变配电机柜的通风散热设计沈宏山

变配电机柜的通风散热设计沈宏山

沈宏山

（南通贝思特机械工程有限公司江苏省南通市226682）

摘要：本文介绍了一例变配电机柜通过风扇强制对流实现通风防尘的设计，设计的控制电路通过检测机柜内的温度升高启动散热风扇的运转，具有结构新颖、设计合理、控制可靠的优点，经济实用，运行稳定可靠。

关键词：机柜通风散热风扇控制电路

随着现代技术的发展，电力配变电系统应用了更多的自动化技术和电子装置，这些自动化控制的机柜都存在通风和散热问题，通风和防尘是一对矛盾，通风是散热的有效途径，通过散热控制电气机柜内的温度是保证变配电系统安全、可靠运行的重要措施。

为了解决变配电机柜的通风散热，笔者设计了一例经济、实用的技术方案，由内嵌式防尘通风单元和强制散热风扇控制电路单元两个部分组成，通过散热风扇强制对流通风和机械过滤结构实现散热降温和防尘，运行效果好。

1、内嵌式防尘通风单元设计

配变电机柜的防尘、通风和散热一直是个很重要的问题。随着电气机柜柜体技术的发展和对防护等级要求的提高，通常的百叶窗式通风孔或再加防护网的结构难以满足防尘的要求，通风散热效果好的结构其防尘效果就差，反之亦然。

本设计通过强制对流来实现机柜内的通风。自然对流源于空气受热上升原理，在典型的室内环境条件下也存在微弱的空气流动，如人的走动等。空气对流和辐射是热量传导的主要方式，在海平面高度，70%以上的热量是靠对流传导的，一般情况下，自然对流时可假设为层流，为了增加散热效果，我们要通过技术手段在热源附件制造湍流，湍流才具有较好的散热冷却效果。

本设计采用风扇强制对流在机柜内产生湍流增强散热冷却效果，具体结构如图1所示。

图1

图1所示的：1-机柜门板或壁板；2-内嵌护罩；3-复合过滤材料；4-百叶式散热孔；5-通风孔；6-椭圆形缺口；7-内嵌盖板；8-螺栓；9-风扇。

内嵌护罩通过碰焊或其他方式固定在机柜的门板或壁板内侧面，设置其上端的椭圆形缺口是为了方便拿取过滤片材，内嵌护罩上矩阵设置有通风孔，门板上设置矩阵散热孔，且散热孔在内嵌护罩的垂直投影内。

在机柜门板（或壁板）与内嵌护罩形成的腔体内放置片状的网孔状过滤复合材料，其厚度与机柜门板（或壁板）和内嵌护罩间形成的腔体厚度一致；优选无纺过滤棉或炭纤维过滤棉。内嵌护罩的上端固定安装有内嵌盖板，目的是为了提高内嵌护罩的稳定强度，同时增强了通风效果。

无风扇时，是空气自然对流，从通风防尘的角度考虑可以省去不用内嵌盖板；有风扇时，是强制通风，内嵌盖板必须安装，强制通风时，如无盖板会因过滤棉的风阻比过滤棉与内嵌护罩间的风阻大，而形成气流优先从过滤棉与内嵌护罩内侧间的缝隙内流过，形成无效气流和气流的短路。

针对室内环境或粉尘不恶劣的情况，门板或壁板上可采用一般的矩阵圆孔或其他几何形状的孔如小方孔、椭圆孔；在室内粉尘恶劣的情况下，需要采用矩阵百叶孔。在不加风扇、自然通风的情形下，内嵌护罩上的孔可以是一般的矩阵圆孔或其他几何形状的孔如小方孔、椭圆孔。

2、散热风扇控制电路单元

机柜内的温度控制是提高通风散热性能的重要措施，配变电机柜的强制风冷优选直流无刷轴流风扇或混流风机，外形尺寸建议在60mm到280mm之间选择，在电压、外形尺寸选定后，优选风量（CFM）大的规格，干式变压器机柜的通风散热优选横流（贯流）风扇。

本控制电路设计检测机柜内的温升变化，当温度超过设定阀值通过控制电路启动散热风扇的运转，随温度的高低调节风机的转速，在温升不高的情况下实现低速运转或停转，提高了风扇的运行寿命和可靠性，降噪节能。其控制电路如图2所示。

同时，为了保证温度控制电路的灵敏度，确保TL431导通饱和，电阻R3通过的电流不宜太小，宜选用合适的阻值设计其通过电流为15mA～20mA。

本设计经实际运行，效果好，可靠稳定。

参考文献：

[1]SanjayaManiktala著，王志强，郑俊杰等译.开关电源优化设计.电子工业出版社.

[2]孙靖民，梁迎春主编.机械优化设计（第5版）.机械工业出版社.