電気機器の発熱計算式のまとめ

I. 高電圧および低圧開閉装置/パネルの加熱能力

高電圧開閉装置パネルの熱放散は、次の式を使用して計算できます。{0}

Q=(​I_g/I_e​​)²q_e(kW)

I_g: 高電圧スイッチの動作電流（A）-

I_e: 高電圧スイッチの定格電流（A）-

q_e: 定格電流における高電圧スイッチの熱放散-

高電圧開閉装置は、受電開閉装置とフィーダ開閉装置に分かれています。-一般に、受電開閉装置の発熱はフィーダ開閉装置の発熱よりも大きくなります。

低電圧開閉装置パネルの熱放散は、次の式を使用して計算できます。-

Q=e×∑P(kW)

e:パネルの利用率

x: パネルの実損失係数

∑P: 低電圧パネル内のすべての電気コンポーネントの電力損失の合計（kW）-

● 発電所内の各種パネルは目的や動作電流が異なるため、一般に動作電流が大きくなるほど、盤内の電気部品の発熱も大きくなります。集中配置された分電盤の場合は、機器メーカーからより正確な発熱データを入手することをお勧めします。

● 具体的には、重要な分電盤では、電気部品の保護、過度の湿気の防止、絶縁性能の低下を防ぐために、内部に電気ヒーターが設置されています。各盤の電力は一般的に 0.3 ～ 0.5 kW 程度であり、集中配置されたリレー保護室では考慮する必要があります。

 

II.変圧器の発熱

トランスの放熱とは主にトランス内部のエネルギー損失を指し、銅損（抵抗損失）と鉄損（磁気損失）の2つの部分で構成されます。銅損は負荷によって変化しますが、鉄損は負荷に依存せず一定とみなせます。通常、定格負荷での銅損は短絡損失として定義され、-、定格電圧での鉄損は無負荷損失として定義されます-。

自冷式、空冷式、乾式変圧器-、空冷式、-、乾式変圧器の損失はすべて周囲の空気中に放散されます。対照的に、水冷変圧器の場合、損失の大部分は水冷システムによって取り除かれますが、油の温度が周囲温度よりも高いため、ごく一部が空気中に放散されます。

一般に密閉型工場や地下発電所、揚水発電所では、工場建屋や地下に配置される主変圧器は水冷方式が採用されることが多い。ただし、発電所内のその他の変圧器 (所内用変圧器、照明変圧器、非常用変圧器、励磁変圧器など) は、ほとんどが空冷式または乾式変圧器を採用しています。-

空冷変圧器の熱放散は、次の式で簡単に計算できます。{0}

Q=P_k​+P_d​(kW)

P_k- 変圧器の無負荷損失（kW）-

水冷変圧器の熱放散は、次の式で計算できます。-

Q=5.5×(t_y​−t_n​)1.25A×10⁻³(kW)

場所:t_y​- 変圧器タンクの平均油温 (通常 65 ～ 70 度)

t_n- 室内周囲温度 (度)

 

Ⅲ．バスバーとケーブルの発熱

発電所では、発電機と変圧器の間の接続には主に自冷式密閉バスバーが使用されます。{0}バスバーの発熱には、バスバーの電力損失による発熱と筐体からの誘導熱放散の 2 つの部分が含まれます。

主母線の両端はそれぞれ発電機と変電設備に接続されているため、実際には母線と筐体の間には空気が密閉されています。エンクロージャは保護および電磁シールドとして機能し、バスバーの熱放散を低下させることなく、周囲の電気機器や環境に対するバスバーの電磁場の影響を軽減します。バスバーの電力損失による熱は、バスバーとエンクロージャの間の空気に伝達され、その後エンクロージャ シェルを通して環境に伝達されます。エンクロージャからの熱放散は環境に直接伝達されます。

バスバーの電力損失によって生じる熱放散は、次の式で計算できます。

q_s​=3×I²RΣ​φ_s​L×10⁻³(kW)

I：バスバーの動作電流（A）

RΣ : バスバーの単位長さあたりの等価抵抗 (Ω/m)

φ_s​：環境に放散される電力損失の比例係数

L：バスバーの長さ（m）

バスバーエンクロージャの誘導熱放散は、次の式を使用して計算できます。

q_k​=3×I²R_k​φ_k​L×10⁻³(kW)

I：バスバーの相電流（A）

R_Z： 動作温度におけるバスバーの直流抵抗（Ω/m）

R_k： 動作温度におけるバスバー筐体の直流抵抗（Ω/m）

φ_s：バスバーの表皮効果係数

φ_k：バスバー筐体の表皮効果係数

L：バスバーの長さ（m）

 

