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预制仓开关柜的设计

发布日期:2026-07-01 作者:法腾电力 点击:

一体式电力模块,进出线断路器开关柜和UPS排列在一起。在做系统集成或是UPS的厂家的认知里,开关柜也是需要加冷却系统的。而开关柜作为有着近百年历史的配电设备,一直是自然冷却,作为开关柜型式试验重要的一项,开关柜的长期通流试验就是验证正常使用环境下,开关柜内部所有发热点的温升都不超过标准规定的上限值,标准规定的上限值是75k。


温升是自然环境中,通过合理的通风设计空气对流带走热量,通过外壳的散热辐射降温,内部母线等的传导均衡热量,对流、传导、辐射共同作用,开关柜的研发人员通过大量细致的研发工作,科学设计,保证自然环境下温升不超标,设备可以长期稳定可靠安全运行,而无需外界降温。


一般来说,开关柜的内部元件的发热功率为几百瓦,大电流的也就2kW、3kW,除非对于低压6300A、中压4000A及以上才会选择风机强迫风冷,这些开关局部发热太大,自然环境下热平衡的温度点超过温升上限,一般开关柜顶部直接安装四台80W风机既可以满足温升要求,以实现经济性、安全性的最大化。

UPS等电源设备,电池模块叠加在箱体内部,能源密度大,自身发热巨大,1MW的发热功率达50kW,无法实现自然环境下温度控制,设计之初就是需要强制风冷降温,以实现热量平衡。当前设计标准集装箱式电源模块已经达到4MW,发热功率将达到200kW,需要液冷空调等降温设施来保证连续运行时的设备安全。


变压器也放在集装箱内部,4000kVA变压器的满容量发热量60kW,一般自带冷却风机可以满足温升要求。


预制仓一体式电源模块,可以看出集装箱内部主要设备的发热量是几不均衡的,变压器到主进线开关柜、UPS进线开关柜、UPS、UPS出线开关柜等等布置。发热功率也从60—>3—>2—>50—>2—>50—>2—>50—>2—>2kW变化。

可以看出,并在一个排列里,减少了铜排或电缆连接的距离减少了发热功率,通过并排在一起,开关柜可以成为UPS的散热器,特别是小电流、低发热功率的开关柜,自身发热不大,热量自然由高温点向低温区域传导、辐射。当然,开关柜充当散热器降温非常有限,还是需要高功率冷却设备降温。


那话说回来,我们开关柜也可以不需要满足自然环境下的温升上限要求,都按照强制风冷来设计,所有单元在满足电气绝缘(低压开关柜通过绝缘材料包覆很容易实现)以及机械连接空间需要的情况下,也可以提高安装密度,是不是4台4000A框架断路器放在一台低压开关柜中,充其量发热功率也就10kW,大功率冷却风机对着吹温升肯定不会超标,实现整个预制仓热量平衡,体积小巧。


开关柜有开关柜的设计原则,极端的高能量密度的设计不会去做,安全可靠还是第一位的。但满足预制模块的适当增加安装密度是可以的,如两台5000A断路器(一般来说,一台备用,双电源切换,不会同时运行)、四台2500A断路器安装在一台开关柜中是可以的,计算出发热功率、发热点以及进风口出风口气流位置,给预制仓冷却设计,系统降温可以保证温升,而没有必要纠结自然风冷。


保守一点分开布置还是最好,开关柜模块可以不用外加冷设施或很小功率冷却即可,UPS等高发热模块单独布置,热量集中降温更加有效精准。

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