Resumo das Fórmulas de Cálculo para Aquecimento de Equipamentos Elétricos
Mar 17, 2026| I. Capacidade de aquecimento de painéis/comutadores de alta e baixa tensão
A dissipação de calor de painéis de manobra de alta-tensão pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
Q=(Ig/Ie)2qe(kW)
Ig: Corrente operacional da chave de alta-tensão (A)
Ie: Corrente nominal da chave de alta-tensão (A)
qe: Dissipação de calor da chave de alta-tensão na corrente nominal
O painel de-alta tensão é dividido em painel de entrada e painel de alimentação. Geralmente, a geração de calor do painel de entrada é maior do que a do painel de alimentação
A dissipação de calor dos painéis do quadro de distribuição de baixa-tensão pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
Q=e×∑P(kW)
e: Fator de utilização do painel
x: Fator de perda real do painel
∑P: Soma das perdas de potência de todos os componentes elétricos no painel de baixa-tensão (kW)
● Devido às diferentes finalidades e correntes operacionais de vários painéis na central elétrica, geralmente, quanto maior a corrente operacional, maior será a geração de calor dos componentes elétricos no painel. Para painéis de distribuição dispostos centralmente, recomenda-se obter dados mais precisos sobre a geração de calor junto ao fabricante do equipamento.
● Especificamente, para painéis de distribuição importantes, são instaladas resistências eléctricas no interior para proteger os componentes eléctricos, evitar a humidade excessiva e reduzir o desempenho do isolamento. A potência de cada painel é geralmente de cerca de 0,3 ~ 0,5 kW, o que deve ser considerado em salas de proteção de relés dispostas centralmente.
II. Geração de calor do transformador
A dissipação de calor dos transformadores refere-se principalmente à perda de energia dentro do transformador, que consiste em duas partes: Perda de Cobre (perda resistiva) e Perda de Ferro (perda magnética). A perda de cobre varia com a carga, enquanto a perda de ferro é independente da carga e pode ser considerada constante. Normalmente, a perda de cobre na carga nominal é definida como a perda-de curto-circuito, e a perda de ferro na tensão nominal é definida como a perda-sem carga.
As perdas dos transformadores do tipo auto-resfriados,-resfriados a ar e-secos são todas dissipadas no ar circundante. Em contraste, para transformadores resfriados-a água, a maior parte das perdas é eliminada pelo sistema de resfriamento a água, enquanto uma pequena porção é dissipada no ar devido à temperatura do óleo ser superior à temperatura do ar ambiente.
Geralmente, em fábricas fechadas, estações de energia subterrâneas e estações de energia de armazenamento bombeado, os principais transformadores dispostos nos edifícios da fábrica ou no subsolo adotam principalmente resfriamento a água. No entanto, outros transformadores na estação de energia, como transformadores de serviço de estação, transformadores de iluminação, transformadores de emergência e transformadores de excitação, adotam principalmente transformadores do tipo-resfriados a ar ou secos-.
A dissipação de calor de transformadores-resfriados a ar pode ser calculada simplesmente pela seguinte fórmula:
Q=Pk+Pd(kW)
Pk - Sem-perda de carga do transformador (kW)
A dissipação de calor de transformadores-resfriados a água pode ser calculada pela seguinte fórmula:
Q=5.5×(ty−tn)1.25A×10−3(kW)
Onde: ty- Temperatura média do óleo do tanque do transformador (geralmente entre 65-70 graus)
tn - Temperatura ambiente interna (graus)
III. Geração de calor de barramentos e cabos
Em usinas de energia, a conexão entre geradores e transformadores usa principalmente barramentos fechados auto-resfriados. A geração de calor dos barramentos inclui duas partes: geração de calor a partir da perda de potência do barramento e dissipação de calor induzida do gabinete.