IV.反応器の発熱

リアクトルは、短絡電流を制限するために大容量の配電デバイスで使用されます。また、整流デバイスのフィルタ リアクトルとしても使用できます。{0}{1}

リアクターの熱放散は、次の式を使用して計算できます。

Q=η₁​η₂​P(kW)>どこ：

η₁: 反応器の利用率。一般的に次のようにみなされます。0.95

η₂: 反応器の負荷率。一般的に次のようにみなされます。0.75

P: 定格電力(kW)におけるリアクトルの電力損失。定格電流、定格リアクタンス、モデルによって決定されます。

リアクトルは巻線で構成されており、熱容量と発熱量が大きく、安定した発熱量に達するまでに時間がかかります。反応器が連続運転している場合、発熱は安定しています。反応器を断続的に運転する場合、発熱量は反応器の運転時間と発熱特性曲線に応じて決定する必要があります。

 

V. 発電機セットの発熱

発電機セットの放熱は主に 2 つの側面から発生します。1 つはカバー プレートとケーシング エンクロージャ構造を介した熱伝達で、もう 1 つは発電機セットの冷却循環空気の漏れによってもたらされる熱です。

大型および中型の発電機セットは通常、密閉空気自己循環冷却モードを採用しています。-発電機の巻線の損失は冷却空気に伝達され、空気の熱はセットの水冷器を通る冷却水によって奪われます。測定データによると、ステーターから排出される空気の温度は一般に 65 度を超えませんが、ローターに入る空気の温度は一般に 5 度以上です。

発電機ケーシングの熱放散は、次の式で計算できます。

q_k=KA(t_g​−t_n​)(W)

K: 発電機ケーシングの熱伝達係数 (W/(m²・度))

A: 発電機ケーシングの表面積 (m²)

t_g：発電機の冷却循環空気の平均温度（度）

t_n：室内の周囲温度（度）

 

発電機の空気漏れによる放熱

発電機の空気漏れによって生じる熱放散は、次の式で計算できます。

q_f​= VC (t_f​−t_n​)

：漏れ係数（鋼製カバープレートの場合0.3％）

v：冷却風循環量（m3/h）

c:空気の比熱容量(W/(kg・度))

：空気密度（1.2kg/m3）

t_f：漏れ空気温度（度）

t_n：室内の周囲温度（度）

キーノート: 空気漏れ熱損失の計算は、次の条件に大きく依存します。冷却風量 (v)。国内メーカーと海外メーカーの設計基準の違いにより、指定された風量は大幅に異なる場合があります（たとえば、300MW ユニットの場合は 200 m3/h と . 120 m3/h）。正確な結果を得るには、手動計算のみに依存するのではなく、発電機メーカーから公式の冷却空気量パラメータを入手することをお勧めします。

 

VI. SFC静止型周波数変換器起動装置の発熱

SFC（静的周波数変換器）は静的周波数変換起動装置であり、主に揚水条件下で揚水発電所ユニットを起動するために使用されます。-入力リアクトル、出力リアクトル、フィルタ、パワーキャビネット、DCリアクトルで構成されます。

単機容量 300 MW の揚水発電所の場合、外国メーカーが提供する SFC 装置の各コンポーネントの容量は次のとおりです。{0}

SFCデバイス容量

いいえ。	機器名	運転中(kW)	待機時(kW)
1	入力リアクトル	27	3
2	出力リアクトル	63	0
3	フィルター	83	28
4	パワーキャビネット	15	6
5	直流リアクトル	200	0
6	合計	388	37

 

見てわかるように、SFC デバイスの発熱は、全負荷で計算すると 388 kW に達します。稼働中の揚水発電所の実際の運転分析と統計によれば、1 基の起動（静的引きずりから系統接続まで）にかかる時間はわずか 240 秒、6 基の起動時間は約 25 分です。

海外メーカー提供のSFCデバイス動作特性曲線によると、

入力リアクトル、出力リアクトル、直流リアクトルの到達距離20%25 分間の動作後の定格発熱量。

フィルターと電源キャビネットは約70%定格発熱量。

この計算によると、SFC デバイスの発熱量は約126.6kW、つまり32.6%定格発熱量。

SFCデバイスの発熱は、その容量や動作時間と密接な関係があります。機器の発熱量をより正確に把握するには、機器の動作特性曲線をメーカーに依頼し、機器の容量と稼働時間から計算する必要があります。

 

VII.照明器具の発熱

大規模および中規模の発電所では、建築装飾や景観設計における照明の需要により、照明電力が増加する傾向があります。-照明機器の発展に伴い、発電所の照明用途は白熱灯や蛍光灯からヨウ素-ランプやメタルハライドランプなどの高輝度光源に移行してきました。-しかし、照明器具の放熱性は安定しており、電圧と電力が安定している限り、放熱量は変わりません。

 

照明によって消費される電気エネルギーの一部は直接熱に変換され、対流と伝導によって周囲に放散されます。光エネルギーは赤外線として外部に放射され、空気に直接吸収されず、空気中を通過して周囲の物体に吸収され、空気中に伝わります。また、光に変換された部分は周囲の物体に照射され、その物体に吸収されて熱に変換され、対流、伝導、放射により空気や他の物体に伝わります。

照明器具の発熱は次のように計算されます。

Q=n₁N(kW)

n₁: 安定器の消費電力係数。一般的に次のようにみなされます。1.2

N：照明設備の総設置電力（kW）