大功率电气柜节能理论研究

0 前言

随着电气柜在建材、电力、机械、冶金等行业的普遍应用，大功率电气柜存在的问题也得到了暴露，如在运行过程中大功率电气柜本身会产生大量的热量，造成柜内温度升高，使温度敏感的元器件加速老化，缩短使用寿命，严重时还会烧毁和损坏，造成安全事故和经济损失

。因此，需优化柜内的设备和散热方式，以便有良好的工作环境。

第3步：在软件Matlab 2012b中通过编程求得该预测方法的相对误差，并且与BP神经网络直接预测法的相对误差进行对比分析。

1 电气柜的散热形式

电气柜的热量主要来源于变压器、功率单元和控制系统，其中以变压器和功率单元为甚。散热设计可从两方面考虑：第一是内部因素，即柜内设备尽量选用功耗小、耐热性和稳定性好的元器件，尽量减少元器件数量，优化开关频率等，以提高允许工作温度和减少发热量

。第二是外部因素，即采取合适的散热或冷却方式将柜内产生的热量快速散发，快速降低环境温度，保证电气柜的安全稳定运行

。

目前国内的研究也主要集中在这两方面。由于电气柜的苛刻环境要求属性，使大多数电气柜须安装在室内，其散热也在室内，靠空调系统与室内环境换热来带走所产生的热量，因此增加了空调系统的运行成本。本文为此从外部因素这一方向探讨了一种新模式，使电气柜的散热无需与室内环境交换，而是通过独立设计的排风系统直接排至室外，使热量不过多地停留在柜内而造成设备损坏。新模式结构简单、易于安装和维修、可靠性强，在散热和能耗上都优于传统模式。

国际市场：上周国际氯化钾价格基本平稳。巴西方面，大豆储量增加，农民种植积极性增强；亚洲方面，新货源少量补充，潜在需求正在启动。相比前周，加拿大、俄联邦、约旦、东南亚氯化钾高端价格上涨1-5美元/吨，分别为254-306美元/吨、234-318美元/吨、268-292美元/吨、300-320美元/吨；巴西氯化钾低端价格上涨5美元/吨，为350-360美元/吨；以色列氯化钾价格保持稳定，为272-323美元/吨。

2 两种模式的物理模型

EER取值3，将式（1）和（8）代入式（9），即得

2.1 传统模式

传统模式下（见图1），室内冷空气从变频器底部进入，经变频器后上升至变频器顶部，再由顶部排风扇排至室内，室内空调系统通过热交换将热量排至室外。假设变频器持续运行，如要保持房间温度的恒定，根据能量守恒定律，空调带走的热量Q

为：

由上可知，变频器的散热直接排放到室内时将增加空调系统的负荷和耗电。为此，本文提出了一种室外直排新模式，并设计出相应的系统（见图2），即在变频器顶部出风口增设独立的排风系统，新增设备包括风罩、风管、风阀、排风机。与传统模式不同的是，汇集至顶部风罩的风在排风机的作用下排至室外，达到了不与室内环境进行换热的目的。排风系统为可拆卸形式，冬季室内温度较低时可将排风系统与变频器分离，使变频器的散热提升室内温度，从而节约采暖费用。

EER为空调能效比，指空调在制冷时，制冷量与有效输入功率之比，本文取中位数3。根据式（1）、（2）、（3），即可得到空调用电量P

：

2.2 新模式

这部分热负荷增加的空调用电量P

为：

根据决策者在决策时所处的条件，有学者将决策分为确定型决策和风险决策。所谓确定型决策是指决策者对决策问题的条件、性质、后果都有充分了解，各个备选方案只能有一种结果。［10］确定型决策首先要求决策者完全了解决策问题的所有条件，各个决策方案可以进行明确的量化，各个方案的结果都是一致的。很显然，这种确定型决策在实际决策过程中是很少出现的。

通过以上的分析和研究，淡水养殖工作中，为了确保效益的获取和提升，需要在各个流程与发展下，保证工作的严格控制和完善化，在这种情况下，不仅能为养殖行业发展提供保障，也能促进工作的科学开展。

从上可看出，传统模式和新模式下，变频器散热导致的空调用电量的数学模型分别为式（4）和式（10）。

第四阶段 考核与评估、检验、持续改进。学院内部本科教学质量保障体系年度评估,基于考核结果、学生对话、利益相关者反馈、外审员反馈等各方结果反馈信息与培养目标和预期学习结果的分析比较,制定改进措施。

式中，m为新风质量，ρ为空气密度，c为空气比热容，V为新风体积，T

为变频器顶部出风温度，T

室内环境温度，将（6）代入（7）并变换等式，得到新风体积：

式中，Tsur为室外环境温度。

本文以变频器为典型设备，根据热力学和传热学定律建立空调能耗热物理模型。根据变频器功率P

、转换效率η、散热量Q

，得到：

式中，Q

为排出至室外空气的热量，即

当排风系统运行时，室内的冷却空气经过变频器不断被排至室外，导致气压降低，需等量新风补充以维持压力平衡。因变频器与室内环境温度绝对值和温差都很小，因此变频器的热辐射可忽略不计。假设变频器的散热均由排放至室外的空气带走，热量平衡方程为：

3 理论能耗计算及经济性分析

理论计算前，先确定相关参数取值。由于地域和时间段气象参数的差异，本文选取了5个典型城市作基准分析。南方城市选取广州、长沙，中部城市西安，北方城市北京、哈尔滨。各个城市室外环境气象参数见表1。

假定高压变频器功率为1 000 kW，根据国标，高压变频器转换效率η不得低于95%，而厂家标准通常不低于96%，故本文以96%为基准。电气配电室室内环境温度为25℃，变频器顶部出风温度为38℃。假定在这两个温度下空气的比热和密度相同，代入公式后，两种模式下空调的能耗见表2。

由表2可知，当变频器采用新模式时，在选取的5个城市中均取得了良好的节能效果，且北方城市优于南方城市，以哈尔滨最为显著。由（10）式可知，变频器进出口风温差值越大，空调能耗越小，即节能效果越好。因此，在不影响变频器效率时，应尽量增大变频器出口风温。

各城市电能和电费的节约如表3，其中，北方城市、中部城市空调运行时间按2个月计算，南方城市按5个月计算，工业用电按电价0.7元/kWh计算。

由表3可知，新模式在夏季产生的经济效果更好，南方城市由于夏季更长，年度节能高于北方城市，但从月均经济效益来看，北方城市要优于南方城市。

本套系统主要成本是设备费和安装费，以10 m距离为例，总成本大约2万元，投资回收期最多2.7年。

真没想到阿爸对付山猪的招数，拿来对付鬼子也很管用。长沙会战时，底柱的毒签陷阱就让进攻长沙的鬼子吃尽了苦头。

4 结语

综上所述，本文所提出的新模式在不对原系统作大幅改动的情况下，仅简单增加外部设备便可将电气柜产生的热量排至室外，达到节能降耗的目的，且降低了空调容量。本文选取的5个城市中，当1 000 kW变频器采用该技术后，均取得了良好效益，最大节电量达29 000 kWh，节约电费20 300元。该技术具有系统简单、成本低、安装简易、投资回收期短等优点，带来了良好的经济效益和社会效益，具有普遍的适用性，可广泛推广。

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