40℃时的降容系数：R_total=0.97（40℃）

主母线降容后的运行电流：

I_BUSBAR.CAL=I_BUSBAR.MAXR_total

=3150×0.97=3055A>I_BUSBAR.N=2500A

结论： 主母线降容后的运行电流大于主母线计算电流，满足要求

与主母线温升相关的技术资料如下。注意主母线的工作条件：主母线为3极，环境温度为35℃，电源频率为50Hz：

当电源频率为60Hz时主母线降容系数R_f：

主母线在不同环境温度下的降容系数R_total：

（2）P3馈电柜配电母线的温升计算

P3柜的额定电流合计： I_FEEDER.N=3×125+2×160+250=945A

分散系数：0.7，由GB 7251.1—2013的4.7节表1查得

P3柜的计算电流：I_{FEEDER.P3.CAL}=0.7I_FEEDER.N=0.7×945≈662A

P3柜的L形配电母线规格：宽边长×窄边长×厚度=50×30×5

配电母线在IP41下的最大载流量：I_{FEEDER.BAR.MAX}=750A（IP41）

配电母线在40℃时的降容系数：R_total=0.95

配电母线降容后的运行电流：I_P3.CAL=I_{FEEDER.BAR.MAX}R_total

=750×0.95=713A>I_{FEEDER.P3.CAL}=662A

结论：配电母线降容的运行电流大于计算电流，满足要求

（3）P1电动机回路MCC柜配电母线的温升计算

P1柜的额定电流合计：I_MCC.N

=4×22+4×8.5+170+4×45+2×63

=598A

P1柜多功能板内L形配电母线规格宽：边长×窄边长×厚度=50×30×5

配电母线在IP41下的最大载流量：I_MCC.BAR.MAX=750A（IP41）

配电母线在40℃时的降容系数：R_total=0.95

配电母线降容后的运行电流：I_P1.CAL=I_MCC.BAR.MAXR_total

=750×0.95=713A>I_MCC.N=598A结论：配电母线降容的运行电流大于计算电流，满足要求与配电母线相关的技术资料：ABB的MNS3.0配电母线的额定电流

当电源频率为60Hz时，配电母线降容系数R_f：R_f=0.96配电母线在不同环境温度下的降容系数R_total：

注：抽屉式低压开关柜的配电母线位于多功能板内。

（4）P2进线柜中的进线断路器温升计算

P2进线柜额定电流： I_P2.N=2309A

P2进线柜的柜宽： 600mm

选用断路器规格： Emax断路器，E3N3200，3P

断路器在IP41下的最大电流： I_QF.MAX=2560A

断路器在40℃时的降容系数： R_total=0.97（40℃）

断路器降容后的载流量： I_QF.CAL=I_QF.MAXR_total

=2560×0.97≈2483A>I_P2.N=2309A

结论： 断路器降容载流量大于进线额定电流，满足要求

框架断路器在不同的IP等级下的额定电流。以ABB的Emax断路器为例：

当电源频率为60Hz时Emax降容系数R_f：R_f=0.96

Emax在不同环境温度下的降容系数R_total：

第二步：计算功能单元的热功耗并由此求得整柜全部功能单元产生的发热功耗，以此确定整柜是否满足温升要求。

功能单元（抽屉回路）发热功耗P_Module的计算方法如下：

P_Module=I²_eR_BM+P_Hold+P_const （2-1）

式中 P_Module——功能单元（回路）的发热功耗；

I_e——负载的工作电流；

R_BM——功能单元（Module）的等效线路电阻；

P_Hold——接触器功耗；

P_const——其他负载功耗平均值。

抽屉式低压开关柜中功能单元（抽屉）发热总量P_{Switchgear.All}的计算方法如下：

P_{Switchgear.All}=RDF²∑P_Module （2-2）

式中 P_{Switchgear.All}——低压开关柜单柜的总发热功耗；

RDF——分散系数，由GB7251.1—2013查得；

P_Module——功能单元（回路）的发热功耗。

发热量降容系数r_K的定义如下：

抽屉式低压开关柜中由小容量功能单元构成的小容量抽屉，例如8E/4抽屉和8E/2抽屉，能对低压开关柜起到加强散热的作用。因此在计算MNS3.0抽屉式低压开关柜的发热功耗时，需要将低压开关柜发热功耗乘以修正系数r_K以得到实际值。

以下是r_K与小容量抽屉层数的关系表：

（5）P1柜（MNS3.0抽屉式低压开关柜）的发热计算

P1柜的最大发热量： P_{L_cubicle}=435W（IP41，40℃）

P1柜中小容量抽屉的层数：4

P1柜发热量的散热系数：r_K=0.63

P1柜的理论极限发热功耗：P_P1.RESUIT

=P_{L_cubicle}r_K

=435×0.63≈275W

P1柜的计算发热功耗：P_{Switchgear.All}=259W

结论：计算发热功耗小于理论极限发热功耗，满足要求

低压开关柜P1的极限发热功耗P_{Switchgear.All}计算表

ABB的MNS3.0抽屉式低压开关柜功耗参数：

（6）P3柜（MNS3.0固定式低压开关柜）电缆室的发热计算

P3柜的最大发热量： P_{L_cubicle}=670W（IP41，40℃）

P3柜中小容量抽屉的层数：0

P3柜发热量的散热系数：r_K=1

P3柜的理论极限发热功耗：P_P3.RESUIT

=P_{L_cubicle}r_K

=670×1=670W<P_{Switchgear.All}=259W

P3柜电缆室的计算发热功耗：P_{Switchgear.All}=68.6W

结论：计算发热功耗小于理论极限发热功耗，满足要求

低压开关柜P3的极限发热功耗P_{Switchgear.All}计算表

ABB的MNS3.0固定式式低压开关柜功耗参数：