聚合馬達(dá)控制室夾層電纜降溫改造

匡歡， 郭鵬杰

（天津長蘆海晶集團(tuán)有限公司濱海新區(qū)第四分公司，天津300450）

1 聚合馬達(dá)控制室電纜夾層情況簡介

我公司的馬達(dá)控制室分上下兩層，上層為控制柜室，層高7m，下層為電纜橋架室，層高1m，電纜橋架室層高較矮，橋架選型為規(guī)格：800×150 以及600×150 的托盤橋架，空間整體布局狹小，處于較封閉空間內(nèi)，通風(fēng)不暢，并且電纜敷設(shè)密集程度較高，主橋架內(nèi)電纜放置過多，致使電纜的散熱情況惡劣，運行溫度較高，為穩(wěn)定生產(chǎn)和安全供電帶來了重大隱患。

2 聚合馬達(dá)控制室電纜溫度情況分析

2.1 聚合馬達(dá)控制室電纜色溫圖(見圖1)

圖1 聚合馬達(dá)控制室電纜色溫圖

2.2 聚合馬達(dá)控制室電纜溫度情況說明

從馬達(dá)控制室電纜色溫圖（圖1）可以看出電纜的高溫部分集中在電纜橋架的出線部位，這部分橋架內(nèi)多為主動力電纜，電纜發(fā)熱量大，并且電纜相對集中，橋架內(nèi)的電纜數(shù)量極多，層層疊疊，而且橋架結(jié)構(gòu)為托盤式橋架，無散熱孔。以上種種原因?qū)е逻@片區(qū)域電纜自身散熱狀況較差。

另外這部分的電纜橋架位于馬達(dá)控制室的電纜夾層里，夾層是層高1m 相對密閉的空間，整體散熱性差，空間內(nèi)溫度較高，夏季等炎熱狀態(tài)下空間溫度可達(dá)到37℃，對電纜的有效散熱帶來了不利的環(huán)境影響。

3 馬達(dá)控制室電纜溫度過高的危害

電纜溫度長期過高將加速外部絕緣材質(zhì)的老化，以至絕緣層被擊穿。尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常常導(dǎo)致電纜絕緣薄弱處首先被擊穿，在密閉空間內(nèi)甚至?xí)ㄆ鸹稹?/p>

當(dāng)電纜發(fā)生火災(zāi)事故時，火勢兇猛，燃燒迅速，并且煙氣危害巨大。電纜在燃燒時產(chǎn)生大量的二氧化碳、一氧化碳、氯化氫等有害氣體。氯化氫氣體會形成稀鹽酸附著在電氣元件上，使電氣設(shè)備的絕緣性能下降，甚至引起短路事故，電氣元件遭到稀鹽酸的腐蝕后清除也異常困難[1]。另外，由于電纜四周活動區(qū)域狹小，不易撲救，并且必須緊急斷電，恢復(fù)供電時間過長，將對連續(xù)生產(chǎn)型企業(yè)造成不可估量的損失。

4 聚合馬達(dá)控制室夾層電纜散熱探索

我公司發(fā)現(xiàn)馬達(dá)控制室夾層內(nèi)電纜過熱的問題后，馬上組織開展問題研究，積極落實整改方案，先是在夾層內(nèi)安裝了兩臺壁掛式空調(diào)進(jìn)行局部降溫，局部環(huán)境溫度同比下降了2℃，電纜溫度無明顯變化，考慮到夾層的空間環(huán)境，橋架錯橫，騰挪不便，繼續(xù)安裝多臺空調(diào)進(jìn)行整體降溫顯然不可行。我們又希望通過夾層通風(fēng)的方式進(jìn)行散熱，但夾層所在的空間位于生產(chǎn)車間內(nèi)，生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境溫度更高，開設(shè)通風(fēng)口后更加不利于夾層熱量的擴(kuò)散[2]。

隨后，我們嘗試將夾層橋架內(nèi)的電纜進(jìn)行分層處理，增大電纜散熱面積，減少電纜堆積密度，成功的使電纜溫度下降了8℃。夾層電纜分層剖面示意圖如圖2 所示。

圖2 夾層電纜分層剖面示意圖

此施工過程工廠處于正常生產(chǎn)階段，電纜帶電，如何在不斷電的情況下安全的將夾層橋架內(nèi)的電纜架起成為了我們首要考慮的問題，經(jīng)過分析我們選擇利用絲杠加角鐵的形式，先將角鐵一頭穿孔與絲杠一頭螺絲固定，緩慢將數(shù)根電纜架起放于角鐵上，將角鐵另一頭與另一根絲杠螺絲固定，最后利用螺絲將角鐵調(diào)整到水平位置。

隨后我們利用工業(yè)風(fēng)扇對分層后的電纜進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷，可喜的發(fā)現(xiàn)紅線區(qū)域的電纜溫度總體下降了25℃，由原先的70℃降為如今的45℃，因此我們確定了分層加強(qiáng)制風(fēng)冷的夾層電纜降溫方案。

