船舶配電板發(fā)熱量計算

馮木易

（浙江欣亞磁電發(fā)展有限公司，浙江舟山316111）

0 引言

船舶主機、發(fā)電機組及集控室一般布置在機艙，機艙是船舶動力、電力中心及輪機人員值班場所。為了保證設備可靠穩(wěn)定運行和人員工作環(huán)境舒適，需要對機艙進行有效的通風散熱，輪機設計人員會對主機和柴油發(fā)電機組等進行發(fā)熱量計算。而配電板安裝在集控室，配電板屬于電氣設備，輪機設計人員不會對其發(fā)熱量進行計算，只能通過電氣設計人員提供的數(shù)據(jù)或者根據(jù)經(jīng)驗估計一個數(shù)值，因此配電板的發(fā)熱量不很準確。下面以南通中遠川崎一條28000 t重吊船為例，介紹如何計算配電板發(fā)熱量。

表1 設備發(fā)熱量W

1 配電板屏組成及外形尺寸

本船電站由3臺功率800 kW、電壓AC450V、頻率60 Hz、功率因數(shù)0.8的柴油發(fā)電機組組成；配電板由1號組合起動屏、1號AC440V負載屏、1號發(fā)電機控制屏、2號發(fā)電機及同步屏、3號發(fā)電機屏、2號AC440V負載屏、側推屏、2號組合起動屏、AC220V負載屏組成。

配電板尺寸（長×高×厚）為：11000mm×2200mm×860mm。

2 各設備發(fā)熱量參數(shù)

各設備發(fā)熱量參數(shù)如表1。

3 發(fā)熱量計算

1）1號組合起動屏發(fā)熱量。發(fā)熱元器件：8只MCCB（16A），2 只 MCCB（32A），2 只 MCCB（50A），4 只 MCCB（100A），5只 MCCB（250A），13 只接觸器（9～38A），4 只接觸器（40～80A），4只接觸器（150～170A），13只熱繼電器（4～32A），8只熱繼電器（37～140A），5只變壓器（63VA），16只變壓器（250VA），40只微型繼電器（AC220V），42只熔芯，63只指示燈。

則元器件發(fā)熱量為：Q1=（8×9+2×13+2×17+4×27+5×57+13×9+4×15.3+4×40.5+13×9+8×27+5×6+17×16+40×1.2+42×2+63×0.5）×0.6=998 W。

銅排發(fā)熱量為：Q2=I2R，銅排電阻率為0.0175Ωmm2/m，1號組合起動屏算出電流為510 A，每相銅排截面積為4×5×25=500 mm2，銅排長度為4.8 m，則電阻為R=0.0175×4.8/500=0.000118 Ω。

Q2=I2R=5102×0.000118=43.7 W，

Q=Q1+Q2=998+43.7=1041.7 W。

1號組合起動屏尺寸（長×高×厚）為2.4 m×2.2 m×0.86 m，允許屏內(nèi)溫度上升20℃的發(fā)熱量為：

因為1041.7 W<1781.4 W，所以1號組合起動屏尺寸滿足要求。

2）1號AC440V負載屏發(fā)熱量。發(fā)熱元器件：1 只 MCCB（16A），4 只 MCCB（32A），5只 MCCB（63～100A），1只 MCCB（125A），4 只 MCCB （160A），2 只 MCCB（200A），1只 MCCB（250A），1只 MCCB（400A），2 只 MCCB（630A）。

則元器件發(fā)熱量為 Q1=（9+4×13+5×27+33+4×42+2×47+57+60+2×120）×0.6=508.8 W。

1號AC440V負載屏算出電流為1900A，每相銅排截面積為2×5×60=600 mm2，銅排長度為1.1 m，則電阻為R=0.0175×1.1/600=0.000032 Ω。

Q2=I2R=19002×0.000032=115.5 W，

Q=Q1+Q2=508.8+115.5=624.3 W。

1號AC440V負載屏尺寸（長×高×厚）為0.8 m×2.2 m×0.86 m，允許屏內(nèi)溫度上升20℃的發(fā)熱量為：

因為624.3 W<657 W，所以1號AC440V負載屏尺寸滿足要求。

3）1號/3號發(fā)電機控制屏的發(fā)熱元器件：1只ACB（1600 A），1只電站管理模塊，1只逆功率繼電器，1只功率表，5只其它儀表，1只變壓器（400VA），2只電壓互感器，4只微型繼電器（AC220V），2只微型繼電器（DC24V），22只熔芯，10只指示燈。

則元器件發(fā)熱量為Q1=（390+20+2+5+5×2.5+25+2×10+4×1.2+2×0.9+22×2+10×0.5）×0.8=424 W。

1號/3號發(fā)電機控制屏算出電流為1283 A，每相銅排截面積為2×5×60=600 mm2，銅排長度為1.1 m，則電阻為 R=0.0175×1.1/600=0.000032 Ω。

Q2=I2R=12832×0.000032=52.7 W，

Q=Q1+Q2=424+52.7=476.7 W。

1號/3號發(fā)電機控制屏尺寸（長×高×厚）為0.8m×2.2m×0.86 m，允許屏內(nèi)溫度上升20℃的發(fā)熱量為：

因為476.7 W<516.5 W，所以1號/3號發(fā)電機控制屏尺寸滿足要求。

4）2號發(fā)電機及同步屏發(fā)熱量。發(fā)熱元器件：1只ACB（1600A），1只電站管理模塊，1只同步繼電器，1只逆功率繼電器，1只功率表，8只其它儀表，1只變壓器（400VA），2只電壓互感器，1只PLC CPU，4只開關量模塊，2只模擬量模塊，10只微型繼電器（AC220V），50只微型繼電器（DC24V），40只熔芯，10只指示燈。

