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近年来可再生能源风力发电在我国迅猛发展,装机总容量突破4200万千瓦,已成为世界风能大国之一。其中沿海及海上风场占了很大比例。由于受海洋潮湿、盐雾等恶劣气候环境影响,控制柜安装不久柜体内部就严重锈蚀的现象普遍发生。此现象引起了使用单位和生产单位的高度重视。
如何解决呢?
由于受野外条件的限制,不可能在风场现场为控制柜建造一个密闭的、良好空气质量的室内环境。多数设计者提出最现实的办法是加强柜子的密封性能,保证柜内不受外界恶劣空气环境的侵蚀。这样做不难,但随之新问题又出来了。柜子密封后,装置一旦工作,柜中各大部件发热所带来的热量又如何散发掉呢?可以用水冷解决掉部分部件的冷却问题,如大功率电力电子器件(像IGBT、晶闸管)、电抗器等。但还有部分部件是无法解决的,如大功率并网开关、导电铜排、大电阻等,它们工作时产生的热量使柜内空气温度迅速上升。当前解决办法就是使用空调行业常用的热交换器。
有三种方法:
1、 空气—水热交换器:
先在柜内设计一条空气流动的通道,在风机的推动下使空气在此通道内循环流动。在通道的适当位置(图一)加一个“空气—水热交换器”(图二,空调行业称风机盘管,它由风机和带水管翅片的表冷器组成),空气循环一周吸热后温度升高,通过空气—水热交换器后,空气中的热量被水管中的流水吸收带走到机柜外冷却塔降温。
图一 封闭机柜散热流程图
图二 表冷器(左) 装了冷机的表冷器(中) 表冷器中各种换热用翅片(右)
定量估算一下热量。
假设柜内部件发热量是3千瓦,那么每小时发出热量是
3千瓦×860千卡/千瓦小时=2580千卡/小时
设空气温度为70℃,在一个大气压下,空气在吸收上述热量后的温升是5℃,则带走这些热量需要空气的流量是:
V(立米/小时)= 发热量(千卡/小时)/{ 热容(千卡/立米˙℃)×温升(℃)}
= 2580(千卡/小时) /{ 0.24(千卡/立米˙℃)×5(℃)}
= 2150(立米/小时)
如果用水,则需要多大流量呢?设水在吸收上述热量后的温升是5℃,则带走这些热量需要水的流量是:
V(立米/小时)= 发热量(千卡/小时)/{ 热容(千卡/立米˙℃)×温升(℃)}
= 2580(千卡/小时) /{ 1000(千卡/立米˙℃)×5(℃)}
= 0.516(立米/小时)
上述计算说明每小时用0.516立米的水就可把2150立米空气中的3千瓦功耗发出的2580千卡热量带出机柜。上面计算未计入效率和余量,设计时要考虑此因素。
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