ГРЩ до 6300А. Особенности в расчёте тепловыделения часть 1

Расчёт тепловыделения в главных распределительных щитах (ГРЩ) с номинальным током до 6300 А требует учёта множества факторов, включая теплопотери компонентов, режим работы оборудования, характеристики корпуса и условия окружающей среды. Для таких мощных систем особенно важно обеспечить эффективный теплоотвод, чтобы предотвратить перегрев и аварийные ситуации.

Основные источники тепловыделения

1. Шины и токоведущие элементы. Потери в шинах рассчитываются по формуле Q=I2⋅RQ=I2⋅R, где II — ток, RR — сопротивление материала. Для меди при температуре +35…+40 °C плотность тока обычно принимают около 1,5 А/мм². Например, для ГРЩ на 6300 А сечение медных шин может составлять около 4200 мм² на фазу.
2. Автоматические выключатели и контакторы. Тепловыделение зависит от номинального тока и типа устройства. Например, для автоматов можно использовать формулу Q=I⋅0,2Q=I⋅0,2 (для автоматов) или Q=I⋅0,4Q=I⋅0,4 (для контакторов), где II — суммарный ток.
3. Трансформаторы и другие элементы. Для трансформаторов тепловыделение рассчитывается как сумма потерь холостого хода (PххPхх​) и потерь короткого замыкания (PкзPкз​, умноженных на коэффициент загрузки).
4. Кабели и соединения. Потери в кабелях и местах соединений также вносят вклад в общее тепловыделение.

Учёт режима работы и коэффициентов

• Коэффициент использования мощности (KиKи​). Отражает среднюю загрузку относительно номинала. Для технологического оборудования с переменным циклом Kи=0,6–0,8Kи​=0,6–0,8, для систем непрерывного действия Kи=0,8–1,0Kи​=0,8–1,0.
• Коэффициент одновременности работы оборудования (KоKо​). Учитывает, что не все компоненты функционируют одновременно.
• Запас на пиковые режимы. Рекомендуется закладывать дополнительно 10–20% на случай пиковых нагрузок, старения оборудования и ухудшения теплообмена.

Расчёт теплового баланса

Тепловой баланс описывается уравнением: тепловыделение внутри должно равняться теплоотводу наружу. Для естественного охлаждения теплоотвод рассчитывается по формуле:

Qотвод=k⋅A⋅ΔT,Qотвод​=k⋅A⋅ΔT,

где kk — коэффициент теплопередачи корпуса (ориентировочно 5–10 Вт/(м²·°C)), AA — эффективная площадь теплообмена, ΔTΔT — разница температур внутри и снаружи шкафа.

Если Qрасч>QотводQрасч​>Qотвод​, требуется принудительная вентиляция или более эффективная система охлаждения.

Особенности для мощных ГРЩ

• Материал корпуса. Коэффициент теплоотдачи металла влияет на эффективность охлаждения. Например, для алюминиевых шкафов он выше, чем для стальных.
• Расположение шкафа. Эффективная площадь теплообмена зависит от расположения шкафа (отдельное, на стене, в ряду).
• Системы вентиляции. При тепловыделении свыше 500 Вт обычно применяется принудительная вентиляция. Производительность вентилятора рассчитывается по формуле:

V=Qρ⋅c⋅ΔT,V=ρ⋅c⋅ΔTQ​,

где VV — расход воздуха (м³/ч), QQ — тепловая нагрузка (Вт), ρρ — плотность воздуха, cc — удельная теплоёмкость, ΔTΔT — допустимый перегрев воздуха на выходе.

Программные средства

Современные производители предлагают специализированное ПО для расчёта теплового режима щитов, например:

• RiTherm (Rittal) — учитывает трёхмерное распределение температуры, региональные климатические условия и энергоэффективность решений.
• ProClima (Schneider Electric) — включает базу данных компонентов с реальными характеристиками.

Нормативные требования

Проектирование вентиляции должно соответствовать нормам СНиП, ПУЭ и другим документам. Например, кратность воздухообмена в электрощитовых помещениях по СНиП 31-110-2003 должна составлять 3–5 раз в час.

Рекомендации

1. Тщательный сбор данных. Необходимо учитывать тепловыделение каждого компонента, включая шины, выключатели, трансформаторы и кабели.
2. Учёт условий эксплуатации. Температура и влажность окружающей среды, степень защиты корпуса (IP) влияют на выбор системы охлаждения.
3. Запас по мощности. Рекомендуется предусматривать запас для будущих нагрузок и непредвиденных ситуаций.
4. Контроль температуры. Установка температурных датчиков и систем мониторинга позволяет своевременно выявлять перегрев.

Для точного расчёта тепловыделения и выбора системы охлаждения рекомендуется привлекать опытных проектировщиков и использовать специализированное ПО. Это поможет избежать ошибок и обеспечить надёжную работу ГРЩ.

Дополнительные устройства IEK для ГРЩ (до 6300 А): особенности и вклад в тепловыделение

Компания IEK предлагает широкий спектр оборудования для главных распределительных щитов, которое влияет на тепловой режим системы. Ниже — ключевые группы устройств и их особенности с точки зрения теплорасчёта.

1. Силовые автоматические выключатели

Модели: ВА88, ВА44, ARMAT.
Особенности:

• Номинальные токи: до 6300 А (в зависимости от серии).
• Тепловыделение: зависит от номинального тока и степени загрузки. Ориентировочно:
• при токах 1600–4000 А — 30–80 Вт на полюсе;
• при токах 4000–6300 А — 80–150 Вт на полюсе.
• Важный фактор: контактное сопротивление и качество затяжки клемм. Некачественная сборка увеличивает локальный нагрев.

Рекомендации:

• учитывать теплопотери при полной нагрузке;
• предусматривать зазор между выключателями для конвекции;
• контролировать температуру контактов термоиндикаторами.

Продолжение следует...