Como ambas as extremidades do barramento principal estão conectadas ao equipamento do gerador e do transformador, respectivamente, o ar entre o barramento e o invólucro fica realmente fechado. O invólucro atua como proteção e blindagem eletromagnética para reduzir o impacto do campo eletromagnético do barramento nos equipamentos elétricos circundantes e no meio ambiente, sem reduzir a dissipação de calor do barramento. O calor da perda de energia do barramento é transferido para o ar entre o barramento e o gabinete e, em seguida, para o ambiente através do invólucro do gabinete. A dissipação de calor induzida do gabinete é transferida diretamente para o meio ambiente.
A dissipação de calor causada pela perda de potência do barramento pode ser calculada pela seguinte fórmula:
qs=3×I2RΣφsL×10−3(kW)
I: Corrente operacional do barramento (A)
RΣ: Resistência equivalente por unidade de comprimento do barramento (Ω/m)
φs: Coeficiente proporcional de perda de potência dissipada para o meio ambiente
L: Comprimento do barramento (m)
A dissipação de calor induzida do invólucro do barramento pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
qk=3×I2RkφkL×10−3(kW)
I: Corrente de fase do barramento (A)
RZ: Resistência DC do barramento à temperatura de operação (Ω/m)
Rk: Resistência CC do invólucro do barramento à temperatura operacional (Ω/m)
φs: Coeficiente de efeito pelicular do barramento
φk: Coeficiente de efeito pelicular do invólucro do barramento
L: Comprimento do barramento (m)
4. Geração de Calor de Reatores
Os reatores são usados em dispositivos de distribuição de energia de grande-capacidade para limitar correntes-de curto-circuito e também podem ser usados como reatores de filtro em dispositivos de retificação.
A dissipação de calor de um reator pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
Q=η1η2P(kW)>Onde:
η1: Fator de utilização do reator, geralmente considerado como0.95
η2: Fator de carga do reator, geralmente considerado como0.75
P: Perda de potência do reator na potência nominal (kW), determinada pela corrente nominal, reatância nominal e modelo
Os reatores são compostos por enrolamentos, com grande capacidade e geração de calor, e leva um período de tempo para atingir a geração de calor estável. Para reatores operando continuamente, a geração de calor é estável; para reatores de operação intermitente, a geração de calor deve ser determinada de acordo com o tempo de operação e a curva característica de geração de calor do reator.
V. Geração de Calor de Grupos Geradores
A dissipação de calor dos grupos geradores vem principalmente de dois aspectos: um é a transferência de calor através da placa de cobertura e da estrutura do invólucro, e o outro é o calor trazido pelo vazamento do ar circulante de resfriamento do grupo gerador.
Grupos geradores de grande e médio-tamanho geralmente adotam o modo de resfriamento com auto{1}circulação de ar fechado: a perda do enrolamento do gerador é transferida para o ar de resfriamento e, em seguida, o calor do ar é retirado pela água de resfriamento através do refrigerador de água do grupo. De acordo com os dados medidos, a temperatura do ar descarregado do estator geralmente não excede 65 graus, enquanto a temperatura do ar que entra no rotor geralmente não é inferior a 5 graus.
A dissipação de calor da carcaça do gerador pode ser calculada pela seguinte fórmula:
qk=KA(tg−tn)(W)
K: Coeficiente de transferência de calor da carcaça do gerador (W/(m²· grau))
A: Superfície da carcaça do gerador (m²)
tg: Temperatura média do ar circulante de resfriamento do gerador (graus)
tn: Temperatura ambiente interna (graus)
Dissipação de calor do vazamento de ar do gerador
A dissipação de calor causada pelo vazamento de ar do gerador pode ser calculada pela seguinte fórmula:
qf= vc (tf−tn)
: Coeficiente de vazamento (0,3% para placas de cobertura de aço)
v: Volume de circulação de ar de resfriamento (m³/h)
c: Capacidade de calor específico do ar (W/(kg· grau))
: Densidade do ar (1,2 kg/m³)
tf: Temperatura do ar de vazamento (grau)
tn: Temperatura ambiente interna (graus)
Nota principal: O cálculo da perda de calor por vazamento de ar depende em grande parte dovolume de ar de resfriamento (v). Devido às diferenças nos padrões de projeto entre fabricantes nacionais e internacionais, o volume de ar especificado pode variar significativamente (por exemplo, 200 m³/h vs{4}} m³/h para uma unidade de 300 MW). Para obter resultados precisos, recomenda-se obter os parâmetros oficiais de volume de ar de resfriamento do fabricante do gerador, em vez de confiar apenas em cálculos manuais.