5 聚合馬達(dá)控制室夾層電纜降溫改造方案

聚合馬達(dá)控制室夾層電纜降溫改造改造示意圖如圖3 所示。

圖3 聚合馬達(dá)控制室夾層電纜降溫改造改造示意圖

我們選擇利用工藝?yán)鋮s水作為冷媒介質(zhì)，在溫度較為恒定的配電站內(nèi)通過盤管換熱器與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣與水換熱，最終得到較低溫度的冷風(fēng)，通過冷風(fēng)對夾層內(nèi)的橋架電纜進(jìn)行吹掃降溫，計劃在溫度較高的橋架部位每隔1m 設(shè)置一個廣角式吹掃噴頭，溫度較低的橋架每隔2m 設(shè)置一個廣角式吹掃噴頭，從而達(dá)到對橋架電纜散熱降溫的目的。

無論是盤管換熱器的選型還是鼓風(fēng)機(jī)的選型，最重要的一個參數(shù)就是風(fēng)量，因此我們著重研究風(fēng)量的計算。計算風(fēng)量不可避免的就是要計算電纜的發(fā)熱量，而電纜的發(fā)熱量受限于電纜結(jié)構(gòu)的多層多樣，銅芯溫度的難于獲得，橋架內(nèi)排列方式的不同，對流換熱系數(shù)的難以確定，其準(zhǔn)確的內(nèi)部散熱計算及其復(fù)雜，要非常準(zhǔn)確的計算電纜發(fā)熱量極其困難，因此在設(shè)計過程中我們選擇近似計算的方法。由能量守恒定律可知，電纜的發(fā)熱量最終要傳遞到電纜橋架通道中，由于電纜發(fā)熱主要是因為電纜導(dǎo)體存在電阻，只要電纜內(nèi)有電流通過電纜就會發(fā)熱，因此我們計算電纜發(fā)熱量使用以下公式[3]。

一條n 芯電纜（不包括不載流的N 線和保護(hù)PE 線）的熱損失功率：

電纜橋架內(nèi)N 條n 芯電纜（不包括不載流的N 線和保護(hù)PE 線）的熱損失功率：

式中 QZ——橋架電纜總熱損失功率，單位W；

n——一條電纜電纜的芯數(shù)，單位條，一般數(shù)值為3；

I——一條電纜的計算負(fù)荷電流，單位A；

σ——電纜平均運行一定溫度時的電纜芯電阻率，我們?nèi)?0℃時銅芯電纜值0.0212Ωmm2/m；

L——電纜長度，單位m；

S——電纜芯截面積，單位mm2；

K——電流參差系數(shù)，一般取0.85～0.95，我們?nèi)?.9。

電纜夾層是一個相對密閉的環(huán)境，通風(fēng)不暢，但環(huán)境溫度也相對不高，因此我把橋架看做一條電纜隧道，我們只需要對電纜隧道進(jìn)行通風(fēng)處理，以達(dá)到降低電纜以及橋架溫度的目的即可。因此，我們把電纜的熱損失功率即電纜的發(fā)熱量看成電纜隧道需要排走的熱量，排熱通風(fēng)量我們選擇以下計算公式[4]。

式中 F——排熱所需通風(fēng)量，單位m3/s；

Qz——電纜隧道需要排走的熱量，單位W；

C——比熱容，我們?nèi)≈禐?012J/（kg℃）；

ρ——平均空氣密度，我們?nèi)≈禐?.1691kg/m3。

通過計算得到排熱通風(fēng)量為7189m3/h, 因此我們選擇了功率11kW 風(fēng)量8000m3/h 的管道式離心風(fēng)機(jī)箱作為風(fēng)機(jī)設(shè)備，至于換熱器的選型需要根據(jù)換熱風(fēng)量、冷卻水溫以及空間面積等多個方面進(jìn)行綜合考慮，結(jié)合各自現(xiàn)場實際進(jìn)行分析計算，在此按下不表[5]。

6 改造后的效果

通過改造我們成功的將配電室夾層內(nèi)的電纜橋架溫度由最高點的70℃降低至31℃，完成了既定目標(biāo)，達(dá)到了改造效果。2017 年改造前的橋架內(nèi)溫度與2018 年改造后的橋架內(nèi)溫度同期對比，數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 改造前橋架內(nèi)溫度與改造后橋架內(nèi)溫度同期對比表

7 結(jié)束語

綜上所述，通過理論分析以及實驗驗證證明了此套風(fēng)冷設(shè)備在實際應(yīng)用中取得了時效，達(dá)到了降低電纜橋架溫度的目標(biāo)，保證了生產(chǎn)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此套設(shè)備在應(yīng)對低矮密閉空間的局部過熱問題中取得良好效果，在應(yīng)對吊掛錯雜橫枝豎節(jié)的橋架布局中收效顯著，在應(yīng)對電纜發(fā)熱情況復(fù)雜改造異常困難的問題中提出了有效的建議。在實際應(yīng)用中，可結(jié)合自身實際對是否加入盤管換熱器進(jìn)行選擇，本文對于橋架密集電纜散熱這一研討相對冷門但實際普遍存在的問題進(jìn)行了分析以及實驗，提出了一套切實可行的改造方案，為避免電纜過熱問題提供了降溫思路，為規(guī)避電氣火災(zāi)風(fēng)險提供了改進(jìn)方法。