关于新东北电气公司LW56-550kV罐式六氟化硫断路器加热装置的设计（-40℃）

曹阳

（新东北电气集团高压开关有限公司，辽宁沈阳110025）

新东北电气公司生产的LW56-550罐式SF6断路器产品，SF6气体闭锁压力为0.5MPa,在运行环境温度-32.5℃以下时容易产生液化现象，为了防止SF6气体液化，根据LW56-550kV罐式六氟化硫断路器的外形结构特点，采用经济实用的办法是在产品上装加热保温套，人为地向断路器输入热量，使产品在假设极限温度-40℃时SF6气压保持在产品操作闭锁气压之上，以保证产品额定开断能力不变。下面就加热带的结构及功率计算介绍如下：

加热元件是采用伴热板型加热器。见图1，在罐体上加装两个加热器。见图2为加热器保温剖面，加热器发出的热量绝大部分经空气间隙传到开关壳体进入开关内部加热SF6气体。由于热源所处的位置和散热方式的特殊，在此采用简便适用的计算方法。

尽可能大的增大加热保温套对开关的覆盖面积So＝2Sr，Sr为一个加热保温套的表面积；

估算开关未装加热保温套部分的等效散热面积S1。估算瓷套散热面积时，应考虑到在大气中瓷件散热系数仅为开关金属外壳散热系数的1/4，因此瓷套等效散热面积应为实际表面的1/4。经估算LW56-550kV罐式六氟化硫断路器的S1＝6Sr；

计算出开关散热面积S1与加热保温套覆盖面积So之比Ks=So/S1=0.33；

加热器的热量要经稀薄空气传到开关壳体再进入开关内使SF6及内部零部件升温，而且还有很少一部分热量经加热器外部的保温层散在大气中，因此仅有一部分热量传入开关内部，其传热系数近似取为Kr＝0.9；

确定低温时SF6需要增加的温度。根据设定的极限低温-40℃，断路器操作闭锁气压0.5Mpa对应的SF6液化温度为-32.5℃，如果加热器补充7.5℃以上的温升，就可以避免SF6液化。计算时温升△T1＝10℃；

再根据产品在通额定电流In进行温升试验时所测得的开关内部SF6温升△T2，以及由In及开关回路电阻R所确定的热能来计算加热器的容量P：

得：

式中，R：开关回路电阻（μΩ）

In：开关额定电流（A）

ΔT1：低温补充温升（°C）

ΔT2：开关温升试验时SF6气体的温升（°C）

Ks：加热保温套面积与开关散热面积之比

Kr：加热器传热系数0.9

将LW56-550罐式六氟化硫断路器的相应值R=210μΩ、IH=4000A、ΔT1=10°C、ΔT2=32°C、Ks=0.33及Kr=0.9代入（1）式，可算出加热器所需的容量（功率）为：

由（1）式初步计算出的加热器功率应经装加热器的温升试验来确认。试验方案是：将设计好的加热保温套装在开关上，在开关空载不通电流时，将加热器通电并测出开关内部的SF6温升。由于新东北电气公司LW56-550、LW12-550六氟化硫断路器整体结构基本相同，1997年新东北电气公司曾对LW12-550罐式六氟化硫断路器进行罐体内部SF6温升研究性试验。当加热功率为4500W时，SF6温升17.3°C～25°C，温升均高于上面的ΔT1计算值10°C。

考虑的冬季户外产品北风呼啸，开关外壳散热系数要大于无风时的值，因此为使加热器的设计容量留有充足的裕度，加热器的设计容量应比（1）式计算容量增加10%左右。

结论：LW56-550KV罐式六氟化硫断路器在运行环境温度为-40℃时，保证产品SF6压力在操作闭锁气压之上，安装加热器功率在4500W时能保证SF6不液化。考虑到加热器运行的可靠性，设计为一工作一备用方式。

［1］黎斌SF6高压电器设计 机械工业出版社2009年7月