則元器件發(fā)熱量為Q1=（390+20+3.5+2+5+8×2.5+25+2×10+11+4×6+2×1.8+10×1.2+50×0.9+40×2+10×0.5）×0.8=532.9 W。

2號發(fā)電機及同步屏算出電流為1283 A，每相銅排截面積為2×5×60=600 mm2，銅排長度為1.1 m，則電阻為R=0.0175×1.1/600=0.000032 Ω。

Q2=I2R=12832×0.000032=52.7 W，

Q=Q1+Q2=532.9+52.7=585.6 W。

2號發(fā)電機及同步屏尺寸（長×高×厚）為0.8 m×2.2 m×0.86 m，允許屏內(nèi)溫度上升20℃的發(fā)熱量為：

因為585.6 W<657 W，所以2號發(fā)電機及同步屏尺寸滿足要求。

5）2號AC440V負載屏發(fā)熱量。發(fā)熱元器件：2只MCCB（16A），3 只 MCCB（32A），4 只 MCCB（63～100A），2只 MCCB（125A），3 只 MCCB（160A），2 只 MCCB（200A），1 只 MCCB（250A），3 只 MCCB（630A）。

則元器件發(fā)熱量為：

Q1=（2×9+3×13+4×27+2×33+3×42+2×47+57+3×120）×0.6=520.8 W。

2號AC440V負載屏算出電流為2350 A，每相銅排截面積為3×5×60=900 mm2，銅排長度為1.1 m，則電阻為R=0.0175×1.1÷900=0.000021 Ω。

Q2=I2R=23502×0.000021=116 W，

Q=Q1+Q2=520.8+116=636.8 W。

2號AC440V負載屏尺寸（長×高×厚）為0.8 m×2.2 m×0.86 m，允許屏內(nèi)溫度上升20℃的發(fā)熱量為：

因為636.8 W<657 W，所以2號AC440V負載屏尺寸滿足要求。

6）2號組合起動屏發(fā)熱量。發(fā)熱元器件：7只MCCB（16A），3 只 MCCB（32A），3 只 MCCB（50A），5 只 MCCB（100A），5只 MCCB（250A），13 只接觸器（9～38A），5 只接觸器（40～80A），5只接觸器（150～170A），13只熱繼電器（4～32A），10只熱繼電器（37～140A），5只變壓器（63VA），18只變壓器（250VA），46只微型繼電器（AC220V），46只熔芯，69只指示燈。

則元器件發(fā)熱量為：

Q1=（7×9+3×13+3×17+5×27+5×57+13×9+5×15.3+5×40.5+13×9+10×27+5×6+17×18+46×1.2+46×2+69×0.5）×0.6=1124 W。

2號組合起動屏算出電流為650 A，每相銅排截面積為5×5×25=625 mm2，銅排長度為5.5 m，則電阻為R=0.0175×5.5÷625=0.000154 Ω。

Q2=I2R=6502×0.000154=65 W，

Q=Q1+Q2=1124+65=1189 W。

2號組合起動屏尺寸（長×高×厚）為3m×2.2m×0.86m，允許屏內(nèi)溫度上升20℃的發(fā)熱量為：

因為1189 W<2203 W，所以2號組合起動屏尺寸滿足要求。

7）AC220V負載屏發(fā)熱量。發(fā)熱元器件：2只MCCB（63～100A），5 只 MCB（6～20A），3 只 MCB（25～32A），5 只MCB（40A），3只其它儀表，16只熔芯，4只指示燈。

則元器件發(fā)熱量為：

Q1=（2×27+5×3×2.6+3×3×2.9+5×3×3.5+3×2.5+16×2+4×0.5）×0.8=170 W。

AC220V負載屏算出電流為63 A，每相銅排截面積為3×25=75 mm2，銅排長度為0.5 m，則電阻為R=0.0175×0.5÷75=0.000117 Ω。

Q2=I2R=632×0.000117=0.46 W，

Q=Q1+Q2=170+0.46=170.46 W。

AC220V負載屏尺寸（長×高×厚）為0.6 m×2.2 m×0.86 m，允許屏內(nèi)溫度上升20℃的發(fā)熱量為：

因為170.46 W<516.5 W，所以AC220V負載屏尺寸滿足要求。

配電板的總發(fā)熱量為每屏發(fā)熱量之和：Q總=1041.7+624.3+476.7×2+585.6+636.8+1189+170.46=5201 W。

4 結論

船廠根據(jù)計算的發(fā)熱量值來選配集控室空調(diào)，比實際估計的要小，通過實船運行情況來看，冷卻效果相當好，滿足設計要求。因此計算配電板發(fā)熱量可以更準確選擇空調(diào)，減少成本。

［1］ 水電站機電設計手冊編寫組.水電站機電設計手冊：采暖通風與空調(diào)［M］．北京：水力電力出版社，1987．

［2］ TERASAKI．盤內(nèi)溫度上升計算書［M］．日本寺崎公司，1997．

［3］ 鋼質(zhì)海船入級規(guī)范［S］．北京：中國船級社，2009.

［4］ GB7251.1-1997低壓成套設備開關設備和控制設備［S］．北京：中國標準出版社，1998．