VI. Geração de calor do dispositivo de partida do conversor de frequência estática SFC
SFC (conversor estático de frequência) é um dispositivo de partida de conversão de frequência estática, usado principalmente para dar partida em unidades de usinas de armazenamento-bombeadas sob condições de bombeamento. Consiste em reatores de entrada, reatores de saída, filtros, gabinetes de energia e reatores CC.
Para uma estação de energia-de armazenamento reversível com capacidade unitária única de 300 MW, as capacidades de cada componente no dispositivo SFC fornecido por um fabricante estrangeiro são as seguintes:
Capacidade do dispositivo SFC
| Não. | Nome do equipamento | Funcionamento (kW) | Espera (kW) |
|---|---|---|---|
| 1 | Reator de entrada | 27 | 3 |
| 2 | Reator de saída | 63 | 0 |
| 3 | Filtro | 83 | 28 |
| 4 | Gabinete de energia | 15 | 6 |
| 5 | Reator CC | 200 | 0 |
| 6 | Total | 388 | 37 |
Como podemos ver, a geração de calor do dispositivo SFC chega a 388 kW quando calculada em plena carga. De acordo com a análise de operação real e estatísticas de algumas usinas de armazenamento- bombeadas em operação, a inicialização de uma unidade (do arrasto estático à conexão à rede) leva apenas 240 segundos, e o tempo de inicialização de seis unidades é de cerca de 25 minutos.
Com base na curva característica de operação do dispositivo SFC fornecida pelo fabricante estrangeiro:
Reatores de entrada, reatores de saída e reatores DC atingem20%de sua geração de calor nominal após 25 minutos de operação.
Filtros e gabinetes de energia atingem aproximadamente70%de sua geração nominal de calor.
De acordo com este cálculo, a geração de calor do dispositivo SFC é de cerca de126,6 kW, que é32.6%da geração de calor nominal.
A geração de calor do dispositivo SFC está intimamente relacionada à sua capacidade e tempo de operação. Para determinar com maior precisão a geração de calor do equipamento, é necessário solicitar ao fabricante relevante a curva característica de operação do equipamento e, em seguida, calculá-la com base na capacidade e no tempo de operação do equipamento.
VII. Geração de calor de equipamentos de iluminação
Para usinas de grande e médio- porte, a potência luminosa tende a aumentar devido à demanda por iluminação na decoração arquitetônica e paisagística. Com o desenvolvimento de equipamentos de iluminação, a aplicação de iluminação em usinas de energia mudou de lâmpadas incandescentes e fluorescentes para fontes de luz de alto-brilho, como lâmpadas de iodo-tungstênio e lâmpadas de iodetos metálicos. No entanto, a dissipação de calor dos equipamentos de iluminação é estável: desde que a tensão e a potência sejam estáveis, a dissipação de calor permanece inalterada.
Parte da energia elétrica consumida pela iluminação é convertida diretamente em calor, que é dissipado para o entorno por convecção e condução. A energia luminosa irradia para fora na forma de radiação infravermelha, que não pode ser absorvida diretamente pelo ar, mas passa pelo ar para ser absorvida pelos objetos circundantes e depois transferida para o ar. A parte convertida em luz também é primeiro projetada nos objetos circundantes, absorvida pelos objetos e depois convertida em calor, que é então transferido para o ar e outros objetos por convecção, condução ou radiação.
A geração de calor dos equipamentos de iluminação é calculada como:
Q=n1N(kW)
n1: Coeficiente de consumo de energia do reator, geralmente considerado como1.2
N: Potência total instalada do equipamento de iluminação (kW)